Содержание
Предыдущий § Следующий

8.7. Особенности испытаний синхронных машин

8.7.1. Испытания на стенде завода-изготовителя

На стенде завода-изготовителя производят приемо-сдаточные испытания каждой машины и приемочные головных (опытных) машин.

По действующим стандартам (ГОСТ 183-74, ГОСТ 533-85, ГОСТ 5616-81, ГОСТ 609-84) приемо-сдаточные испытания каждой машины включают: измерения сопротивлений изоляции обмоток относительно корпуса и между обмотками, изоляции заложенных температурных преобразователей, обмоток при постоянном токе в практически холодном состоянии, термометров сопротивления при постоянном токе в практически холодном состоянии; испытание изоляции обмоток относительно корпуса и между обмотками на электрическую прочность; определение характеристики установившегося замыкания (для гидрогенераторов на месте установки), холостого хода (для гидрогенераторов на месте установки); испытания при повышенной частоте вращения (для турбогенераторов); измерение сопротивления изоляции подшипников, температуры масла в подшипниках (для гидрогенераторов на месте установки); проверку состояния уплотнений вала в сборе и определение утечки воздуха при избыточном давлении не менее номинального давления водорода (для машин с водородным охлаждением).

В приемочные испытания головных (опытных^ образцов (для гидрогенераторов на месте установки) дополнительно включают: испытания на кратковременную перегрузку по току; определение КПД; испытание на нагревание; определение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения, индуктивных сопротивлений и постоянных времени обмоток; испытание при ударном токе короткого замыкания, на нагрев; определение вибраций, номинального тока возбуждения и регулировочной характеристики; измерение уровня шума; проверку работы газо-масляной системы водородного охлаждения и определение утечки водорода (для машин с водородным охлаж-

дением); проверку системы жидкостного охлаждения (для машин с жидкостным охлаждением).

В соответствии с действующими стандартами выполнение части приемочных испытаний возможно на месте установки машин.

Измерение сопротивления изоляции обмотки статора относительно корпуса машины и между обмотками производят с помощью мегаомметра не менее чем на 1000 В в практически холодном состоянии, при котором за температуру обмотки принимают температуру окружающей среды.

При измерении сопротивления изоляции обмоток генераторов с непосредственным водяным охлаждением вывод экрана мегаомметра соединяют с водяным коллектором, от которого отсоединяют внешнюю водяную систему. Сопротивление изоляции определяют поочередно для каждой ветви обмотки статора, при этом другие ветви соединяют с корпусом машины. При определении абсолютного значения сопротивления изоляции измерения проводят не менее чем через 60 с после приложения напряжения к изоляции. После измерения сопротивления изоляцию отдельных частей обмотки разряжают на корпус генератора.

Измерение сопротивления обмоток при постоянном токе проводят в практически холодном состоянии до начала сушки генератора методом вольтметра и амперметра, при этом используют магнитоэлектрические приборы класса точности не ниже 0,5. Отсчеты по приборам производят одновременно при установившихся значениях определяемых величин. Сопротивления обмоток находят как среднее значение по данным не менее трех измерений, которые проводят при различных значениях тока. Точность измерений в большей мере зависит от качества контактов в местах присоединения измерительных приборов, при этом присоединение вольтметра рекомендуется производить отдельно от токовых цепей.

Измерение сопротивлений термометров сопротивления при постоянном токе проводят при температуре окружающей среды методом вольтметра и амперметра с погрешностью измерения сопротивления не выше 0,5%. Измерения рекомендуется проводить непосредственно на сборке выводов.

Испытание (напряжением частотой 50 Гц) изоляции обмотки статора на электрическую прочность производят испытательным напряжением, кВ,

t/нсп = 2Е/_ф + 1,

где t/ф — номинальное фазное напряжение.

Испытание проводят для каждой из фаз по отношению к корпусу и двум другим заземленным фазам. Для генераторов с водяным охлаждением обмотки статора испытание изоляции выполняют при циркуляции дистиллята. Для испытания рекомендуется применять испытательные трансформаторы, мощность которых не менее 1 кВ-А на 1 кВ напряжения.

