автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Сверхпроводниковые турбогенераторы

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕЦОВАТЕЯЬСКИЙ ИНСТИТУТ

алштоммшострогнш

ШИИэлектромаш)

На правах рукописи

ЧУЕРАЕВА Лидия Игоревна

СВЕРХПРОВОДНИКОШЕ ТУРБОГШЕРАТОМ (теория, создание, доследования)

Специальность 05.09.01 - Электрические калины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических каук

Санкт-Петербург, 1992

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательс институте электромашиностроения, С.-Петербург.

Официальные оппоненты:

Академик АН Украины, доктор технических наук Г.Г.Счаст:

_Член-корреспондент РАН, доктор технических наук Ф.Г.Руз

Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор техш ких наук, профессор Г.А.Сипайлов.

Ведущая организация - ШИЭФА им. Д. В.Ефремова, С.-Петербург.

Защита диссертации состоится "Д5~" МО Я 1992 г. в /чао. на заседании специализированного Совета Д.143.02.01 при Всероссийском научно-исследовательском инси электромашиностроения по адресу: С.-Петербург, Московский щ Отзывы в одном экземпляре, заверенные печатью учрездеш просим направлять по адресу: 191065, С.-Петербург, Дворцова; наб.,д.18. Ученому секретарю.

Автореферат разослан ОпреЛр 1992 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук

А.А.Карымо

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛБОШ

'■ Акту/а.тьносгь проблемы. Преимущества сверхпроводгашовых тур-нераторов (СДТГ) перед машинами обычного исполнения в настоя-время определшэгся следующим образом: повышенный КПД (на 1,0 %), больше пределыше мощности, благоприятные возможного работе в режиме потребления реактивной мощности, лучаше ыше массогабаритнив показатели, меньшие индуктивные сопро-ения и возможность повышения устойчивости. Работы в области сверхпроводпикових турбогенераторов вед;.'т-кроме нашей страны, в Австрии, Великобритании, Герпашш, 11та-Китае, США, Франции, Шве-йцарии, Япошш. К настоящему вроме-оздано более 30 модельных и опытно-промышленных СПТГ, в том в 14 мощностью от I Ш'А до 50 МВ-Л» а такяе два сверхпровод-вых ротора большого диаметра. Национальные программы, направив на создание промышленных образцов СПТГ большой мощности, тся в нангой стране, Германии, Японии. В.других странах рабо-ыполняются кругашш электромашиностроительными фирмами ("Аль--Атлантик", Франция, лЭлмя" , Австрия и др.). В связи о важностью задач по разработке и созданию этих га-в 1977 г. в рамках международной электроэнергетической оптации СИГРЭ бит создана рабочая груша "Генераторы нетрадици--го исполнения". За истекшие года работа отей группы, объеди-!ей специалистов разных стран, позволила обеспечить взаимную рмацщо и определить наиболее прогрессивные пути создания но-тяпов турбогенераторов. В 1989 г. . в Международном электро-ическом комитете СМЭК) создана-рабочая группа по подготовке щартов для сверхпроЕогагакоснх генераторов.

Наша страна занимает лидирующее положение в мире в области седований, разработки я создания СПТГ. В Объединении "Электро-I" ведутся испытания генератора со сверхпроводящей обмоткой Суждения (СЛОВ) мощностью 300 МВт. В 1979 г. во ВНШэлектро-! изготовлен турбогенератор мощностью 20 МВ-А (КГГ-20), явив-!я тогда самой крупной сверхпроводниковой-машиной в глире. Это ютвенный в настоящее время СПТГ, находящийся в эксплуатации шргосистеме. На нем проводятся уникальные эксперименты по ис-юванию установившихся и переходных режимов работы СПТГ з Нарве синхронного компенсатора. Кроме того, ведутся исслэдова-

кия СНЕГ мощностью 5 МВ-А на электродинамической модели.

Таким образом, во ВНИИэлектромаше создана современная е первментадьная база по данное направлению работ. Наряду с } мам в деятельности крупных международен организаций и надх техническим сотрудничеством с рядом ведущих фирм, занимавши проблемами СПИ1, это позволяет вести глубокие теоретические экспериментальные исследования,-обеспечивая-тем самым приор! нашей страны в работах данного направления.

Лель работы и задачи исследования. Цель работы состоит решения важной народнохозяйственной цроблеш по исследовании созданию высокоэффективных сверхпроаодниковых турбогенерато] способных устойчиво работать в энергосистемах.

Дня ее достягеяия необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать, создать а исследовать высокоэффективны« статоры для сворхпроводаиковых турбогенераторов.

2. Разработать метода расчета магнитных полей и добаво* потерь в беспазовых обмотках статоров. Предложить способы а шш потерь с целью повышения ЩЦ генератора.

3. Исследовать способы улучшения шссогабарнтных и эне] часких показателей сверхпроводниковых турбогенераторов за с совершенствования системы охлавдения статора и применения ¡к типов обмоточных материалов.

4. Выполнить исследования и проанализировать результат! испытаний сверхпроводцяковых турбогенераторов в косвенных р( пах и эксплуатации в знергосистсмо.

5. Разработать пути совершенствования сверхпроводников; нераторов для обеспечения устойчивой работы в энергосистема:

Положения. выносимые па зашпту: научная проблема по по: низо КЦД сверхпроводникового генератора за счет снижения поп обмотке статора и ее конкретные технические решения; создан беспазовых статорных обмоток традиционной и нетрадиционной : метрии с различными способами охланденля и их экспериментам яоследования; исследование ршашов работы сверхпроводниково: турбогенератора модностью 20 ЫВ-А, в том числе в энергосист в режиме синхронного компенсатора; проблема создания полное сверхпроводникового турбогенератора и технические гребовзш сверхпроводниковым статоршм обмоткам; концепция оверхпрово кошх турбогенераторов с кедлешш и быстрым регулированием буздения и метода расчета устойчивости таких маши.

Научная новизна и практическая ценность определяются слодую-

м:

1. Теоретически и экспериментально исследованы обмотки стазов для сверхпроводниковцх турбогенераторов. Разработаны осно-[ создания обглоток поременного тока с мишшалыш.ш ногермш ц учшешшыи массогабарипшми показателями.

2. Развиты: способ охлаждения статоров изоляционными аидко-'ями с применением фторорганических соединений и метод использо-дия низкопотенциального тепла с помощью теплонасосных установок.

3. Показаны пути использования в сверхпроводштовых гонорарах криорезистивных схаторшх обмоток. Предложены способы полу-|1шя алюминиевых проводников для обмоток переменного тока.

4. Разработаны основы создания сворхлроводниковых статорних Глоток для полностью сверхпроводниковцх генераторов. Исследова-[ вопроси потерь и особенности перехода в нормальное состояние.

5. Предложен метод расчета динамической устойчивости сверх-юводаякового турбогенератора с быстродействующим рзгуллрованя-[ возбуждения и определения энергии и мощности СШШа, применяе-го для повышения устойчивости сворхпроводашкового гурбогенера-ра с медленным регулированием возбукдения.

6. Обоснован способ выбора индуктивности и номинального то. СНОВ из условия работы машнш в динамических режимах.

7. Разработаны новые конструктивные и тохнологическио реше-я для статорных обмоток с пониженными добавочными потерями. >здаш статоры беспазовях конструкций для турбогенераторов шестью 20 ¡.ЕВ-А и 5 МВ-А.

В. Разработан способ исследования потерь в транспонированных ерянях статора сверхпроводникового турбогенератора. Создана игинальная экспериментальная модель.

9. Создана система охлаждения статора оверхпроводникового рбогенератора КТГ-20 на стевде ВПШэлектромаша.

10. Создан стенд о синусоидальным источником питания боль-й мощности для криогенных обмоток переменного тока.

11. Ведется разработка композитных криорезистивных проводов высокоомной матрице длл обмоток переменного тока.

Алробапия работа. Основные результаты работы докладывались . следующих международных и всесоюзных совещаш1ях и конференциях:

Всемирном электротехничоском конгрессе (Москва, 1977); Можду-

народной конференций по современным электростанциям (Льеж,Бель гия, 1981); 3-й Всесоюзной научно-технической конференции по лодильному машиностроению (Одесса, 1982); Международной конфе цил по криогенной технике (Кобэ, Япония, 1982); 2-й Всесоюзнс конференции. _по_^ехническоцу использованию сверхпроводимости { нинград, 1983); Всесоюзном научно-техническом совещании "Нау1 технические и технологические вопросы создания сверхпроводш» го энергетического оборудования" (Москва, 1984); Мевдународш конференции по тепло- и массообмену (Сан-Франциско, США, 198( Всесоюзной научно-технической конференции "Воцросы npoeKrapoj ния, исследования и производства мощных турбогенераторов и к; ных электрических машан" (Ленинград, 1983); 3-й Всесоюзной к ференции "Импульсные источники энергии" (Ленинград, 1989); I Международной конференции по криогенной технике (Пекин, КНР, 1990); 12-й Международной конференции по магнитной технологи (Ленинград, 1991); сессиях СИ1РЭ 1982, 1988 и 1990 гг. (Пари Франция), а такзе на совместных симпозиумах со специалистами мы "Дженерал электрик", США (Ленинград, 1976, Скенектади,197 "Альстоы-Атлантик", Франция (Ленинград, 1990), "Крафтверкунк Синено", Германия (Мюльхайм, 1991), на заседаниях рабочей г| РГ 11-05 СЖРЭ "Генераторы нетрадиционного исполнения" в I9i 90 гг., в серии докладов для специалистов в области приклада сверхпроводимости КНР (Пекин, Шанхай, 1991). Кроме того, бы. ланы доклады на заседаниях научного совета АН "Научные осио; пользования сверхпроводимости в энергетике" и "Физико-техни проблемы электромеханических накопителей и преобразователей гии", бюро Отделения физико-технических проблем энергетики мни наук.

