Совершенствование изоляции обмоток синхронных генераторов

Технико-экономические показатели синхронных генераторов в значительной степени определяются типом и качеством изоляционных материалов, используемых для обмоток электрических машин. Без совершенствования изоляции статорных обмоток генераторов было бы абсолютно невозможным создание генераторов мощностью 500—1200 МВт приемлемых для современной техники габаритов. С ростом мощностей единичных агрегатов почти пропорционально возрастает ток обмотки статора, в то время как уровень напряжения не может быть увеличен из-за опасностей пробоя изоляции, возникновения короны, высокого нагрева изолирующих сред. Следует отметить, что обмотки статора работают в тяжелых условиях высоких температур, механических воздействий, существенной виброактивности, переменных нагрузок. По этим причинам вопросы надежности, долговечности, уменьшения толщины изоляции постоянно находятся в поле зрения специалистов, связанных с электромашиностроительной отраслью.

До начала 60-х годов большинство генераторов изготавливалось с применением термопластичной изоляции, требующей пропитки битумными компаундами. Ее положительные свойства — эластичность и хорошая сопротивляемость влаге. Однако в процессе эксплуатации этот тип изоляции может подвергаться размягчению и даже частичному вытеканию из зоны пазов. Поэтому в настоящее время термопластичная изоляция имеет очень ограниченное применение.

Стержни статорных обмоток современных генераторов имеют другой тип изоляции — термореактивную, которая полимеризуется и затвердевает при температуре 150—160 °С и при повторных нагреваниях не размягчается. Термореактивная изоляция по сравнению с термопластичной имеет более высокую электрическую и механическую прочности, допустимую рабочую температуру 130 °С. Диэлектрические потери в термореактивной изоляции при воздействии переменного напряжения меньше в 3—4 раза, чем в термопластичной. Электрическая прочность созданных типов термореактивной изоляции «Слюдотерм», «Монолит», «Монолит-2», ВЭС-2 примерно в 2 раза выше, чем у термопластичной, и достигает 30—34 киловольт на миллиметр толщины (кВ/мм). Особенностью термореактивной изоляции является ее меньшая пластичность, что ограничивает деформацию стержней обмотки.

Применение нового типа изоляции позволило повысить напряжение турбогенераторов до 24—28 кВ, а при использовании масляного типа изоляции (например, для турбогенераторов ТВМ) до 36,75 кВ. Напряжения статорных обмоток гидрогенераторов обычно не превышают 13,8—15,75 кВ.

В 70-е годы в СССР был разработан и создан гидрогенератор нового типа на напряжение 121 кВ, присоединяемый к линии электропередачи 110 кВ непосредственно без повышающего трансформатора. Для обмоток статора была применена бумажно-масляная изоляция кабельного типа. Гидрогенератор имел мощность 14,5 МВт и был установлен на Сходненской ГЭС в черте Москвы. Он успешно прошел испытания при подключении к сети Мосэнерго, доказав возможность создания гидрогенераторов на принципиально более высокие напряжения.

В 90-е годы в Швеции были созданы гидрогенераторы и турбогенераторы типа «Power-former». Гидрогенератор напряжением 45 кВ, мощностью 11 MB · А, частотой вращения 600 об/мин также подключается к линии электропередач без использования повышающего трансформатора. Для обмотки статора применялась изоляция из «сшитого полиэтилена». Второй гидрогенератор напряжением 155 кВ, мощностью 75 MB · А, частотой вращения 125 об/мин включен в мае 2001 г., третий — напряжением 78 кВ, мощностью 25 MB · А, частотой вращения 115,4 об/мин пущен в августе 2001 г. Турбогенератор напряжением 136 кВ, мощностью 42 MB · А, частотой вращения 3000 об/мин был включен в сеть в декабре 2000 г.

4.1. Общие вопросы
Для связи с энергосистемой и потребителями, а также для питания собственных потребителей станции (собственных нужд) на электрических станциях и подстанциях устанавливают повышающие и понижающие трансформаторы. В связи с тем что в сетях энергосистем существует несколько ступеней трансформации, количество трансформаторов и их мощность в несколько раз превышают число и установленную мощность генераторов. Следует заметить, что на каждый установленный киловатт генераторной мощности приходится 7—8 кВ · А трансформаторной мощности, а на вновь вводимый — до 12—15 кВ · А.

На крупных электростанциях для связи двух высших напряжений, как правило, применяются автотрансформаторы, обладающие существенными технико-экономическими преимуществами в сравнении с обычными трансформаторами. Стоимость автотрансформатора, потери энергии при эксплуатации значительно ниже, чем у обычных трансформаторов той же мощности.

На подстанциях 35—750 кВ энергосистем России работает около 2500 силовых трансформаторов и автотрансформаторов общей мощностью более 570 тыс. MB · А, что почти втрое больше установленной мощности электростанций.

Распределение трансформаторов и автотрансформаторов мощностью 120 MB · А и более по классам напряжения и их доля в общей мощности представлены в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Распределение трансформаторов и автотрансформаторов по классам напряжения и их доля в общей мощности

Класс напряжения, кВ	Доля общей мощности, %


	12,5


	1,5

Напряжение 1150 кВ отечественных трансформаторов является наивысшим в мире.

На диаграмме рис. 4.1 представлено распределение мощности трансформаторов и автотрансформаторов.

4.7. Структура условного обозначения типа трансформатора
Буквенная часть условного обозначения содержит обозначения в следующем порядке:

А — автотрансформатор;
О или Т — одно- или трехфазный трансформатор;
Р — расщепленная обмотка НН.

Условное обозначение видов охлаждения:
а) масляные трансформаторы:

М — естественная циркуляция воздуха и масла;
Д — принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла;
МЦ — естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с ненаправленным потоком масла;
НМЦ — естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла с направленным потоком масла;
ДЦ — принудительная циркуляция воздуха и масла с ненаправленным потоком масла;
НДЦ — принудительная циркуляция воздуха и масла с направленным потоком масла;
Ц — принудительная циркуляция воды и масла и ненаправленным потоком масла (в охладителях вода движется по трубам, а масло — в межтрубном пространстве, разделенном перегородками);
НЦ — принудительная циркуляция воды и масла с направленным потоком масла;

б) трансформаторы с жидким негорючим диэлектриком:

Н — естественное охлаждение негорючим жидким диэлектриком;
НД — охлаждение негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха;
ННД — охлаждение негорючим жидким диэлектриком с принудительной циркуляцией воздуха и направленным потоком жидкого диэлектрика;

в) сухие трансформаторы:

С — естественное воздушное при открытом исполнении;
СЗ — естественное воздушное при защищенном исполнении;
СГ — естественное воздушное при герметичном исполнении;
СД — воздушное с принудительной циркуляцией воздуха;
3 — исполнение трансформатора с естественным масляным охлаждением или с охлаждением негорючим жидким диэлектриком с защитой при помощи азотной подушки без расширителя;
Т — трехобмоточный трансформатор;
Н — трансформатор с РПН (с регулированием напряжения под нагрузкой);
С — исполнение трансформатора собственных нужд электростанции;
Л — трансформатор с литой изоляцией.

Примеры условных обозначений: