История электротехники

Рассмотренные выше системы возбуждения являются независимыми, так как в них применяется вспомогательный синхронный генератор. В таких системах необходимо иметь тиристорные преобразователи и автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) как для главной, так и для вспомогательной машины. Система возбуждения существенно упрощается, если перейти на схему самовозбуждения. В этом случае обмотка ротора получает питание от выпрямителя, подключенного ко вторичной обмотке выпрямительного трансформатора. Его первичная обмотка присоединяется к выводам генератора. Системы самовозбуждения стали все более широко применяться как для турбогенераторов, так и для гидрогенераторов.

Щеточно-контактный аппарат турбогенератора с частотой вращения 3000 об/мин надежно работает при токах до 5000 А. Поэтому с увеличением токов потребовалось создание бесконтактной или бесщеточной системы возбуждения. Для этой цели применяется синхронный генератор обращенного типа, у которого якорь вращается, а индуктор неподвижен. Обмотка якоря подсоединяется к вращающемуся выпрямителю, соединенному с обмоткой ротора турбогенератора.

Для бесщеточных возбудителей потребовались диоды, рассчитанные на большие центробежные ускорения. Специальное конструкторское бюро завода «Электровыпрямитель» (г. Саранск) с участием ВНИИэлектромаша разработало и создало диоды со средним током 500 А и повторяющимся напряжением 2000 В. Позднее были освоены диоды на ток 630 А и напряжение 2800 В. В 1972 г. для турбогенератора мощностью 300 МВт был применен трехфазный возбудитель с диодами на ток 500 А. Полученный опыт был распространен еще на четыре турбогенератора мощностью по 300 МВт. Вся эта работа проводилась ВНИИэлектромашем и объединением «Электросила». Энергетическим институтом им.

Г.М. Кржижановского и харьковским заводом «Электротяжмаш» для турбогенератора мощностью 200 МВт с многофазным возбудителем под руководством Г.А. Ковалькова и B.C. Кильдишева были применены диоды с током 500 А. Такие же диоды были применены и для двух многофазных бесщеточных возбудителей турбогенераторов мощностью 500 МВт завода «Электротяжмаш», установленных на Воронежской АЭС. Позднее машины этого класса комплектовались трехфазными возбудителями и диодами с током 630 А и выполнялись в объединении «Электросила». По заказу Ленинградской АЭС в 1978 г. была завершена поставка четырех бесщеточных возбудителей для турбогенераторов мощностью 500 МВт.

В 1980 г. был создан самый мощный в мире двухполюсный турбогенератор на 1200 МВт для Костромской ГЭС, который имеет номинальные значения тока возбуждения 7800 А и напряжения 500 В. В этом случае единственно возможное решение состояло в применении бесщеточной системы возбуждения. Для турбогенераторов мощностью 1000 МВт с током возбуждения 7000 А и напряжением 500 В для атомных электростанций были также применены бесщеточные возбудительные системы. Первый такой турбогенератор был введен в эксплуатацию в 1981 г., а всего на электростанциях сейчас работают 17 аналогичных машин. При их создании весь комплекс исследований и разработок по совместным проектам ВНИИэлектромаша с объединением «Электросила» был выполнен под руководством В.Ф. Федорова и В.К. Воробья.

В 1978 г. впервые в мировой практике была введена в эксплуатацию тиристорная бесщеточная система возбуждения для турбогенератора мощностью 300 МВт с частотой вращения 3000 об/мин на Киришской ГЭС.

Как указано выше, бесщеточные возбудители были применены для синхронных компенсаторов. В связи с большим синхронным индуктивным сопротивлением для получения большого значения реактивной мощности в режиме потребления кроме основного выпрямителя положительного возбуждения применяется выпрямитель отрицательного возбуждения.

Рис. 6.8. Бесщеточный возбудитель турбогенератора средней мощности

1 — полюс; 2 — якорь возбудителя; 3 — вращающийся выпрямитель; 4 — вал турбогенератора

Во ВНИИэлектромаше разработана новая система статического тиристорного самовозбуждения с воздушным охлаждением для турбогенераторов мощностью от 60 до 220 МВт с широким использованием микропроцессорной техники. В этой системе имеется 100-процентное резервирование. Для меньшего диапазона мощностей (2,5–63 МВт) предложены упрощенная статическая тиристорная и бесщеточная системы (рис. 6.8). Последняя имеет консольное исполнение, благодаря чему она размещается в пространстве щеточно-контактного аппарата. Микропроцессорная техника, силовая часть, устройства управления, регулирования, защиты и сигнализации размещены в одном небольшом шкафу. Указанные системы возбуждения разработаны В.В. Кичаевым, В.М. Бобровым, Е.Н. Поповым и В.К. Воробьем и освоены в производстве.