В последние годы работы выполняются на конкурсной основ соответствии с Государственной целевой научно-технической л мой "Высокотемпературная сверхпроводимость", в том числз с по проектам "Компенсатор" и "Свэрхпроводнаковый генератор".

Публикации. По теш диссертационной работы опубликованс бот, вюшчавдих I монографию, 5 авторских свидетельств на i тения. I монография (в соавторстве) находится в печати.

Объем работы..Диссертация состоит из введения, пята глг ключения, списка литературы из 2/9 наименований. Основна. содержат 2отг страниц машинописного текста и 35 рису

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

Во введении отражены актуальность и современный уровень ¡ледований в рассматриваемой области, сформулированы научно-иические задачи, защищаемые положения, научная новизна и прак-сеская ценность работы.

В первой главе проанализировано современное состояние работ созданию СПТГ в нашей стране и за рубежом и предложены спосо-их совершенствования.

Работы в области СПТГ с созданием реальных электрических ма-[ различных мощностей и различного назначения ведутся в нашей >ане, Австрии, Германии, Китае, США, Франции и Японии. Кроме ■о, в ряде стран, например, в Великобритании, Индии, Италии, йцарии, ведутся теоретические разработки с исследованиями ;етных образцов элементов таких машн.

В Австрии изготавливается СПТГ мощностью 2 МВ-А, в США соз-ы и испытаны генераторы мощностью 3;5;Ю и 20 МВ'А и планируя возобновить работы по машине мощностью 300 МБ*А; в Японии отовлены СПТГ мощи стыо 3;6;30 и 50 MB-А и ведутся работы , созданием опытной машины мощностью 70 ИВ-А, имеющей три ванта ротора, с последующим созданием генератора мощностью МВ'А. Кроме того, специалистами Японии изготавливается ротор роченной длины диаметром 1000 мм со СПОЗ. Работы над аналотач-ротором диаметром 1170 мм завершаются в Германии, одиовремен-ведется изготовлений машины мощностью 800 MB-А. Ротор диамот-1060 ш со СПОВ для турбогенератора пщностью 250 МВт изго-лен и испытан во Франции.

В нашей стране изготовлены СПТГ мощностью 1,5;2;5; 20 MB'А 00 МВт, ведутся научные исследования, направленные на создание ератора мощностью 1200 Шт.'

Все опытные СПТГ были исследованы в режимах XX и КЗ, генера-мощностыо 20 МВ-А (США) испытывался в реяпме взаимной нагруз-генератор мощностью 50 MB•А (Япония) кратковременно включался параллельную работу с сетью в режиме синхронного компенсатора ). Во ВНШэлектромашо машина мощностью 20 МВ-А находится в тной эксплуатации в режиме CK с 1983 г.

Рабочая температура современных низкотемпературных сверхпро-ников (НТСП) находится обычно на уровне 4,2 К (или - 269°С). характеризуются отсутствием потерь на постоянном токе; поте- 7 -

рв на переменном токе велики и возрастают с увеличением чает что препятствовало до последнего времени применению сворхпро ников в статорах синхронных генераторов. В случае превышения критических значений таких параметров, как напряженность ыаг ного поля, сила и скорость изменения тока и температура, сво цроводник выходит из сверхпроводтцого^состоянзя, причем Прои перехода солрововдается выделением большого количества тепла криогенной зоно обмотки. Эти особенности сверхпроводящих мат риалов влияют на конструктивное исполнение генератора, обиоз возбуждения, внешних механических и электрических соединение ла ввода гели.; и др.

Ротор СПТГ состоит из двух концентрических оболочек. Па] из них(силовая оболочка, работающая, при комнатной температу] представляет собой цилиндр с изолированной полостью к высок! вакуумом, предотвращающим теплопритоки к низкотемпературной Этот цилиндр, соединенный с валом, несет как механические н; ки - обеспечивает кесткость соединения и передачу момента, слектрические - является электромагнитным экраном. Во второ лочке, размещающейся внутри первой, находится холодная зона, торой располагается СПОВ из ЫЬ -Ть ила 5п . Обе о ки соединяются между собой или с другими узлами ротора о пс трех элементов: теплообменников - тонких цилиндров, перэдак механический момент и в то та время ограничивающих передач} лоты ыэвду внутренней и нарукцой оболочками ротора; токовве соединящих СПОВ с возбудителем; узла ввода гелия, обоспач: го подачу охлавдандей кидкости в СПОВ. Цилиндрический тепле экран расположен в свободном пространстве мокду электромап экранш и бандаком обмотки возбувдения и имеет-промэжуточн; пературу около 70 К.

Несмотря на отсутствие ферромагнитных материалов в рот ыокет создавать магнитные поля большей напряженности, чем душном зазоре обычных турбогенераторов (около I Тл), благо высокой платности тока (например, 200 к/т?) по сечению св водника.

.. Статор СПТГ выполняется беззубцовым. Возможность полуи высокоинтенсивннх 'магнитных цолзй в зонах без ферромагшт; териалов требует осбого внимания к конструкции статорной ки с целью сникения добавочных потерь. При равных габаритг тор беспазовой конструкции с обмоткой, расположенной в во!

>ре, обеспечивает более высокую линейную нагрузку, чем статор шого зубчатого исполнения, благодаря увеличению заполнения »точной зоны медью. •

Описанная принципиальная конструктивная схема СПТГ едина во : разрабатываемых машинах, однако конструктивные решения от->ных узлоз в различных проектах имеют существенные отличия, ¡x рассматриваются два варианта криогенной схемы ротора, три ригурации СПОВ, два типа сверхпроводников и три варианта ста-)в. Подробный анализ конструктивных особенностей СПТГ и вари-)в исполнения их элементов выполнен по заданию рабочей группы )5 СИ1РЭ на основе информации, полученной от членов группы. Основные различия в СПТГ, разрабатываемых разными страна™, ?ут быть положены в основу создания машин двух типов: с малыш элышши скоростями регулирования тока возбуждения. К первому типу следует отнести генераторы средней мощности в дазоие 300+600 МВт, работающие на небольшом расстоянии от по-Зителя, ко второму - турбогенераторы большой мощности(до 3 МВт и выше), способные гибко реагировать на измэнения нагруз-В связи с этим для повышения устойчивости в переходных решг-долюи применяться система быстродействующего регулирования Зувдзнпя, а в обмотке возбуждения - сверхпроводники, устойчи-к большим чкоростям изменения токов и магнитных полей. Сверхпровод[шковые турбогенераторы, создашшо в нашей страна, arate Австрии,Германии, США, Японии и др., относятся к машинам здленшм регулированием возбуадения. Это обусловлено особенно-ми приманенных для обмотки возбуадения сверхпроводящих нате-лов, а такие конструкцией электромагнитных экранов ротора, на-но защищающих СПОВ от воздействия несинхронных магнитных полей отки статора во всех режимах работы. Ротор, созданный во Фран-, в большей степени соответствует машше с высокой скоростью улировапия.

Генераторы с высокой скоростью регулирования тока возбуадения кны иметь следующие особенности: ток в обмотке возбуадегая по-ается до 10-14 кА для турбогенераторов мощностью 1000 МВт и ее, поэтому СПОВ имеет уменьшенную индуктивность; для быстрого енения тока в обмотке возбуадения используется повышенное эленче скор сопротивление демпферной системы, в результате чего воз-тает переменное магнитное поле от обмотки статора, проникающее НОВ; в связи с этим необходимо применять .для обмотки ротора

сверхпроводник, устойчивый к воздействию переменных магнитш. лей.

Особое внимание при создании модных СШГ с высокой ско] регулирования тока возбуждения долвдо быть уделено разрабоп сверхпроводников на большие токи с уменьшенными потерями в i няюндахся полях. Для этого сверхпроводящий провод должен сод( еатъ ботцоё~число~11атей"диа:лотром-1-».1мл-и-менво,-01{руйенны; зистивным барьером и размещенных в высокоомной матрице. В h¡ цео время диаметры этих проводов находятся на уровне 0,1-0,: а рабочие гокн с учетом запаса составляют около 100 А. Для Ш1я СПОВ с токами до 10-14 к'А необходим кабель, содержащий шое число круглых проводов. При этом отсутствие надежного к шя витков СПОВ во вращающемся роторе монет приводить к сни рабочих параметров сверхпроводшка по отношению к критическ Кроме того, при переходе к проводам с высокоомной матрицей ходнма разработка новых методов защиты от перехода СПОВ в а мольное состояние, поскольку потребуется вывод большой зала ной энергии за более короткий промежуток времени, чем это i место в машинах с малыми скоростями регулирования.