Испытательное напряжение измеряют на стороне высшего напряжения испытательного трансформатора через измерительный трансформатор напряжения. Для машин с номинальным напряжением 13,8 кВ и выше на стороне высшего напряжения испытательного трансформатора рекомендуется включать защитный разрядник, который настраивается на напряжение, равное 110% испытательного.

Согласно ГОСТ 11828-75 испытание рекомендуется начинать с напряжения не выше '/₃ испытательного, при этом время, в течение которого производится подъем напряжения от половинного значения до полного, должно быть не менее 10 с.

Испытание выпрямленным напряжением изоляции каждой фазы обмотки статора по отношению к корпусу и двум другим заземленным фазам в машинах с косвенным охлаждением производят напряжением, равным 1,6 испытательного напряжения частотой 50 Гц.

Испытательное напряжение в этих испытаниях согласно ГОСТ 11828-75 выдерживают в течение 1 мин, подъем напряжения производят не менее чем тремя ступенями, начиная с половинного испытательного напряжения. На каждой из ступеней измеряют ток утечки при установившихся показаниях приборов. После испытания измеряют сопротивления изоляции мегаомметром.

Испытание междувитковой изоляции катушечной обмотки статора проводят напряжением, равным 150% номинального, в течение 5 мин, стержневой обмотки — в течение 1 мин.

Характеристика холостого хода представляет собой зависимость напряжения обмотки статора от тока возбуждения при номинальной частоте вращения. Рекомендуется производить измерение напряжения приборами классом точности не ниже 0,5, при этом могут быть использованы эксплуатационные трансформаторы напряжения. Измерение тока возбуждения можно производить также приборами класса точности 0,5 с применением шунтов класса 0,1 или 0,2. Во время определения характеристики контро-

лируют частоту вращения гидрогенератора.

Предварительно напряжение машины увеличивают до 130% номинального. Характеристику снимают при плавном уменьшении тока возбуждения до нуля. При токе возбуждения, равном нулю, определяют остаточное напряжение.

У генераторов, работающих в блоке с трансформатором, снимается также характеристика холостого хода блока.

Одновременно со снятием характеристики холостого хода определяется симметрия напряжения, которая находится по отношению разности наибольшего и наименьшего измеренных линейных напряжений к среднему его значению.

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения находят по амплитудам отдельных гармонических составляющих кривой напряжения, определенным при номинальном напряжении при холостом ходе генератора. Амплитуды гармонических составляющих измеряют, как правило, с помощью анализатора гармонических составляющих. При известных амплитудах коэффициент искажения находят по формуле

где А_и А, — амплитуды первой и 1-й гармонических.

Характеристика установившегося короткого замыкания представляет собой зависимость тока в обмотке статора от тока возбуждения генератора при трехфазном коротком замыкании. При снятии характеристики измеряют токи в каждой фазе обмотки статора и ток возбуждения. Снятие характеристики производят при плавном подъеме тока статора до номинального значения. Для генераторов, работающих в блоке с трансформатором, характеристику короткого замыкания снимают для замкнутого накоротко трансформатора.

При приемо-сдаточных испытаниях, как правило, определяют лишь основные параметры: отношение короткого замыкания (ОКЗ), реактивность Потье х_р, синхронное индуктивное сопротивление хц, сверхпереходные индуктивные сопротивления хЗ и x"_q, переходное индуктивное сопротивление х&, индуктивное сопротивление обратного следования фаз х_г, постоянную времени при разомкнутой rj₀ и замкнутой накоротко TJ обмотках статора.

Отношение короткого замыкания находят по характеристикам холостого хода и короткого замыкания как отношение номинального тока статора к установившемуся

току короткого замыкания при возбуждении, соответствующем номинальному напряжению по характеристике холостого хода.

Индуктивное сопротивление хц также находят по характеристикам холостого хода (XX) и короткого замыкания (КЗ) как частное от деления напряжения холостого хода, определенного по спрямленной характеристике холостого хода при некотором возбуждении, на ток короткого замыкания при том же токе возбуждения 1_В (рис. 8.15).

Реактивное сопротивление х_р находят по характеристикам холостого хода, короткого замыкания и расчетному значению составляющей тока возбуждения 1_Я, компенсирующей реакцию якоря при номинальном токе (рис. 8.16).

