1 Определение
Гидрогенератором (рис.1) называют устройство, которое состоит из электрического генератора и гидротурбины, выполняющей роль механического привода. Служит для вырабатывания электроэнергии на ГЭС. Термин «гидрогенератор» используется согласно ГОСТ 5616 для обозначения термина «генератор гидротурбинный».
Рисунок 1 – Общий вид установки
2 Принцип работы
Гидрогенераторы, как правило, имеют меньшую, чем у других установок скорость работы(не более 500 об/мин), но диаметр турбин может достигать 25 метров. Это обусловлено вертикальным расположением генераторов и спецификой их работы. Для вращения турбины используется энергия падающего потока воды.
3 Устройство
Конструкция гидрогенератора определяется, в первую очередь, условиями в которых будет работать электростанция (учитывают напор воды, климат погодные условия и т.д.). Поэтому для каждой ГЭС создаются свои генераторы.
В общем случае гидрогенератор состоит из ротора, статора, крестовины, подпятников и подшипников. Также устанавливаются устройства для охлаждения обмоток.
Рисунок 2 – Ремонт гидрогенератора
4 Характеристики
В настоящее время номинальная мощность гидрогенераторов составляет в среднем 200-400 МВА, частота вращения - 150-400 об/мин, коэффециент мощности – 0,85-0,95.
Ротор имеет большое количество пар полюсов и его диаметр в некоторых случаях может доходить до 16 метров.
Статор (рис.3) располагается внутри специального кожуха и является разборным для упрощения транспортировки и монтирования.
Напряжение статора влияет на стоимость аппарата. Как правило, оно равно 15-20 кВ.
В качестве систем возбуждения широко применяются системы с тиристорными преобразователями и трехфазными мостовыми системами выпрямления. Системы возбуждения призваны обеспечивать ток и напряжение, которые превышают номинальные не более, чем на 10%.
5 Классификация
По способу расположения:
- Вертикальные
- Горизонтальные
Чаще используются именно вертикальные гидрогенераторы, т.к. они более устойчивы к нагрузкам, создаваемым потоком воды.
Выделяют два основных типа вертикальных генераторов:
- Подвесные
- Зонтичные
Рисунок 4 – Генераторы подвесного и зонтичного типа
Отличаются в основном расположением подпятника. В подвесных генераторах подпятник опирается на на верхнюю крестовину, расположенную на станине статора.
В зонтичных подпятник расположен под ротором и опирается на нижнюю крестовину облегченной конструкции.
При частотах вращения до 200 об/мин гидрогенераторы выполняются преимущественно в зонтичном исполнении, свыше 200 об/мин – в подвесном. При частотах вращения свыше 250 об/мин вертикальные гидрогенераторы выполняются исключительно в подвесном исполнении.
При зонтичной конструкции иногда удается снизить высоту агрегата и машинного зала за счет облегчения верхней крестовины и этим уменьшить также массу агрегата и расход материалов.
6 Расшифровка условных обозначений
Гидрогенераторы имеют следующие условные обозначения:
СВ - синхронный, вертикальный, с косвенным воздушным охлаждением обмоток статора и ротора;
СВИ - синхронный, вертикальный;
И - условное обозначение станции;
СВО - синхронный, вертикальный, обратимый, т. е. может работать в режиме генератора или электродвигателя;
СВФ - синхронный, вертикальный, форсированный, с непосредственным охлаждением обмотки статора водой и ротора воздухом или водой;
СГ - синхронный, горизонтальный;
СГКВ - синхронный, горизонтальный капсульный с непосредственным охлаждением обмоток статора и ротора водой;
ВГС - вертикальный генератор, синхронный;
ВГСФ - вертикальный генератор, синхронный, форсированный, с непосредственным охлаждением обмотки статора водой и ротора воздухом;
ВГДС - вертикальный генератор-двигатель, синхронный. Цифрой после условного обозначения типа основного исполнения гидрогенератора (ВГС2, СВ1, СВ2 и др.) обозначена его модификация,
После буквенного обозначения серии следует дробное число, числитель которого соответствует наружному диаметру, а знаменатель - длине сердечника статора в сантиметрах. Последние цифры обозначают число полюсов ротора, а следующий за ними индекс указывает на климатическое исполнение и категорию размещения гидрогенератора по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-70 (У - умеренное; ХЛ - холодное; Т - тропическое; ТВ - тропическое влажное).
7 Использование ГЭС
Преимущества:
- Отсутствие вредных выбросов
- Быстрая окупаемость
- Долгий срок службы
- Возможность быстро изменять режимы работы
Недостатки:
- Сложность постройки
- Зависимость от погодных условий
Заключение
Гидроэнергетика продолжает развиваться, что связано с все сильнее возрастающими нагрузками на электрические сети и необходимостью обеспечивать статическую и динамическую стабильность их работы. Для этого требуется разрабатывать быстроотзывчивые системы возбуждения. При этом опыт многих стран показывает, что полная замена гидрогенераторов может быть экономически выгодна только для машин малой мощности, для остальной же части более целесообразна модернизация действующего оборудования.
Список литературы
1.Мустафин М.А., Шидерова Р.М., Алексеев С.Б., Алмуратова Н.К. – «Электромеханика и электротехническое оборудование. Методические указания к расчетно-графической работе». – Алматы: АУЭС, 2011.
2.Копылов И.П. – «Электрические машины: Учебник для вузов». – 3-е издание, испр. – Москва: Высшая школа, Логос, 2000.
3.ГОСТ 19431-84 "Энергетика и электрификация. Термины и определения"
4.Электрические сети и системы: Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности 10.04 всех форм обучения. - Норильск, 1991.