Одним яз основных достижений при создании СПТГ с калы.\ растяни регулирования является.разработка СНОВ рогора, даек надежное крепление и высокие критические параметры практиче без деградаций и тренировок. Шли исследованы специальные ¡ сидные компаунды и методы пропитки обмоток; малейшие orciyi от требований по обеспечению надежного крепления витков ил; стабильности компаунда приводили к необратимым последствия; Больше внимание было уделено разработке надежных схем защ СПОВ при переходе в нормальное состояние, исключающих повр нпя как силой обмотки, так и изоляции. Именно решение всех проблем лежит в основе создания опытных СПТГ, успешно прош испытания в ряде стран шра. При этом следует иметь в виду СПОЗ выполнялись на сравнительно небольшие токи до 2 кА и тавливалясь из металлургической шинки прямоугольного сечен Таким образом, переход к машинам с высокими скоростями peí вания требует решения значительно' более слоеных проблем пс даяш надежных СШВ, чем в СПТГ с малыш скоростями рогуль ния.

-В генераторах с медленно действующий возбуждением otj максимального тока к номинальному невелико и они могут ра< в номинальном режиме с высокой плотностью тока и швдкцие:

- 10 -

тного поля. В машинах с высокой скоростью регулирования макси-льная величина тока возбуждения ц скорость его изменения зна-телыш выше, чем в машинах предыдущего класса. Поэтому они лжны иметь в номинальном режиме больший запас по критическим 1раметрам, а следовательно, СПОВ будет содержать большее коли-!Ство сверхпроводника, чем это бы потребовалось для СПТГ с ма-1Й скоростью регулирования аналогичной мощности. Все это гово-¡т о более высокой стоимости СПТГ с большими скоростями рогулишения тока возбуждения по сравнении с машинами, имеющими даённое регулирование.

С целью изучения СПТГ с высокой скоростью регулирования то-

1 возбуждения в настоящее время во ВНИИэлектромаше начаты рабо-[ по созданию резервного ротора новой конструкции для генера->ра КТГ-20.

В связи с интенсивными работами в нашей стране и за рубежом области высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) существен-¡й интерес представляет оценка основных направлений применения |вых материалов в СПТГ.

Наиболее вероятной представляется конструкция СПТГ, в кото-й обмотка возбуждения из ВТСП работает при низких температурах т гелиевых до водородных), где у этих материалов может быть лучена высокая критическая плотность тока в магнитных полях нескольких Тл. При этом повышается надежность работы СПОВ за ет большого запаса по температуре.

В случае, если СПОВ.будет иметь рабочую температуру 77 К,

нималъная плотность тока в ней для СПТГ мощностью около 1000

р

т долина составить 75 А/т. в поле 4,5 Тл. При меньших плот'но-ях тока и индукциях машина такой мощности будет неэффективна.

В настоящее время еще нет экспериментальных данных, характе-зующих уровень потерь в ВТСП на токах промышленной частоты, нако интересна оценка перспектив использования этих сверхпро-дников для статорных обмоток турбогенераторов. Сопоставление дной обмотки с плотностью тока ^ = 15 Д/щ^ и обмотки из СП с удельными потерями на азотном уровне температур при часто-50 Гц, равными Ю6 Вт/м3 ( Хрер - 10), показало, что ВТСП-«отка может быть эффективной у за начиная с ¿а1= 30 К/\х.,?, что

2 раза выше, чем , и а 2,5 раза меньше плотности тока а СПОВ. ксимальная индукция магнитного поля, при которой работает ерхпроводящая обмотка отатора (СПОС), приблизительно в 3 раза

меньше, чем индукция в СНОВ. В случае, если будет разработана технология изготовления сверхпроводящих композитов из ВТСП с необходимыми критическими плотностями тока и удельными потерями на уровне 10® Вт/м^ в поле 1*1,5 Тл, эти проводники смогут в первую очередь найти применение для СПОС генераторов, обмотка ^возбуждения которых работает при гелиевых температурах.

В связи с тем, что ВТСП могут оказаться менее технологичш чем НТСП, во ВНИЙэлектромаше в последние годы разработан ряд щ ектов СПТГ большой мощности с обмотками ротора и статора упрощенной геометрии.

Переход к охлаждению жидким азотом, который становится во; можным с появлением ВТСП, сделает проблему создания СПТГ еще 61 лее важной, а также приведет к снятию ограничений по мишмальш экономически целесообразным мощностям, которые в настоящее вре) оцениваются в 500-600 ЫВ-А.

Оценка эффективности применения ВТСП для мощных турбогене; торов показала, что при эквивалентных плотностях токов в машин с НТСП и ВТСП обмотками снижение габаритов и массы во втором с чае достигается в основном за счет.упрощения тепловой изоляции сверхпроводящей обмотки. Кроме того,радикально упрощается пода хладагента во вращающийся криостат ротора, вго же относится л к сверхпроводникововд статору. Если турбогенератор мощностью 1200 МВт обычного исполнения имеет массу 550 т, то масса СПТГ азотнш охлаждением монет быть снижена в 2,5 раза и более (при условии получения ВТСП с высокими критическими параметрами). II тери могут быть уменьшены до 4 МВт.

Повышение рабочей тевдаратуры сверхпроводников позволит у синь.конструкцию и улучшить параметры не только СПТГ, но и Д1 гих видов энергетического оборудования: трансформаторов и све^ проводящих андуктивных накопителей (СПИН), а также сверхпрово/ щах кабелей.

Во второй главе изложены вопросы создания обмоток статорс (ОС) различной геометрии для СПТГ и рассмотрены методы снижаю добавочных потерь в них.

■ Опыт разработки СПТГ показал,'что создание статора беспа; конструкции является не менее,-сложной проблемой, чем создание тора со СЛОВ. Именно этим объясняется повышенный интерес, про.' ляеШЙ в последние годы в нашей стране и за рубежом к развит теории в методов расчета, а также к вопросам принципиально но

груктивных и технических решений для статоров таких машин. Размещение ОС в воздушной зазоре позволяет увеличить коли-зо меди в активной зоне, в результате чего повышался лнней-гагрузка ОС и мощность турбогенератора, а также применить ценную конструкцию изоляции стершей. Эти особенности баспа-ро статора приводят к дополнительному снижению массы и повы-о коэффициента использования СПТГ, однако такому решению щы-и определенные недостатки, связанные с увеличением добавоч-потерь в ОС и усложнением ее крепления.

В оптимально спроектированном турбогенераторе обычного испол-я потери в ОС составляют только часть общих потерь и не окают решающего влияния на КПП машины. В СПТГ картина распреде-я потерь существенно изменяется и на долю ОС приходится ос-ая часть потерь машины; таким образом, вопрос оптимизации ора с точки зрения снижения потерь приобретает существенное ение для повышения КЦЦ генератора.

Высокие электромагнитные нагрузки, которые обеспечивает СПОВ, оляют снизить размеры ротора по сравнению с турбогенератором ного исполнения. Однако недостаточно эффективные мероприятия пгимизации статора могут привести к тому, что эти преимуществ удут в определенной степени утрачены. В турбогенераторе обыч-| исполнения, статор представляет собой более трудоемкое изде-чем ротор. Кроме того, именно при изготовлении статора предает ручной труд, поскольку целый ряд технологических процес-механизировать пока не представляется возможным. Ротор СПТГ шенно является более сложным по конструкции .и технологии из-шления, чем ротор классической.конструкции. В этих условиях ствует опасность получить в результате более сложную и трудо-то машину, чем существующие генераторы. Таким образом, беспазо-статор необходимо разрабатывать из условия, что он должен быть штэльно более простыл в изготовлении, чем статор обычного тур-щератора, поэтому конструкции и технологии изготовления таких ?оров должно уделяться большое внимание. Основные требования, предъявляемые к статорам беопазового ас-гения с ОС, вынесенным! в воздушный зазор, могут быть сформу-эваны следующим образом: минимальный уровень потерь и надежное тление, минимальные массогабаритнне показатели, простота кон-^кции и технологических процеосов изготовления. Статорныз обмотки СПТГ могут выпсотшться сборно-разборными и

монолитными. К первым относятся петлевые ОС, ко вторым - ОС : диционной геометрии: спиральные, седлообразные и др.

Увеличение количества меди в активной зоне ОС и уменьшен расстояний между соседними стершими петлевой обмотки привод к удлинению лобовых частей при сравнительно небольшой активн длине, характерной для СПТГ.

Стержни беспазовой ОС "располагаются в зоне действия ради! них, тангенциальных и аксиальных составляющих магнитных поле создаваемых ОС и СПОВ. Сложная конфигурация магнитных полей : четании о их повышенной интенсивностью может приводить к сущ венному увеличению добавочных потерь в обмотке, которые прин разделять на потери от вихревых токов, обусловленные вихревы токами в пределах одного элементарного проводника, и потер! циркуляционных токов, обусловленные токами, протекающими мец отдельными параллельно соединенными элементарными проводника стерам.

Скакание уровня добавочных потерь в обмотке беспазового тора мовэт осуществляться несколькими путями: уменьшением до вечных потерь от вихревых токов за счет использования многож ных проводов, состоящих из элементарных проводников малого д метра (I ш и менее), от циркуляционных токов - посредством личных охеы многоступенчатой транспозиции в активной зоне и бовых частях и усложнением системы скрутки мэвду собой элеме ных проводников; применением интенсивного охлаждения стержне пропитки компаундом, позволяющих существенно повысить плотно тока в обмотке и тем самым снизить долю добавочных потерь в щах потерях ОС.

Расчет добавочных потерь от вихревых в циркуляционных то в ОС долкев производиться на основе определения трехмерных м нитных полей СПТГ в области, занимаемой ОС. Разработанные сп бы расчета составляющих индукции магнитного поля, создаваемы как СПС®, так и ОС, основаны на решери уравнения Пуассона д векторного магнитного потенциала 13 . где / - ве

плотности тока обмоток. При этом рассмотрены.различные типы петлевая, концентрическая, седлообразная неопределенная сш ная , что учтено характером распределения составляющих плоти тей тока в активной зоне и лобовых частях. Полученные аналит кие'выражения использованы при расчете магнитных полей КТГ-2 беспазового турбогенератора мощностью 5 МБ-А. Экспериментам

едования этих машин показали удовлетворительное соответствие них и расчетных данных.

В отличие от турбогенераторов обычного исполнения магнитные в ОС изменяются не только по душна лобовых частей, но и в

вной золе, что должно учитываться при расчете добавочных по-•

Потери от вихревых токов возникают как за счет собственного рхностного эффекта при протекании в элементарных проводниках менного тока, так и от всех трех составляющих индукция магнит-поля - радиальной Зуэ , тангенциальной &а и аксиальной : . В проводниках малого диаметра при частоте 50 Гц они мо~ быть определены следующим образом:

/* - удельная электропроводность меди; г*0- радиус элемен-ого проводника; - длина элементарного проводника. С уче-скрутки и транспонирования > ; ¿с ~ дана стержня. В процессе создания ОС для СПТГ были изготовлены и исследо-макетные образцы стержней из.многожильных проводов с элемен-ыми проводниками различных размеров. В результате определено, нецелесообразно использовать провода с диаметром элементар-проводников менее 0,5 и более 1,5 мм.

Потери от циркуляционных токов должны .определяться на каждой ени транспонирования. На первой ступени они зависят от спо-скрутки элементарных проводников, образующих многожильный ованный провод. При изготовлении транспонированных подстерж-циркуляционные токи пропорциональны индукции магнитного поля висят от ее изменения по дайне шага транспозиции. В транспо-ванном стержне обмотки статора уровень потерь определяется ами транспозиции в активной зоне и"лобовых часгях-Ддя расчета рь от циркуляционных токов получены аналитические выражения, рые были использованы при проектировании ряда генераторов адационного исполнения. При анализе условий компенсации уляционных ЭДС в транспонированных стержнях, расположенных магнитном активном слое, рассматривается влияние постороннего ального магнитного потока по ширине сгераня и тантенциально-обственного и постороннего потоков по его высоте.

С целью создания оптимальных конструкций ОС совместно с ВНИИКГ1 были выполнены исследования различных типов многонильн формованных проводов, а также разработана технология получени, подстеркней на транспснирукщей Машине и изготовлена опытная л тия такого провода.

Для экспериментальных исследований транспонированных стер

ней ОС создана специальная модель, содержащая ротор, конфигур ция магнитной системы которого повторяет обмотку возбуадения 20, и статор из 10 транспонированных стержней, закреплешшх в стальном екране. Стержни выполнены из многосильного провода и транспонированы в активной зоне и лобовых частях по схемам: О°/36О°/0°, 90°/360о/90°, 180°/360°/180°, 90°/360%90°, 160°/360%180°, 0°/540°/0°, 90°/540%90°, 180°/540%180°

При подключении обмотки возбущ с сопротивлением /» и индуктивностью ¿- к источнику поете го напряжения ток в цепи нарастает по закону ¿"V(/-е где Я — г/1 . При отключении обмотки ток уменьшается:

п

Изменение тока при вхшзчении и выключении обмотки привода изменению магнитного поля в области расположения стержней об? статора, в результате чего между транспонированными элемента: (многональнымз проводами) наводится ЭДС £ ЫФ /сИ , \ торая измеряется с помощью веберметра и зависит от применении схемы транспозиции и положения транспонированных элементов в кие.Поворачивающийся ротор модели создает в зоне обмотки ста' магнитное поле, величина которого зависит от радиуса и угла и та. Существует одна область, в пределах которой поле имеет п; чески только радиальную обставляющую индукции магнитного пол вторая, в которой действует только тангенциальная составляют что позволило измарать циркуляционные ЭДС в стержнях как ог альной, так и от тангенциальной составляющих магнитных полой даваемых обмоткой возбуждения. Анализ экспериментальных данн казал, что по уровню наводимых циркуляционных ЭДС и технолог с те применяемого плетения оптимальными для СШТ следует приз схемы 90°/360°/90°, 180°/360°/180° и 0°/540°/0°, что соответ ет результатам теоретических исследований.

Наряду с плетением элементарных проводников в лобовых ча ОС ыожэт применяться транспонирование соединенных в группы к

фных проводников в головках лобовых частей. На основе такой ямы разработан новый способ транспозиции стержней, который ис->льзован в турбогенераторе КТГ-20.

Каждый стержень обмотки соотоит из двух рядов многожильных рмованных проводов, между которыми расположены прямоугольные убки, что позволяет выполнить пайки в головках лобовых частей актически без увеличения размеров головок. Число формованных огожилышх проводов должно быть кратно числу пазов на полюс и зу для однослойной обмотки или половине числа пазов на полюс фазу для двухслойной. В этом случае после выполнения транспо-рования в головках отдельные многожильные провода занимают знойные положения в сечэнии стержня на длине фазы обмотки, и м самым исключается наведете циркуляционных ЭДС между ними, полк'1 тельное плетение проводов в активной зоне не выполняется, ким образом, предложенная схема транспонирования ОС является ухступенчатой.

Экспериментальные исследования этой схемы транспозиции с по-цыо модельного ротора,описанного выше, на этапе .изготовления для КТГ-20, подтвердили, что ЭДС, наводимые полем возбуждения контурах, образованных на длине полуфаз и фаз обмотки, равны зду собой, что говорит о равенстве потокосцэшюний всех конту-в и об отсутствии циркуляционных токов внутри фаз. Дальнейшие следования КТГ-20 в косвенных режимах показали, что добавочные repu в ОС составляют менее 1%. Для достижения аналогичных ренегатов при транспонировании в активной зоне и лобовых частях необходима сложная трехступенчатая схема.

Особенно эффективным рассмотренный способ транспонирования кет быть в СПТГ со спиральной распределенной ОС, поскольку дру-лн методами в ней трудно скомпенсировать циркуляционные. ЭДС. 1 ОС фактически представляет собой двухслойную волновую обмот-, не содержащую прямолинейной активной зоны. Каждый стержень ¡полагается по винтовой линии, идущей вдоль .цилиндрической по-зхности. Оба слоя обмотки могут быть выполнены в виде двух мо-niTifflx коаксиальных цилиндров, вставляющихся один в другой, по-I чего вся обмотка крепится в цилиндрическом ферромагнитном . I электромагнитном экране статора. В результата мокет быть по-leна ОС, практически не содержащая вылетов лобовых частей и ¡ющая значительно меньшую массу, чем другие типы обмоток.

Обмоточный коэффициент распределенной спиральной обмотки мо-

кет быть представлен, как и у обычной обмотки, в виде произве; пия •

в Кр^С'

где Кр - коэффициент распределения по окружности обмотка; Л"с -коэффициент-характерный для спиральной обмотки; может рассма: ваться как коэффициент распределения по длине обмотки. Тогда

Slrz » ~ Л'л К * — 2 ~ * 2 ¿е K0¿--/ Ж)* S ¿r-

где 5 - длина дуги, равная ширине одной фазной зоны; V -лгосное деление-, - активная длина машины; 4? ~ полная ,

на обмотки. .

Подавление гармоник, кратных У , в спиралькой обмотке о ществляется из условия fa /¿с =* (V—/V J . Сопоставление пет вой и спиральной обмоток показывает, что последняя более эффе тивно обеспечивает подавление высших гармонических составляли содержащихся в кривой индукции магнитного поля в зазоре.

Как показывают расчеты,. использова;пга спиральных ОС позво ет сщзить размеры и массу обмотки статора и генератора в цел существенно упростить технологию изготовления и создать обмот с надежной системой крепления стержней.

Плотность тока, проходящего по стержням спиральной обмотк статора, имеет две составляющие - аксиальную и тангенциальную

'J¡¿- Sin ai , = eos c£ .

