Энергосберегающее восстановление изоляции судовых синхронных генераторов

Выпуск 3

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОБЪЕКТОВ ТРАНСПОРТА

УДК 621.313.04

В. М. Приходько,

канд. техн. наук, доцент, СПГУВК;

Б. Б. Бабенко,

аспирант,

СПГУВК;

Хассан Мелкауи,

аспирант,

СПГУВК

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ СУДОВЫХ

СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ENERGY-EFFICIENT RENEWAL OF SHIP SYNCHRONOUS GENERATORS INSULATION

Разработан новый эффективный метод ускоренной сушки судовых синхронных генераторов в эксплуатационных условиях переменным током, регулируемым с помощью универсального тиристорного преобразователя с перестраиваемой структурой силового вентильного модуля в цепи обмотки возбуждения. Для экспресс-расчетов на ПЭВМ оптимальных параметров сушки изоляции увлажненных обмоток представлены упрощенные схемы замещения судовых синхронных генераторов при разомкнутой и замкнутой накоротко обмотках статора.

The new effective method of the accelerated drying of ship synchronous generators in operational conditions by an alternating current regulated with the universal tiristor converter with reconstructed structures of power semi-conductor modules in a circuit of a winding of excitation is developed. For the express calculations on personal computing electric machines of optimum parameters of drying of isolation of the humidified windings the simplified equivalent circuits of ship synchronous generators at opened windings and windings with short circuit of stator are presented.

Ключевые слова: синхронный генератор, сушка, восстановление, увлажненные обмотки, тиристорный преобразователь.

Key words: the synchronous generator, drying, the restoration, the humidified windings, tiristor converter.

ОТРАСЛИ речного и морского транспорта проблема увлажнения изоляционных систем судового

разборки [1, с. 11-14; 2, с. 1-20; 3, с. 7-17; 4, с. 44-45; 5, с. 33-35].

В настоящее время в отрасли водного транспорта одной из актуальных задач является разработка простых, эффективных, легко выполнимых на судах способов и реализованных на новой передовой элементной базе портативных мобильных устройств для энергоресурсосберегающей сушки и восстановления сопротивления изоляции отсыревших обмоток судового электрооборудования [6, с. 18-20; 7, с. 24-26]. Такие современные энергосберегающие портативные устройства на полупроводниковой элементной базе с электронным управлением по ускоренной сушке

электрооборудования: синхронных самовоз-буждающихся и бесщеточных генераторов, электродвигателей постоянного тока, асинхронных двигателей, трансформаторов, автотрансформаторов, токоограничивающих реакторов и тому подобного приводит к необходимости разработки эффективных энергоресурсосберегающих методов и современных технических средств для форсированной сушки и восстановления сопротивления изоляции в судовых эксплуатационных условиях на штатном месте установки без демонтажа и

и восстановлению сопротивления изоляции увлажненных обмоток электрооборудования на штатном месте установки без демонтажа и разборки в эксплуатационных условиях необходимы на судах различного назначения, ледоколах, плавкранах, в доках, в электроцехах судостроительно-судоремонтных предприятий, в береговых производственных участках и на ремонтно-эксплуатационных базах флота. Они требуются для эффективного повышения сопротивления изоляции увлажненных обмоток электрооборудования судов, плавкранов, портов и гидротехнических сооружений в эксплуатационных условиях.

В рыночной экономике для обеспечения ресурсосбережения, уменьшения энергозатрат, снижения вредных выбросов в атмосферу, повышения электропожаробезопасности, интенсификации и оптимизации технологических режимов прогрева, подсушки, сушки и восстановления сопротивления изоляции увлажненных обмоток электрооборудования на судах в эксплуатационных судовых условиях разработаны новые эффективные методы и современные портативные универсальные тиристорные преобразователи с перестраиваемыми структурами силовых вентильных модулей [8, с. 30-35; 12, с. 13-15].

Для решения задачи интенсификации сушки и форсированного восстановления сопротивления изоляции увлажненных обмоток промышленных и судовых синхронных генераторов требуется учесть значения их параметров, особенности конструкции и системы охлаждения. После этого необходимо выбрать требуемые способы сушки и восстановления сопротивления изоляции отсыревших обмоток синхронных (самовозбуждающихся и бесщеточных) генераторов, которые экономически целесообразны, наиболее эффективны и просто осуществимы в эксплуатационных условиях.

В ОАО «Дальневосточная распределительная сетевая компания», филиале «Приморские электрические сети», «Приморские ЦЭС» проведены промышленные испытания синхронных генераторов в режимах сушки. В результате теоретических исследований разработана методика теплового расчета для двух режимов сушки:

— режима короткого замыкания для вращающегося синхронного генератора;

— для неподвижного синхронного генератора при подаче напряжения постоянного тока с помощью универсального тиристорного преобразователя с перестраиваемой структурой силового вентильного модуля только в обмотку возбуждения.

Результаты испытаний подтверждают расчетные данные, что позволяет определять требуемые значения токов в обмотках при осуществлении этих режимов сушки, включая прогрев с помощью универсального тиристорного преобразователя с перестраиваемой структурой силового вентильного модуля.