Сверхпереходные реактивные сопротивления x'i и x'q могут быть найдены из опыта поочередного питания током 50 Гц каждых двух линейных выводов обмотки статора при неподвижном роторе. Во время испытаний обмотку ротора замыкают накоротко, измеряют подводимое напряжение, ток и мощность, потребляемые статором, а также ток в цепи возбуждения. Сверхпереходные сопротивления х2 и x'q определяют в виде

Рис. 8.15. К определению xj

Рис. 8.16. К определению х_р

Индуктивное сопротивление обратного следования фаз х₂, как правило, определяют из опыта питания вращающегося генератора напряжением до 0,15 номинального с обратным чередованием фаз. Обмотку возбуждения при этом замыкают накоротко.

Во время опыта измеряют напряжение, ток во всех фазах и подводимую мощность. Сопротивление х₂ определяют по средним значениям напряжения и тока.

Переходное сопротивление х'ц может быть найдено из опыта внезапного короткого замыкания как отношение напряжения холостого хода до короткого замыкания к начальному значению периодической составляющей тока короткого замыкания за вычетом сверхпереходной составляющей.

Постоянная времени Tj₀ может быть найдена из опыта внезапного короткого замыкания обмотки возбуждения машины, работающей в режиме ненагруженного генератора с номинальными напряжением и частотой. Постоянную Та₀ находят из осциллограммы затухания напряжения на выводах машины.

Постоянную Tj определяют из опыта внезапного короткого замыкания обмотки статора по кривой затухания переходной составляющей тока короткого замыкания статора.

В соответствии с действующими стандартами синхронные машины должны выдерживать без повреждений внезапное симметричное короткое замыкание при 105% номинального напряжения холостого хода.

Для крупных турбо- и гидрогенераторов, предназначенных для работы в блоке с трансформаторами, считается достаточным, чтобы они выдерживали внезапное ко-

^хав> ^хвс> ^хса — реактивные сопротивления между каждой парой линейных выводов; знак перед Ах определяется следующим образом: если наибольшему измеренному значению хдв, хдс или xqa соответствует минимальный ток в обмотке возбуждения, то ^x'd < ^xq> ^ПР^И максимальном токе в обмотке возбуждения х'£ > x'q.

роткое замыкание на выводах при напряжении, равном 70% номинального.

Короткое замыкание, за исключением наиболее крупных машин, производят масляным выключателем, при этом обеспечивается одновременность замыкания контактов (неодновременность не должна превосходить 15°).

Для записи токов короткого замыкания используют безындукционные шунты или трансформаторы тока. Кроме записи токов в обмотке статора производят также запись тока в цепи возбуждения и одного из линейных напряжений.

По нормам МЭК машина считается выдержавшей испытания на внезапное короткое замыкание, если она может быть включена в сеть сразу же после испытания или после незначительного ремонта обмотки статора. Перед включением в сеть обмотка статора должна быть испытана на электрическую прочность напряжением, равным 80% испытательного напряжения, предусмотренного для новой машины. Незначительным считается ремонт крепления обмотки или внешних слоев изоляции, не связанный с заменой стержней.

8.7.2. Испытания на месте установки

На месте установки все турбо-, гидрогенераторы и крупные синхронные машины подвергаются приемо-сдаточным испытаниям, которые включают кроме приемо-сда-точных испытаний на стенде завода-изготовителя дополнительно испытания на нагрев; измерение вибраций подшипников; проверку работы газомасляной системы водородного охлаждения и определение утечки водорода (для машин с водородным охлаждением); проверку работы системы жидкостного охлаждения (для машин с жидкостным охлаждением).

На месте установки проводят также испытания гидрогенераторов и других синхронных машин большого габарита, испытания которых на стенде завода-изготовителя или не представляются возможными, или требуют больших затрат на их проведение.

Испытание на нагревание. В гидрогенераторах измерение температуры обмотки статора и активной стали производят с помощью термометров сопротивления. Температуру обмотки определяют по показаниям термометра сопротивления, заложенного между стержнями (сторонами катушек) обмотки статора. Температуру активной стали определяют по показаниям термометров

сопротивления, заложенных на дно паза. Согласно требованиям ГОСТ 5616-81Е для измерения температуры обмотки в гидрогенераторах мощностью свыше 10 MB А должно устанавливаться 12 термометров сопротивления при одной или двух параллельных ветвях обмотки и по два термометра на каждую параллельную ветвь при числе ветвей более двух. Для измерения температуры сердечника статора должно устанавливаться не менее шести термометров на гидрогенератор. Для генераторов с водяным охлаждением обмотки статора должны устанавливаться термометры (или другие температурные индикаторы) в конце каждой параллельной цепи системы охлаждения.

Для измерения температуры воздуха на выходе из каждой секции воздухоохладителя устанавливают по одному термометру, а в зоне горячего воздуха — два термометра на генератор.

В соответствии с ГОСТ 5616-81Е в гидрогенераторах с помощью термометров также измеряют температуру сегментов подпятников и подшипников (устанавливают по два термометра на каждый сегмент) и температуру масла в ванне подпятника и каждого подшипника (по данным показаний двух термометров).

Определение температуры обмотки возбуждения производят по данным измерения сопротивления обмотки в нагретом и холодном состояниях. Если г_г, г_х — сопротивления обмоток в нагретом и холодном состояниях, а 9,- температура обмотки в практически холодном состоянии, то превышение температуры обмотки возбуждения

да = -^——(235-ад.

г*

Определение температуры активных и конструктивных элементов гидрогенераторов производят как методом непосредственной нагрузки, так и по данным испытаний в косвенных режимах.

При испытании методом непосредственной нагрузки определение превышений температуры обмоток и стали производят при трех-четырех различных нагрузках (от 0,6 номинальной и выше). По данным испытаний строят зависимости превышения температур от квадрата тока статора, а с их помощью уточняют (или определяют) превышения температур при номинальной мощности.

Превышение температуры обмотки статора по данным измерений превышения температуры обмотки в косвенных режимах определяют в виде

где ДО_К_ з — превышение температуры в режиме короткого замыкания (обусловлено основными и добавочными потерями в обмотке, а также механическими потерями); ДЭ_Х_ _х — превышение температуры в режиме холостого хода (обусловлено потерями в стали и механическими); Д9_мех — превышение температуры в режиме холостого хода без возбуждения.

Определение номинального тока возбуждения. Номинальный ток возбуждения определяют методом непосредственной нагрузки или методом графического построения. В последнем случае номинальный ток возбуждения находят по характеристикам холостого хода, короткого замыкания и реактивности Потье х_р (рис. 8.17). Из характеристики холостого хода с учетом х_р находят ток 1_В, из характеристики короткого замыкания — составляющую тока возбуждения /_к>3 и по этим величинам — номинальный ток возбуждения

*ъ, ном-

Определение КПД гидрогенератора. Для экспериментального определения КПД гидрогенератора используют метод отдельных потерь, который предусматривает два способа измерения потерь — калориметрический и самоторможения. Предпочтительным является метод самоторможения.

Калориметрическим способом определяют потери механические, в стали, а также добавочные. С этой целью последовательно проводят опыты холостого хода без возбуждения, холостого хода с возбуждением до номинального напряжения и установившегося симметричного короткого замыкания с номинальным током в обмотке статора. Потери в каждом опыте определяют по количеству тепла, отводимого охлаждающей средой (или охлаждающими средами, если различные части машины охлаждаются различными охлаждающими средами), при установившемся тепловом состоянии машины по формуле

где V_c — объемный расход охлаждающей среды, м³/с; Су — объемная теплоемкость охлаждающей среды, кДж/м³; 9₂ и 9j — температура охлаждающей среды на входе в машину и выходе из нее.

Для определения потерь испытуемый гидрогенератор приводится во вращение с номинальной частотой вращения в режиме ненагруженного двигателя от другого гидрогенератора.

Для определения потерь способом само-

Рис. 8.17. К определению номинального тока возбуждения

торможения частота вращения испытуемого гидрогенератора доводится до значения, несколько превышающего номинальное, после чего источник энергии отключается. При этом проводят три опыта: самоторможение без возбуждения; при холостом ходе и номинальном напряжении; в режиме симметричного короткого замыкания на выводах машины и номинальном токе в обмотке статора.