Наличие двуз£ составляющих плотности тока приводит к тому, магнитное поле, создаваемое спиральной обмоткой в активной зс машины, носит трехмерный хцрактер, что может приводить к повь ным потерям в ферромагнитном экране статора (ФМЭ) и обмотке.

Дм экспериментальных исследований машин со спиральной рг пределенной ОСво ВШШэяектромаше создан опытный турбогенератс мощностью 5 МВ'А. Обмотка статора представляет собой монолит! конструкцию i при изготовлении которой стержни укладывались п< слойно на цилиндр из стеклопластика, после чего ОС пропитива.

жсидным компаундом и запекалась. Стержни верхнего и нижнего >ев имеют различное поперечное сечение, что обеспечивает нал-гее высокий коэффициент заполнения активной зоны медью, и раз-шые диаметры элементарных проводников для выравнивания тепло: нагрузок в слоях. Основные задачи, которые при этом ставились: фаботка технологии изготовления стерзшей спиральной геометрии гонолитной обмотки статора, экспериментальные исследования ¡ктромагшшшх, тепловых и механических параметров и сспостав-ие опытных и расчетных данных, сравнение спиральных и петле'. обмоток, выдача рекомендаций по проектированию спиральных гаток для СПТГ большой мощности. ■

В отличие от стержневой сборно-разборной конструкции обмотки тора, в которой укладка обмотки может выполняться только пос-завершения всех работ по изготовлению корпуса а шихтованным

как это имело место при создании КТГ-20, спиральные обмотки воляют существенно сократить цикл изготовления беспазового тора, поскольку целый ряд технологических операций может идти аллельно.

Экспериментальные исследования обмотки проводились как при утсгвии экрана, гак и с внешним ферромагнитным и электромаг-шм экранами (ЭМЭ). Измерение магнитных полей в ФМЭ статора азало, что влияние аксиальной составляющей поля в активной а спиральной обмотки невелико и не приводит к существенному шчению потерь. Исследования ОС с ЭМЭ подтвердили, что в этом чае магнитное пате и индуктивность спиральной" обмотки пониже-та сравнению с предыдущим вариантом.

Выполненные исследования подтвердили правильность расчетных эдак и показали, что по своим электромагнитным параметрам и ^логическим характеристикам спиральные обмотки обладают ьезными преимуществами по сравнению о другими типами обмоток, позволяет рассматривать спиральные распределенные обмотки один из наиболее перспективных вариантов обмоток для СПТГ. !ство спиральной обмотки обеспечивать высокую синусоидальность зой напряжения (по данным экспериментов содержание высших тонических составляющих - менее I %). позволило использовать ¡ратор мощностью 5 Ю-А при исследованиях криогенных и сверх-шдникових обмоток переменного тока. С этой целью создан спешный стенд для таких экспериментов, включащий данный гене-. >р с током ОС до 3 кА и неметаллический гелиевый криостат

Наряду с ОС, выполненными в виде монолитного цилиндра, к ] торым относятся спиральные распределенные обмотки, представляз интерес конструкции, состоящие из отдельных монолитных секций, Одним из вариантов секционированной монолатной обмотки являет! многослойная обмотка с седлообразными катушками. В СПТГ с р ■ минимальное число слоев для катушек - 3, с р -2 - 2.При оптш зации обмоток с нечетным числом пар полюсов число слоев может быть увеличено до 5.

Основные преимущества такой обмотки в следующем: упрощают конфигурация катушек обмотки статора и их изготовление; обесп чиваются простота сборки и надежность крепления в активной зо и лобовых частях; упрощается ремонт обмотки; не требуется доп нительное крепление обмотки в радиальном направлении; охлажде катушек может осуществляться с поверхности по каналам в элеые крепления. Обмотка с седлообразными катушками может применять как для высоковольтных генераторов, так и для статоров с обмо ш из чистых металлов и сверхпроводников.

Неравномерное заполнение активной зоны многослойной конце трической ОС обмоточным материалом может привести к неравноме му распределению в воздушном зазоре индукции магнитного поля, создаваемого обмоткой статора. Следствием этого могут быть пс шеннио вибрации ротора из-за неравномерности сил магнитного т ния, приходящихся на каждый полюс, что особенно существенно е СПТГ, роторы которых имеют небольшую массу. Критерии оптиш: ции тагах обмоток могут быть различными, при этом катушки от* ных слоев могут отличаться числами витков и плотностями токи Так, например, необходимость выровнять поле, создаваемое фазг обмотки статора на поверхности ротора, требует выполнения усы ¿¿в =в/>с • ¿ев = Зес (индексы а,в и с

носят сяк фазам обмотки статора). Для этого при малых рассто; между отдельными слоями долкна быть решена следующая система нений:

где ^ - внутренний радиус катушки фазы; ## - наружный; /

[утренний радиус <ЖЭ.

Значительно проще рассчитываются обмотки для синхронных ¡нераторов с четным числом пар полюсов - р = 2.

При наличии ФМЭ в статоре и немагнитном роторе это условно птолняется в случае, если

(*эсР '*з> * <*3%P = Яаг '

ie 5, - радиус раздела верхнего и нижнего

юев; и Маг - соответственно число витков в нижней г верх-

!й катушках обмотки статора, при этом плотность тока в катушках шна

J - *« г

af--' аг = \ '

^Язср > -Ъср >

хв /а - ток в фазе обмотки статора.

Вариант концентрической ОС, состоящей из 6 седлообразных пушек, изготовлен для модельного беспазового турбогенератора эщностыо 5 MB-А. С целью выравнивания индукции магнитного поля зазоре у поверхности ротора катушки отличаются количеством itkob и площадью поперечного сеченйя в активной зоне. Изоляция мушек испытана на напряженно 40 кВ.

Седлообразные концентрические ОС могут быть видоизменены и сообразованы в концентрическую спиральную обмотку, состоящую из гделышх катушек, представляющих в поперечном сечении спиральныо ривые. Несомненным преимуществом такой обмотки является то, что

6 катушек (при р = I, = 3) имеют одинаковую геометрию, при гом существенно упрощается процесс изготовления ОС. Отсутствие вступающих лобовых частей позволяет выполнить обмотку в виде энолитного цилиндра, аксиально размещаемого в расточке наружного крана статора. При полном шаге обмотки каждая катушка занимает гол 7 -^"/6, а средний виток - угол л*.

Сопоставление вариантов плоских кривых, которые могут быть спользованы в качестве образующих дал катушек спиральной концен-рической обмотки, показало, что длл нео налболед целесообразна качестве базовой геометрической кривой плоская спираль, в этом •тучае расстояние кезду ссседгшж! катушками постсяяно, что упро-::от их изолирование и крепленио; к недостаткам спиральной кон-, ептрнческой обмотки следует отнести то, что для нео характерен

сравнительно невысокий показатель качества, кроме того, ода о< даег одним из самых низких коэффициентов заполнения активной Боны обмоточным материалом.

Для спиральной ОС с диаметральным шагом характерно сравш гельно высокое содержание гармоник порядка >> = 5,11 и 13, поэ: му ее целесообразно выполнять с укороченным шагом.

Расчетные исследования, выполненные с целью оценки перст тив применения е СПТГ тороидальных обмоток, не выявили преимущ( перед петлевыми обмотками ни по ыасоогабаритным, ни по энерп ческим показателям. Кроме того, в машинах с такой обмоткой ус. кяется процесс изготовления статора. Тороидальным обмоткам мо: быть отдано предпочтение при разработке высоковольтных СПТГ.

Таким образом, в результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований накоплен большой опыт по созда] ОС беспазовой конструкция, разработаны способы снижения добав! ных потерь, позволяющие создавать СПТГ с высокоэффективными С* определены основные преимущества различных типов ОС и области применения, созданы статоры турбогенераторов 20 МВ-А и 5 ЫВ'А а также модель для исследования транспонированных стержней.

В третьей главе рассматриваются обмотка статоров для СПТ о нетрадиционными способами охлаждения: медные ОС с охлаждена изоляционными жида,(остями, крнорезистивныэ ОС, охлаждаемые жид водородом или азотом, и сверхпроводящие ОС,(жидкие гелий и аз

Все созданные я разрабатываемые в настоящее время СПТГ ш ют непосредственное жидкостное охлаждение обмоток статоров во, трансформаторным маслом, фреоном и кремнийорганическими жидко стями. Три последние хладагента представляют собой жидкие дп-електршш.

Результаты разработки и экспериментальных исследований с собов охладдения трансформаторным маслом и фреоном для турбог раюра КТГ-20 показали, что непосредственное охлаждение обмот статора изоляционной жидкостью позволяет повысить плотность т в ыеда до (10*12)хЮ6 Л/м2 и существенно увеличить линейную н грузку. Кроме того, такой способ охлаждения статора имеет еще целый ряд преимуществ. Это? простота системы охлаждения не то обмотки и ФМЭ, но в конструктивных элементов, которые могут и повышенные нагревы вследствие высокой интенсивности магнчтных полей; уменьшение вылетов лобовых частей за счот меньших расс ннй между стержнями В лобовых частях; уменьшение размероз ста

I в целом за счет меньших расстояний между обмоткой и металли-¡скими конструктивными элементами, а также между ФМЭ и корпусом гатора; использование разделительного цилиндра в качества одного > элементов крепления обмотки статора.

После испытания опытных стержней КТГ-20 с охлаждением фрео->м и трансформаторным маслом было принято решение об использова-ш фреона £113, что в условиях стендовых испытаний позволило эвысить надежность работы системы охлаждения, поскольку фреон з горит и взрывобезопасен, а также давало возможность экспери-энтального исследования принципиально новой для турбогенератора охлаждащей среда. На первом этапе проводились исследования 5стемы естественной циркуляции совместно с НШ завода "Электро-1жмаш" (г.Харьков), явившимся инициатором црименения этого мето-1. Однако поскольку при этом имели место малые скорости хлад-тента в ОС и ФМЭ и, как следствие, низкие■ плотности тока, от нее ришлось отказаться и перейти к использованию в КТГ-20 системы ринудительной циркуляции.

Экспериментальные исследования КТГ-20 о системой непосред-гвенного фреонового охлаждения проводились с 1381 г. Система спешно прошла длительные испытания в процессе исследований ге-ератора в различных режимах работы, в том числе установившегося рехфазного КЗ и режима недовозбуждения синхронного компенсатора, вляющлхся наиболее тяжелыми для статора с точки зрения топловых агрузок. Эти испытания подтвердила высокие геплофизическио а иэлектрлческло свойства фреона /?ПЗ. Температура фреона на вы-оде из статора достигала 60-65°С при давлении до 1,7 атм, при том недопустимых превышений температур в обмотке, сердечнике я орпусе статора не наблюдалось. Ревизия статора, проводившаяся 1937 г., не выявила никаких изменений конструкционных л я.зояя-ионных материалов, примененных в статоре КТГ-20 и находившихся среде фреона в течение 8 лет эксплуатации.

Проведенный комплекс исследований позволил сделать вывод о ;елесообразности применения фреона в качестш охлаждащей и изо-лрумцей среда для СПГГ.

В связи с возникшими в настоящее время проблемами применения [борорганических" веществ, связанными о отрицательным влиянием :реонов на состояние озонового слоя Земли, следует обратить внимание на следущее. Система циркуляции.:фреона является герметич-[ой, и утечки фреона из нее практически исключены. Кроме того,

в "Протоколе по веществам, разрушающим защитный слой Земли", принятом в 1986 г. в Монреале, предлагается ряд возможных альтернативных заменителей озоноактивных фреонов, к которым относится и /?ПЗ. Место этого хладагента, озоноактивность которог относительно /?Ц составляет 0,8, рекомендуется к промышленному -применению„соединение. /?132а с эквивалентными /ШЗ теплофизиче шли характеристиками и относительной озоноактивностью менее О, По оценкам специалистов, для освоения производства новых хладагентов с предварительным всесторонним исследованием потребуете около 5 лег.

В процессе испытаний КГГ-20 стало ясно, что тепловые потех отводимые хладагентом, могут трансформироваться на еще более высокий температурный уровень с помощью теплового насоса с поод дующим использованием этого тепла. Обратный термодинамический цикл теплового насоса открывает широкие возможности целесообра: лого повышения температурного уровня теплоты, отводимой, в час: ности, от турбогенератора. Наибольшая эффективность использования теплового наооса может быть достигнута в системе охлажденш статора СПТГ, где выделяется основная часть потерь машины.

Отводимая от статора теплота в случае сочетания системы о: лаждешя статора и теплонасосной установки служит дая нее исто' ником иизкопотенциального тепла. Вырабатываемая теплота может использоваться дая целей теплоснабжения внутри сганцюг или отдаваться внешнему потребителю, а при наличии потребностей расходоваться и на покрытие собственных нужд теплосиловой установ: электростанции (нагрева воздуха или водоподогрева и т.п.). При этом можно говорить о повышении эффективности работы собственн электростанции, но в любом из этих случаев повышается эффективность использования топлива.

Работы по исследованию теплонасосной установи: проводилис совместно со специалистами ВНШхолодкаша (г.Москва). Исследован эффективного применения обратных термодинамических циклов для использования тепловых потерь электрических генераторов показа что наиболее целесообразен цикл с однофазным процессом охлавде кия статора при двухфазном круговом процессе.

Как показали расчеты, эксплуатация СПТГ мощностью 20 МВ'Л с теплонасосной установкой обеспечивает экономию условного тог ва, которую колко принять эквивалентной повышению его КПд на 0,34 %. Потери в статоре составляют основную часть потерь в СГ

ээтому их утилизация и достигаемая относительная экономия топ-ява весьма существенно повышают ого эффективность. Для СИГ эщностью 1200 МВт годовая экономия топлива ооставит около Э00 т.

В последние годы уделяется большое внимание использованию гор- и кремнийорганических жидкостей для охлаждения электротех-пеского оборудования, поэтому к работам по исследованию фрео-звой спстеш охлаждения и геплонасосной установки па КТГ-20 появляется повниешшй интерес, В 1991 г. заключено соглашение ) специалистами Института электротехники All КНР (г.Пекип) об 5мене результатами теоретических и экспериментальных исследований > применению фреонов для охлаждения синхронных генераторов )льшой мощности.

Отдельный класс жидких диэлектриков, используемых для охлая-!ння ОС, составляют криогенные жидкости; гелий, водород н азот, |дкий азот сопоставил по своим диэлектрическим свойствагл о >ансформаторншл маслом, а гшдклй водород значительно его превос-)дит, их применение позволяет упростить конструктивную, схему |'олящш, что особенно важно в обмотках из чистых металлов и

:сп. •

Возможность применения чистых металлов для обмоток статоров [нхрошшх машин изучается в нашей стране и за рубежом с начала >-х годов. Наибольший интерес из криорезистивных проводов пред-■авляют собой чистые алюминий и бериллий, отличающиеся малыми цельными массами. Оптимальные рабочие температуры'для алюминия 1Ходятся на уровне 20 К, дая бериллия - 75-80 К. Удельное элект-[ческое сопротивление массивного образца из чистого алюминия 1,999 % при температуре 20 К равно 4* Ю-*1 Ом-м, а у чистого !рлллия 99,99 % при температуре 77 К - 4,8'I0~:I® Олтл. В настояло время достигнуты хорошие результаты в создании обмоточных юводов из чистого алюминия н бериллия, однако все ош обладают рьезным недостатком - низкой механической прочностью.

Очевидно, что для повышения прочности обмоточных криорезпо-:вных материалов необходимо разрабатывать ноше технологии, алогичные применяемым в настоящее врет при производстве много-:лышх сверхпроводнпковых композитов. В этом случае твистирован-ю с определенны;.! шагом тонкие нитл чистого металла долшш раскататься в матрице пз металла о хорошей теплопроводностью и . 'хаиической прочностью, причем ее электропроводность долина быть

ниже, чем у нитей. Так, например, в обмотках из чистого алюмини работающих в магнитных полях, индукция которых превышает 4 Тл, матрица может быть выполнена из чистой меда, поскольку ее удель ное электрическое сопротивление монотонно увеличивается при повышении индукции и опережает рост сопротивления чистого алюминия достигающего насыщения при 2 Тл. Удельная плотность такого провода с коэффициентом заполнения К3 = 0,5 "составляет 5,8 Т/м3, что на 35 % меньше, чем у медного провода. Для обмоток, работал щих в магнитных полях меньшей интенсивности, должны быть выбрав другие материалы, Пря этом в обмотках, предназначенных для перс меишх магнитных полей, нити одетого металла должны быть окружс ни высокоомным розистивныгл барьером, препятствующим перетеканю тока из нитей в матрицу.

В настоящее время совместно с ВНИИНМ им.A.A. Бочвара пров' дятся исследования по созданию многожильных алюминиевых ког.шоз] тов в резистивной матрице и обмоток из них; получены и исследо! ны опытные партии многожильного композита диаметром 0,3 мм с ш ми из высокочлстого алшиния диаметром 26 мкм.

Как показали расчеты, преимущества, связанные с использов: нием высокопроводящих материалов, к которым относятся алюминий и бериллий, для обмоток синхронных машин нетрадиционного испол Нения, и эффективность от их применения существенно возрастают в случае, если основными критериями оценки генератора являются удельные массогабаритные показатели.

Для создания сверхпроводящих ОС электрических машин должн также использоваться многожильные композиты, в которых упорядо ченная структура нитей из сверхпроводника размещается в матриц с пониженной поперечной электропроводностью. Основными потерял: в композитном сверхпроводнике, работающем в переменных магнить полях, являются гистерезисныо и вихревые. Уменьшение гиотероз! ных потерь в сверхпроводящем ко.шозите с твистированными нитяг. достигается за счет уменьшения диаметра СП-нитей . Для сгаже вихревых, лли кооперативных потерь необходимо уменьшать поперс ную электропроводность композита , ё частности, за счет иы зования высокорезистивных барьеров или высокоомной матрицы ,а : же .снижать шаг скрутки сверхпроводящих нитей. Кроме того, осо< внимание должно уделяться подавлению высших гармонических сос ляющих в кривой магнитного поля в зоне ОС.