В настоящее время предложен и реализован новый энергосберегающий метод сушки увлажненных обмоток неподвижного синхронного генератора переменным током промышленной частоты, подаваемым с помощью универсального тиристорного преобразователя в обмотку возбуждения. Особенность технологического процесса сушки неподвижного синхронного генератора переменным током промышленной частоты состоит в том, что в обмотку возбуждения подается переменный ток, регулируемый универсальным тиристорным преобразователем с перестраиваемой структурой силового вентильного модуля, а обмотки статора разомкнуты или замкнуты накоротко. В этом случае в синхронном генераторе создается пульсирующее магнитное поле, ось которого определяется положением ротора в расточке.

Ток в обмотке возбуждения судового синхронного генератора зависит в основном от индуктивных сопротивлений обмоток возбуждения, успокоительной и обмотки статора.

Для экспресс-расчетов на ПЭВМ в судовых эксплуатационных условиях оптимальных параметров сушки изоляции увлажненных обмоток предложены упрощенные схемы замещения синхронных (самовозбуждающихся и бесщеточных) генераторов, которые соответствуют разомкнутой обмотке статора и замкнутой накоротко. Схема замещения в режиме сушки синхронного генератора, приведенная на рис. 1, соответствует разомкнутой обмотке статора, а на рис. 2 — замкнутой накоротко.

Выпуск 3

Выпуск 3

Рис. 1. Схема замещения судового синхронного генератора при разомкнутой обмотке статора в режиме сушки

Рис. 2. Схема замещения судового синхронного генератора при замкнутой накоротко обмотке статора в режиме сушки

Индуктивность обмотки возбуждения определяется согласно [9] по формуле

, ом,

Л^8-^'5 Р

где / — частота сети;

ц0 = 4п  10-7 Г/м — магнитная проницаемость воздуха;

т, I — полюсное деление и длина пакета частей статора, м;

= 1,0 — коэффициент насыщения магнитной цепи по продольной оси;

£5 = 1,2-1,25 — коэффициент воздушного зазора, определяется по формулам [9; 10] для известных размеров пазов и зубцов СГ;

5 — воздушный зазор СГ, м;

Ж = 2р  Ж — число витков обмотки

/ г п

возбуждения;

2р — число полюсов СГ;

Ж — число витков одного полюса;

= 0,95-1,1 — коэффициент формы кривой магнитного поля обмотки возбуждения;

кф = 0,85-0,95 — коэффициент потока явнополюсной синхронной машины.

Для большинства судовых СГ отсутствуют данные о геометрических размерах магнитопровода, и поэтому приходится определять их с помощью графиков, что снижает точность расчетов. Основные размеры явнополюсных СГ можно определить из графиков на рис. 3 по [10] в зависимости от полной мощности, приходящейся на один полюс, то есть 812р, а затем по формуле (1) определить индуктивность обмотки возбуждения.

Рис. 3. Основные размеры явнополюсных судовых синхронных генераторов для расчетов параметров сушки

Судовые СГ имеют значительно меньший воздушный зазор по сравнению с другими синхронными машинами, и поэтому индуктивности рассеяния обмоток возбуждения Ху, успокоительной х5у и обмотки статора х8а относительно меньше, чем у обычных синхронных машин. Поэтому результирующее индуктивное сопротивление цепи возбуждения с учетом успокоительной обмотки при ра-зом-кнутой обмотке статора равно

x'f=x&f+X/'X&y «

xf + xSy J

В случае замкнутой накоротко обмотки статора результирующее индуктивное сопротивление со стороны обмотки возбуждения равно

х" = X&f +1-----\--Г “ ^°’09 _ °’1)' х/,Ом

Xf xSy xSa

Активная мощность со стороны сети определяется активными сопротивлениями в обмотках и может рассчитываться по выражению

и2 и2

cos ф; cos ф,

Ху Ху

где U — напряжение, подводимое к обмотке

возбуждения, В;

cosф = 0,5-0,6 — коэффициент мощности схем замещения с учетом активных сопротивлений всех трех обмоток СГ, то есть возбуждения, успокоительной и обмоток статора.

Напряжение промышленной частоты, подаваемое тиристорным преобразователем в обмотку возбуждения, не должно превышать 220 В.

Выполнены многочисленные расчеты параметров и характеристик сушки синхронных генераторов переменным током, регулируемым универсальным тиристорным преобразователем в цепи обмотки возбуждения. Даны типовые примеры расчетов мощности источника при ускоренной энергосберегающей сушке синхронных генераторов различных типов переменным током, регулируемым универсальным тиристорным преобразователем. Для дизель-генератора с номинальной мощностью, равной 320 кВА, мощность, поступающая в обмотки, при сушке составляет P'f = 685 Вт, Pf" = 850 Вт. Для сушки синхронного генератора с номинальной мощностью 1320 кВА расчетная мощность источника при способе сушки увлажненных обмоток переменным током, регулируемым универсальным тиристорным преобразователем, составляет P'f = 1670 Вт, Pf" = 2280 Вт.

