Токопроводы генераторного напряжения (Часть 1)

Токопроводы генераторного напряжения в настоящее время всеми заводами-изготовителями изготавливаются в пофазно- экранированном исполнении. Промышленность к такой конструкции пришла постепенно с ростом единичной мощности энергетических блоков. В 50-е годы, когда единичная мощность генератора не превышала 100 МВт, исполнение связи генератора с повышающим трансформатором выполнялось с помощью открытых шинных мостов, затем появились заводские конструкции закрытых токопроводов, где размещались все три фазы в одной оболочке.

Серийное изготовление генераторных токопроводов в пофазно-экранированном исполнении началось впервые на заводе «МЭЩ» с вводом в эксплуатацию первых энергоблоков 200 МВт.

В настоящее время пофазно-экранированные токопроводы изготавливаются для генераторов всех мощностей - от 63 до 1500 МВт. Пофазно-экранированные токопроводы обладают большой надежностью в сравнении с токопроводом в общей оболочке и тем более в открытом исполнении, они полностью исключают междуфазные КЗ, которые для генераторов мощностью более 150 МВт недопустимы из-за недостаточной динамической стойкости лобовых частей обмоток генераторов. Кроме того, в пофазно-экранированном токопроводе значительно ниже электрические потери электроэнергии в сравнении с ранее применяемыми.

Повреждение генераторного токопровода приводит к остановке, а иногда и к выходу из строя энергетического блока, причем возможны аварии, на устранение которых требуется значительное время.

До освоения производства токопроводов с компенсированным внешним электромагнитным полем заводы изготавливали токопроводы секционного (телескопического) исполнения, т. е. в одном блоке одной фазы оболочка изготавливалась из нескольких частей разных диаметров длиной 2-3 м. Одна часть от другой отделялась изоляционными прокладками, уплотнялась резиновым жгутом и заземлялась. Завод «Мосэлектрощит» изготавливал такие конструкции до 1972 г., они назывались КЭТ-200 (комплектный экранированный токопровод для турбогенератора мощностью 200 МВт). Токопровод с секционными оболочками обладал рядом существенных недостатков: внешнее электромагнитное поле оказывалось большим, и стальные опорные металлоконструкции нагревались индуцируемыми в них вихревыми токами; потери электрической энергии увеличивались за счет наведения в оболочках вихревых токов, которые замыкались в пределах секций; распределение токов по периметру оболочки было неравномерным; магнитное поле шин не компенсировалось полем, наведенным в оболочке током.

В эксплуатации возникли неудобства: с обеспечением надежного уплотнения между оболочками разных диаметров и стыкуемых элементов; с обеспечением надежного заземления; с защитой металлоконструкции из стали от индуцированных токов и нагревов.

Токопроводы нового поколения имеют непрерывно свариваемые оболочки от монтажного блока подсоединения к генератору до блока подсоединения к повышающему трансформатору.

При применении токопроводов с непрерывными оболочками по концам трасс токопроводов (у генератора и повышающего трансформатора) оболочки разноименных фаз соединяют привариваемыми к ним перемычками, обычно выполненными из алюминиевого листа тех же сечения и марки, что и сама оболочка. Заземляются оболочки только в месте установки перемычки, для чего эту перемычку присоединяют к общему контуру заземления электрической станции. Места крепления каждого монтажного блока токопровода своими опорами надежно изолируются от опорных заземленных балок строительных металлоконструкций, переходных пластин и швеллеров при помощи изоляционных втулок и прокладок для возможности измерения электрического сопротивления изоляции без разборки узла крепления токопровода (Рисунок 1).

Рисунок 1. Схема измерения электрического сопротивления изоляционных прокладок между опорным элементом фазы токопровода и опорой металлоконструкции: 1 — опора (лапа) токопровода; 2 — болтовое соединение с изоляционными втулками; 3 — прокладка изоляционная; 4 — прокладка металлическая; 5 — металлоконструкция; 6 — мегаомметр на напряжение 500 В

При такой схеме заземления оболочки пофазно-экранированного токопровода образуют замкнутую трехфазную систему, в которой при работе токопровода индуцируются токи, приблизительно равные рабочим токам, протекающим по токоведущим шинам, но направленным противоположно. Эти токи протекают вдоль оболочек, равномерно распределяясь по их образующей, и переходят по концам токопроводов из оболочки одной фазы в оболочки двух других фаз. Сумма токов оболочек трех фаз равна нулю. Циркулирующие в оболочках токи значительно уменьшают внешнее электромагнитное поле (практически не нагревают металлоконструкции), компенсируют его.

Таким образом, компенсация внешнего электромагнитного поля создается симметричной системой токов в непрерывных оболочках с надежно выполненной схемой заземления.

Внутри оболочки магнитная индукция также снижается, и поэтому при КЗ электродинамические силы, действующие на токоведущие шины пофазно-экранированных токопроводов, становятся в несколько раз меньше, чем в токопроводах открытого исполнения, и меньше, чем в секционных токопроводах.

Источники статьи: К.И. Дорошев Токопроводы и шинопроводы для электростанций и подстанций