Развитие ТЭЦ-27 - Опыт эксплуатации головных образцов турбогенераторов

Опыт эксплуатации головных образцов турбогенераторов на ТЭЦ-27 Мосэнерго

Макаров О. Н., Вавилов Д. Ю., Негазов С. Н., инженеры ТЭЦ-27 Мосэнерго

В течение длительного времени в отечественной энергетике доминировали турбогенераторы с водородным охлаждением. Такое положение дел явилось следствием выбранного направления при конструировании крупных турбогенераторов, при котором с увеличением мощности генераторов другой агент (воздух) не обеспечивал необходимый отвод тепла.
По сравнению с воздухом водород обладает рядом преимуществ: он имеет в 7 раз большую теплопроводность, в 14 раз меньшую плотность и в 1,44 раза больший коэффициент теплоотдачи с поверхности. При повышении давления водорода теплоотдача с поверхности растет. За счет меньшей плотности снижены потери на трение, изоляция машин с водородным охлаждением оказывается более долговечной.
Однако наряду с достоинствами использование для отвода тепла водорода обладает и существенными недостатками, основными из которых являются взрыво- и пожароопасность.
Наиболее эффективной охлаждающей средой, с точки зрения теплопроводности и небольшой вязкости, является вода, которая, к тому же, негорюча.

Рис. 1. Система охлаждения ротора

Согласно проведенным экспертизам проекта строительства Северной ТЭЦ было принципиально решено применять взрыво-, пожаробезопасные турбогенераторы с водяным охлаждением.
К моменту начала проектирования энергоблока № 1 ТЭЦ-27 в отечественной энергетике был накоплен некоторый опыт создания и эксплуатации турбогенераторов с полным водяным и воздушным охлаждением.
В 1992 г. фирмой ОРГРЭС с привлечением специалистов НИИ ЛПЭО “Электросила” и ВНИИЭ были проведены работы по обобщению опыта эксплуатации турбогенераторов с полным водяным охлаждением типа ТЗВ с момента их ввода. На ТЭЦ-27 проанализировали существующий опыт эксплуатации турбогенераторов ТЗВ-63-2УЗ ТЭЦ- 2 Ленэнерго, ТЗВ-800-2УЗ Рязанской и Пермской ГРЭС.
Создаваемый на АО “Электросила” турбогенератор с воздушным охлаждением мощностью 110 МВт находился на стадии конструкторской разработки, поэтому в Мосэнерго было принято решение применить на ТЭЦ-27 турбогенератор с полным водяным охлаждением типа ТЗВ-110-2УЗ мощностью 110 МВт.
Предложения ТЭЦ-27 по внедрению мероприятий по усовершенствованию конструкции были внесены на стадии подготовки технического задания. Так, с самого начала были установлены фторопластовые трубки для подвода воды к активным частям статора.
Основной особенностью конструкции турбогенератора ТЗВ-110-2УЗ, изготовленного на АО “Сила”, является “самонапорная” система охлаждения ротора, в которой отсутствуют гидравлические связи обмотки ротора с валом. Все концы катушек обмотки ротора выведены за торец лобовой части. Для преодоления гидравлического сопротивления каналов обмотки используется центробежная сила воды, заливаемой во вращающийся напорный коллектор и сбрасываемой на большом диаметре в сливную камеру торцевого щита статора. Попадание воды в подбандажное пространство ротора и в статор исключается, так как концы катушек, их соединения с напорными и сливными коллекторами и сами коллекторы вынесены по оси ротора за бандажные кольца.
Для возможности устойчивой работы с малым скольжением в асинхронном режиме, а также для компенсации высокочастотных полей и поля обратной последовательности в синхронном режиме ротор имеет демпферную обмотку, состоящую из медных проводников, уложенных в пазы под пазовые клинья, и короткозамыкающих колец из двух слоев медных листов, расположенных под бандажными кольцами.
Полые проводники демпферной обмотки охлаждаются водой аналогично обмотке возбуждения. Таким образом, демпферная обмотка является активным охладителем стали ротора, бандажных колец и воздуха в зазоре. Этим исключается необходимость установки вентиляторов и газоохладителей. Схема охлаждения ротора показана на рис. 1.

Рис. 2. Система охлаждения статора

Аксиальное крепление бандажного кольца из коррозионно-стойкой стали на бочке ротора осуществляется с помощью внутренней гайки, не создающей опасной перегрузки носика бандажного кольца и обеспечивающей минимальное поперечное биение бандажного, напорного и сливного колец.
Другой особенностью конструкции турбогенератора является применение плоских силуминовых охладителей в виде сегментов с залитыми в них змеевиками из нержавеющей стальной трубки для охлаждения активной стали сердечника статора. Такая конструкция, кроме эффективного охлаждения, обеспечивает высокую плотность и стабильность опрессовки сердечника, исключает возможность местного передавливания изоляционного покрытия листов активной стали, наблюдающегося в турбогенераторах с газовым охлаждением, под вентиляционными распорками.
Обмотка статора - стержневая, выполненная из полых и сплошных медных проводников, по полым проводникам протекает вода. Соединительные шины обмотки - полые, также охлаждаются водой.
Кроме того, водой охлаждаются стяжные ребра, нажимные кольца, медные экраны, концевые части, торцевые щиты и лабиринтные уплотнения корпуса статора. Схема охлаждения статора показана на рис. 2.
Внутренний объем генератора находится под небольшим избыточным давлением воздуха.
Первоначально по проекту фильтры системы наддува располагались в машинном зале под генератором. Но первый осмотр показал большое количество пыли внутри корпуса турбогенератора - заводские фильтры не обеспечивали требуемую чистоту. На ТЭЦ-27 было принято решение вынести фильтры в расположенное в непосредственной близости распредустройство 10 кВ, где регулярно проводится влажная уборка, и заменить фильтрующий материал. После проведенных мероприятий и регулярной замены материала пыль в корпусе практически отсутствует.
Щеточно-контактный аппарат выполнен со съемными бракетами.
Температура элементов турбогенератора в эксплуатационных режимах не превышает 50°С.
Далее приведены технические данные турбогенератора ТЗВ-110-2УЗ.

на выходе                                                                            85
Удельное электрическое сопротивление дистиллята при 40°С, кОм см:
номинальное                                                                     200
наименьшее допустимое                                                    75
Цепь обмотки статора:
содержание соединений меди, мкг/дм³, не более            100
pH                                                                                 8,5 0,5
Цепь обмотки ротора:
содержание соединений меди, мкг/дм³, не более            400
pH                                                                                 7,5 0,5
Относительная влажность воздуха внутри генератора, %, не более 50