На основании теоретических и экспериментальных исследований установлено, что

технологический процесс сушки изоляционных систем электрооборудования с помощью портативного универсального тиристорного преобразователя выполняется эффективно, качественно, со значительно меньшими по сравнению с другими традиционными методами затратами труда.

Этот инновационный способ сушки и восстановления сопротивления изоляции отсыревших обмоток синхронного генератора экономически целесообразно применять в эксплуатационных условиях при повышении сопротивления изоляции, так как мощность, подаваемая в обмотки, относительно небольшая.

Разработанный способ энергоресурсосберегающей сушки отключенных судовых синхронных генераторов на штатном месте установки без демонтажа и разборки в эксплуатационных условиях на судах и энергетических объектах внедрен в ОАО «Дальневосточная распределительная сетевая компания», филиале «Приморские электрические сети», «Приморские ЦЭС».

В отрасли водного транспорта проведены испытания судового электрооборудования на судах с целью получения характеристик в режиме поднятия сопротивления изоляции увлажненных обмоток [11, с. 14-19; 13, с. 1-9; 14, с. 1-11; 15]. В результате экспериментальных исследований установлено, что портативный универсальный тиристорный преобразователь с перестраиваемой структурой силового вентильного модуля работает эффективно и обеспечивает существенное энергосбережение (более 60 %) при сушке электрооборудования на судах различного назначения.

Теоретические и экспериментальные исследования предлагаемого способа восстановления и поддержания сопротивления изоляции увлажненных обмоток отключенных судовых синхронных генераторов доказали, что он может быть широко распространен в отрасли морского и речного транспорта и использован в эксплуатационных условиях на судах, гидротехнических сооружениях, в портах и судостроительно-судоремонтных предприятиях при судостроении и судоремонте.

Выпуск 3

Выпуск 3

Список литературы

1. Приходько А. М. Тиристорный преобразователь с перестраиваемой структурой /

A. М. Приходько, В. М. Приходько // Энергетика и электрификация. — 1991. — №. 3.

2. Приходько В. М. Переносной универсальный регулируемый тиристорный преобразователь с перестраиваемой структурой / В. М. Приходько // Морской транспорт. Экспресс-информация. Сер.: Техническая эксплуатация флота и судоремонт / ГУП «Мортехинформреклама». — М., 1997. — Вып. 9 (871)-10 (872).

3. Приходько В. М. Управляемый тиристорный преобразователь универсального назначения / В. М. Приходько, А. Джамо, А. М. Приходько // Наука и техника на речном транспорте. — 1999. — № 10.

4. Приходько В. М. Энергосберегающий универсальный тиристорный преобразователь /

B. М. Приходько // Судостроение. — 2000. — № 1.

5. Приходько А. М. Универсальный тиристорный регулятор для прогрева трансформаторов /

A. М. Приходько, В. М. Приходько, В. И. Кравченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 1990. — № 3.

6. Приходько В. М. Регулятор напряжения для устройства диагностики пробоя изоляции в линиях электропередачи / В. М. Приходько, В. И. Кравченко, А. М. Приходько // Энергетик. — 1992. — № 1.

7. Приходько В. М. Переносной регулируемый тиристорный преобразователь / В. М. Приходько // Речной транспорт. — 1995. — № 1.

8. Приходько В. М. Переносной регулируемый тиристорный преобразователь с перестраиваемой структурой / В. М. Приходько, В. И. Кравченко, А. М. Приходько // Промышленная энергетика. — 1999. — № 4.

9. Вольдек А. И. Электрические машины / А. И. Вольдек. — Л.: Энергия, 1974. — 825 с.

10. Пинский Г. Б. Расчет явнополюсных синхронных машин / Г. Б. Пинский, В. В. Домбровский. — Л.: Энергоатомиздат, 1984. — 134 с.

11. Приходько В. М. Тиристорный преобразователь — регулятор универсального назначения / В. М. Приходько, В. И. Кравченко, А. М. Приходько // Промышленная энергетика. — 1994. — № 5.

12. Приходько А. М. Универсальный тиристорный преобразователь / А. М. Приходько,

B. М. Приходько, В. И. Кравченко // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 1999. — № 4.

13. Приходько В. М. Переносной регулируемый тиристорный преобразователь для сушки, испытаний и диагностики изоляции электрооборудования судов без демонтажа и разборки / В. М. Приходько // Морской транспорт. Экспресс-информация. Сер.: Техническая эксплуатация флота. — М.: В/О Мортехинформреклама, 1992. — Вып. 18 (782).

14. Приходько В. М. Новая технология пропитки и управляемой токовой сушки электродвигателей / В. М. Приходько // Морской транспорт. Экспресс-информация. Сер.: Техническая эксплуатация флота и судоремонт / ГУП «Мортехинформреклама». — М., 2002. — Вып. 8 (920).

15. Приходько В. М. Методы и технические средства комплексных испытаний элементов судовых электроэнергетических систем в судостроении и судоремонте: моногр. / В. М. Приходько. — СПб.: ИПЦ СПГУВК, 2005. — 348 с.