В настоящее время сверхпроводники, устойчивые к воздейст.

ремепных магнитных полой частотой 50-60 Гц, на основе сплава

7? и интерметаллического соединения Лй? -^выпускаются к в нашей стране, так и за рубежом. Исследования опытных кату-к из сверхпроводника на основе МЬ -П , изготовленного ВШИНМ .А.Л.Бочвара и фирмой "Альстсм-Атлантяк" (Франция), показали, о удельные потери при частоте 50 Гц составляют 5-Ю5+5'ЮеБт/м3.

В сочетании с высокой плотностью тока это позволяет создать СПОС, имеющие преимущества перед медными обмотками, работали при комнатной температуре.

При разработке СПОС большое внимание долшо быть уделено еспечению надежного крепления, исключающего, как и в СЛОВ, пе-мещения сверхпроводника. В ОС эта задача усложняется необхо-мостыо создания высоковольтной изоляции л обеспечения хорошего плоотвода постоянно выделяющихся ¡электромагнитных потерь.

Исследования СПОС различной конфигурации из условия обеспе-шм минимального объема сверхпроводника и минимальных тепло-долений в низкотемпературной зоне показали, что с этой точки ения предпочтение следует отдать концентрической седлообраз-й обмотке. Концентрическая спиральная обмотка может иметь еимущества перед другими типами обмоток, если каждая катушка готавливается из к отдельных галет, сдвинутых одна относигель-другой на угол а "^г/б п.. В этом случае полная длина витка кращается с = 2 ( + ) до «V = 2 ( + , где ¿с ¿л - соответственно длина активной зоны и лобовых частей.

Особого внимания заслуживает вопрос о защите сверхпроводящей мотки статора при переходе в нормальное состояние. В большинст-существующих сверхпроводящих обмоток сверхпроводник содержит авнительно большое количество меди (или алюминия) с низким .ельныы электрическим сопротивлением при криогенных температу-х, а также высокой теплопроводностью. Обычно для защиты сверх-юводящей обмотки применяются способы, которые фиксируют начало рехода и выводят часть запасенной энергии за пределы криогенной ны, однако дня обмоток переменного тока они могут быть неприем-ад из-за малых скоростей вывода энергии.

В сверхпроводниках, работающих на частоте 50-60 Гц и имекъ ;х малые диаметры нитей и проводов, медь как стабилизирующий иериал может быть исключена. Часть разработанных сверхпровод-шов не содержит меди, нити сверхпроводника размещаются в мо^но-(келевой матрице, при этом плотности тока превышают Ю3 к/ш",

После начала перехода а нормальное состояние обмоток из таких сверхпроводников полный ток может протекать через высокоомнук матрицу только в течение нескольких миллисекунд. Это нашло С1 подтверждение в процессе испытаний опытных катушек, упомянуты выше.

Сверхпроводящая ОС работает в условиях, когда в ней могу возникать кратковременные всплески токов при анормальных режи мах, поэтому защите от перехода в нормальное состояние должно уделяться особое внимание. Для этого могут быть использованы внешние устройства трансформаторного типа, содержащие сверхпр водящие элементы, включенные последовательно о ОС. При возрас пии тока выше допустимого они обеспечивают увеличение индукти ности и ограничивают рост тока в ОС. Кроме того, могут быть и пользованы вещества, обладающие способностью к магнитным фазо переходам при увеличении внешнего магнитного поля.

Дня снижения всплесков токов в ОС при внезапных КЗ можно также увеличивать синхронное индуктивное сопротивление и расс ние между обмотками ротора и статора« однако следствием этого является увеличение объема сверхпроводника и массогабаритных характеристик СПТТ.

Применение сверхпроводников, работающих в переменных маг 1шх полях, позволяет перейти к созданию нового класса машин -полностью сверхпровощшкових синхронных генераторов (ПСПГ). Сверхпроводник ОС характеризуется высокими плотностями тока, поэтому она мояет быть выполнена с большей линейной нагрузкой чем в случае применения медных проводов, что позволяет повыси мощность ПСПГ в габаритах СП'ГГ за счет увеличения линейной на грузки ОС; уменьшить массу ОС без существенного улучшения име щпхся массогабаритных и энергетических показателей машины в и лом при использовании £МЭ статора; снизить массу генератора з счет применения сверхпроводящей ОС в сочетании с <Ш.

Можно рассматривать две основные конструктивные схемы ПС с общим криостатом для обмотки ротора и статора и с двумя раз дельными крйостатами, одан из которых'вращающийся, а другой -неподвижный. В случае, если обмотки размещены в общем криоста машина должна выполняться без демпферного экрана на роторе с чтобы снизить потери в криогенной зоне. Демпфирование качаний осуществляется с помощью сверхпроводникового индуктивного нал теля (СПИН), соединенного со сверхпроводящей ОС через полупрс

овин преобразователь. Обмотка возбуждения выполняется из рхпроводника, устойчивого к воздействию переменных магнитных ей статора. Отсутствие экрана приводит к появлонию потерь в одной зоне ротора, что потребует некоторого изменения схемы аждения. В целом конструкция ротора упрощается, поскольку шгоние экранов и обеспечение их прочности при анормальных лмах представляет■собой серьезную проблему. Ротор и статор ,еляются друг от друга вакуумным зазором, который можно по-янно откачивать. Такая конструктивная схема позволяет пзго-ливать ротор и статор из стеклопластпковых материалов.

В случае двух раздельных криостатов обмотки ротора и стато-разделены большим воздушным зазором, величина которого опре-яется радиальными размерами обоих криостатов, однако это не дует считать недостатком, поскольку для сшшешш всплесков ов в ОС при внезапных КЗ желательны пониженные коэффициенты нитной связи обмоток. Криостат обмотки статора выполняется еталллческим; в его конструкции должны содержаться элементы, спечивающие передачу момента от обмотки к корпусу через про-уточные оболочки. Стеклопластиковыо криостаты необходимо порк-чески откачивать для поддержания вакуума мезду оболочками-.еляющими низкотемпературную зону от зоны с комнатной темпера-ой.

Отказ от демпферного экрана связан не только с желанием остить конструктивную схему генератора, но и с попыткой об-чить работу сверхпроводящей якорной обмотки в условиях внезап-. 1(3. }1нтерес, проявляемый к машине без демпферного экрана, словлен возможностью снизить максимальные всплески токов при в обмотке статора.

Соотношешге максимальных токов в ОС при внезапном трехфаз-: КЗ для генератора с демпферным экраном на' роторе и без него оделяется как

р /

Ызх*

Г69 а"

Таким образом, наличие демпферного экрана утяжеляет реяшд для якорной обмотки ПСПГ и требует снижения рабочей плотности :а в номинальном режиме. При этом увеличивается количество рхпроводника в ОС, и так как основнкз потери в ной опроделяют-но транспортным током, а индукцией магнитного поля в зоне

- 29 -

обмотки, то одновременно возрастают потери в ОС и падает КПД Отказ ог демпферного экрана на роторе дает возможность разгрузить СПОС, но при этом возрастают всплески токов в СПОВ. Поск ку ."ля ОС применяется более дорогой сверхпроводник с очень то ми нитями, чем для обмотки возбуждения, то машина без демпфер го экрана может иметь меньшую стоимооть.

Внешний экран статора"машины может выполняться как ферро нитным, так и электромагнитным. Однако если ФМЭ повышает рабо индукцию в зоне ОС, то ШЭ оказывает размагничивающее действи приводящее к ее снижению. Расчетные исследования, выполненные дня СПГГ с различными типами экранов, показали, что в случае медных ОС, работающих при обычной температуре, применение Шс связано с существенным увеличением размеров обмотки ротора (е повышается индукция в зоне ОС) или статора (если увеличиваете количество витков в фазе). В СПОС увеличение количества витке фазе может быть выполнено без существенного изменения размере поэтому ПСПГ могут иметь ЭМЭ. Оптимизация экранов для ПСПГ ш зала, что особо.эффективными являются сдвоенные экраны, соде] щие ферромагнитные и электромагнитные оболочки.

Для исследования электромагнитных параметров ПСПГ созда) ыногопсдюсный синхронный генератор вертикального исполнения I дисковым ротором. .Обмотки ротора я статора выполнены из ниоб: олова и представляют собой цилиндрические катушки, закреплен в неметаллических элементах. Число полюсов ротора - 8, часто вращения - 750 об/мин. Мощность генератора 5 кВ'А, что позво использовать его в дальнейшем при исследованиях на электрода мической модели института, где перед этим использовалась мал той жа мощности со СПОВ.

Таким образом, в результате выполненых работ создана не система охлаждения статора, позволяющая улучшить характерно! СГ1ТГ как за счет увеличения линейной нагрузки ОС и снижения удельных массогабаритных показателей, так и благодаря испол! вандю тепловых потерь статора; на основе теоретических и экс ментальных исследований разработаны принципы создания обмок переменного тока из высокопроводящих и сверхпроводящих мате] лов; ведется разработка композитных проводов для ОС из еысо: чистого алюминия; определены основные конструктивные особен! сти ПСПГ и перспективы их применения.