Из опыта самоторможения при осушенной полости турбины определяют механические потери всего агрегата. Суммарные механические потери в генераторе находят путем вычитания потерь на трение вращающихся частей турбины о воздух, которые рассчитывают по эмпирическим формулам. Потери в подпятнике и подшипниках либо принимают равными расчетным, либо измеряют калориметрическим способом.

В соответствии с требованиями ГОСТ 10169-77 каждый опыт проводится не менее 3 раз. Во всех опытах определяется время, в течение которого частота вращения машины изменится от 1,1 до 0,9 номинальной. Отсчеты по приборам, измеряющим электрические величины, производятся в момент прохождения испытуемой машиной синхронной скорости. Соответствующие потери из опыта самоторможения находятся по формуле

Я = Сп_ном-^-, At

где С — постоянная самоторможения; и_ном — номинальная частота вращения; At — время, в течение которого частота вращения машины изменяется на Дп.

Постоянная самоторможения С определяется по маховому моменту гидрогенератора или же опытным путем по данным измерений потерь в режиме ненагруженного двигателя.

Для синхронных машин по требованиям действующих стандартов измеряется вибра-

ция подшипников машин. Измерение вибрации (виброперемещений или эффективного значения вибрационной скорости) производят на верхних крышках подшипников в вертикальном направлении и у разъема в поперечном и осевом направлениях.

Для турбогенераторов эффективное значение вибрационной скорости не должно превышать 4,5 мм/с во всех режимах работы.

В гидрогенераторах вибрацию измеряют в горизонтальной плоскости крестовин. Согласно ГОСТ 5616-8IE до частоты вращения 100 об/мин допустимая вибрация составляет 180 мкм, свыше 100 до 187,5 об/мин — 150 мкм, до 375 об/мин — 100 мкм, до 750 об/мин — 70 мкм.

На головных (опытных) образцах турбо-и гидрогенераторов измеряют вибрацию сердечника и лобовых частей обмотки статора. Допустимая вибрация (размах колебаний) для сердечника статора турбогенератора составляет 60 мкм, гидрогенератора - 30 мкм. Вибрация (размах колебаний) для лобовых частей обмотки статора не должна превышать 150 мкм.

Вибрация контактных колец в турбогенераторах не должна быть больше 200 мкм.

Для машин с водородным охлаждением производят определение утечки водорода. Испытание производят на опрессованных машинах и машинах, испытанных на газоплотность в неподвижном состоянии после сборки на месте испытания. Определение утечки должно выполняться при рабочем давлении газа внутри машины и при вращении с номинальной частотой вращения на холостом ходу без возбуждения.

Для поддержания неизменной температуры газа расход и температура охлаждающей воды поддерживаются неизменными.

Определение утечки производится как с подпиткой при постоянном давлении в машине, так и без подпитки.

При подпитке от баллона объемом Кб утечка водорода V_y определяется по формуле

где V_T — объем газа в машине.

Для турбогенераторов утечка водорода не должна превышать 12 м³/сут.

Измерение уровня шума производят при работе машины в режиме холостого хода с возбуждением или при номинальной нагрузке на расстоянии 1 м от машины по ее контуру. По нормам на турбогенераторы уровень звука не должен превышать 90 дБ, на гидрогенераторы и другие синхронные машины — 85 дБ (по шкале А).

Измерение сопротивления изоляции подшипников проводят при температуре окружающей среды мегаомметром на напряжение не менее 1000 В.

Измерение электрического напряжения между концами вала осуществляют на работающей машине с помощью вольтметра с малым внутренним сопротивлением, при этом прибор присоединяют непосредственно к концам вала.

Масло- и воздухоохладители испытывают гидравлическим давлением в течение 30 мин. Если рабочее давление р в охладителях менее 0,5 МПа, испытательное давление принимают равным 1,5р, но не менее 0,3 МПа; при большем рабочем давлении испытательное давление должно составлять 1,25р, но не менее р + 0,3 МПа.

Содержание
Предыдущий § Следующий