В четвертой главе проанализированы результаты испытания ТГ мощностью 20 МВ-А в косвенных режимах и в процессе опытной сплуатащи в энергосистеме в режиме синхронного компенсатора.

Генератор КТГ-20 изготовлен в 1979 г. и с 1980 г. по 1Э321Т. оходил испытания в косвенных1 режимах на стенде ВНИИэлектромаша, 1983 г. после приемки межведомственной комиссией началась опыг-я эксплуатация машины в энергосистеме.

В отличие от машин обычного пополнения-характеристика XX 1Г является линейной» поскольку он работает без насыщения паг-гной цепи. Ток XX, соответствующий номинальному напряжению ге-ратора 1СГГ-20 6,3 кВ, составил 1237 А, что несколько ниже рас-тного значения 1310 А. Из опыта КЗ определен ток возбуждения, горый равен 422 А (расчетное значение 430 А). 0X3 машины опре-яено как 2,93, что значительно превышает ОКЗ генераторов обыч-го исполнения д указывает на более высокий предел статической гойчивости сверхпроводниковых машин.

Механические потери значительно ниже, чем в турбогенераторе алогичной мощности обычного исполнения, что обусловлено мень-« объемом ротора и том, что поверхности ротора я статора, огра-чивающио воздушный зазор, являются гладкими.

Электромагнитные потери в режиме XX включают не только пори на гистерезис и вихревые токи в шихтованном ФМЭ статора, и дополнительные составляющие, которыми нельзя пренебрегать: тери от вихревых токов в нажимных плитах, потери в конструктяв-х элементах статора - корпусе и торцевых щитах, потери от вихре-х и циркуляционных токов в обмотке статора. - Как показали испытания в режиме XX без заполнения статора лаждающей жидкостью, наибольший нагрев при номинальном токе збуждения наблюдается в наяимиых плитах и элементах корпуса в не лобовых частей. Это объясняется существенными величинами ин-кции магнитного поля СПОВ в торцевой зона генератора.

Электромагнитные потери в'опыте КЗ включают основные и доба-чные в ОС, а также, кал и в опыте XX, электромагнитные потери в тивных и конструктивных элементах, которыми пренебрегать нель-. Поэтому в отличие от обычных машин, где принимается, что

Рлз -р«ех - :

^угз - суммарные потери в режиме КЗ; ~ механические по-

ри; основные потери в обмотке),откуда определяются доба-

вочнш потери в ОС Рд , в случае СШГ величина потерь вк чаэт добавочные потери ОС преимущественно от собственного под а такжо потери в других элементах статора. Эта потери в КТГ-2 опы;е КЗ составили 1% от омических потерь. Добавочные потери ОС беспазовой конструкции следует определять по опытам XX и К

_Величина синхронного индуктивного сопротивления, опредо/

ная из проведенных опытов, составила зг^ =0,341 o.g., что не колько вкио расчетного значения 0,333 o.e. Перед исследования машины в косвенных рогсшах проводились испытания при удаление индукторе с подачей трехфазного питания в обмотку якоря. В зч случае измеренное синхронное индуктивное сопротивление состах 0,33 o.e. Расхождение результатов объясняется тем, что магнит проницаемость материалов ротора /W Ф f*Q.Кроме того, в процес испытаний выявлены наличие и увеличение со временем остаточш ЭДС в отепленном роторе при отсутствии тока в обмотке возбуяу Это связано с тем, что немагнитные стали, использованные в р< ре, имеют тенденцию к увеличению мартенситной фазы под воздей вием термоциклирования от комнатных температур до гелиевых, i тенсивных магнитных полей и механических напряжений. Таким о< зон, в процессе работы машины может происходить изменение ее раметров, связанное с изменением магнитных свойств аустенитн сталей. ...

Особый интерес представляет измерение индуктивного сопр ления рассеяния ОС. Определение индуктивного сопротивления р яния методам, принятыми в обычных синхронных генераторах, д величину Xfd = 0,I39If0,I446 o.e. (из опыта трехфазного КЗ)

= 0,I563f0,1579 o.e. (из опытов однофазного и трохфаз питания). Это соотношение и я^ соответствует анало ным параметрам турбогенераторов традиционного исполнения. Од в опытах с удаленным индуктором величина индуктивного сопрот ния рассеяния составила 0,238 o.e., что позволяет сделать сл щие выводы. В турбогенераторах обычного исполнения индуктивн сопротивление рассеяния ОС в различных режимах практически и меняется, что связано о незначительными изменениями характер распределения потоков рассеяния. В СПТГ этот характер различ разных ренимах, поэтому наиболее близким к реальному сопротк гаю рассеяния обмотки статора в установившзмя режиме являете раметр, определенный из опыта с удаленным индуктором: 0,23с а величина , определенная из других опытов, соогветствус

юд9Л0нной степенью приближения сопротивлении рассеяния в ¡рхпереходном режиме.

Приведенные результаты говорят о том, что СПГГ имеют ряд Явственных отличий от машин обычного исполнения с точки зрения следований параметров в косвенных режимах, кроме того, нэобхо-,1 комплекс дополнительных исследований, учитывающих спецпфичес-з особенности криогенного ротора. Все это требует разработки зых стандартов для испытаний С1ГТГ. Такая работа проводится в зтоящее время международными организациями СИ1РЭ я МЭК.

В настоящее время генератор КТГ-20 проходит испытания на знде ВНИИэлектромаша в качестве синхронного компенсатора. В реме перевозбуждения машины создаются наиболее тяжелые условия боты для СПОВ, а при недовозбуадении - для обмотки, элементов Э и корпуса статора.

Исследования КТГ-20 в режиме синхронного компенсатора вклюют два этапа: исследование режимов работы при подключении ге-ратора к энергосистеме через промежуточный трансформатор 983-88 гг.); эксплуатацию генератора в энергосистеме с дообо-дованием стенда реакторами и геплонасосной установкой(с 1990г.).

Промежуточный трансформатор использовался в качестве допол-тельной реактивности в цепи статора, что позволило расширить апазон регулирования реактивной мощности. За период выполнения ¡рвого этапа были исследованы различные режимы синхронизации Т-20 с энергосистемой с помощью автоматического синхронизатора, щты V -образные характеристики, проведены .'симметричные и не-млетричные внозашше КЗ при пониженном напряжения, исследованы шлофизические и гидродинамические процессы в роторе, тепловые электромагнитные процессы в статоре. Стенд для испытаний КТГ-20, зоме самой машины с приводным двигателем и системой возбуждения, настоящее время оборудован двумя установкам^ ХГУ-500, теплона-эсной фреоновой установкой, реакторами, включенными в цепь об-этки статора, которые при необходимости могут шунтироваться, зтоматизированной системой съема и регистрации информации, посыпающей с ротора и статора.

На этапе подготовки включений КТГ-20 в энергосистему были роведены теоретические исследования условий синхронизации с ис~ ользованием математических моделей, разработанных во ВНИИэлэк-ромаме. При этом за основу был принят метод точной синхрониза-ии с помощью специальных устройств.

Специфические требования к характеру протекания переходнь процессов при пуске определялись величиной и скоростью изменен тока возбуждения генератора, которые не должны превышать значе ний, критических для данного сверхпроводника, а также величине потерь в электромагнитном экране ротора и нагревом обмотки ста тора. _.

Проведенный анализ показал, что для обеспечения условий синхронизации при включении КТГ-20 в сеть необходимо использоь ние автоматического синхронизатора, позволяющего обеспечить вь сокую точность включения КТГ-20 в сеть. В дальнейших исследова киях требования к точности синхронизации были существенно осла лзны, включение на параллельную работу с энергосистемой провод лось при больших углах рассогласования векторов напряжений ген ратора и сети, а также при повышенных значениях А V.

В 1990 г. были завершены работы по дооборудованию стенда КТГ-20 токоограничивавдими реакторами и проведены опыты по сии ронпзации с энергосистемой при номинальном напряжении генератс 6,3 кВ. Максимальный ток в СПОВ составил 1500 А, что превышает ток возбуждения генератора при номинальной нагрузке.

Успешная синхронизация КТГ-20 с энергосистемой при номина ном напряжении показала, что в момент включения машины на пара лельную работу с сетью не происходит переход СПОВ в нормальное состояние из-за высоких скоростей изменения тока возбуждения д же при снижении требований к точности синхронизации, как это предполагалось ранее. Это заставило пересмотреть точку зрения характер протекания переходных процессов в сверхпроводящей оби ке машины.

Время затухания вихревых токов в сверхпроводнике СПОВ, представляющем собой металлургическую шинку, составляет & 5-10~2с. Эта величина в большой степени зависит от поперечи электропроводности композита , например, для сверхпроводк ков, имеющих высокорезистивную матрицу и предназначенных для р боты на промышленной частоте 50 она не превышает 10-5с. Та ким образом, при исследовании переходных процессов в СПОВ в пе вом приближении можно считать, что в начальный период измене го; тока возбуждения он потечет по наружной части модной матрицы е слоо, определяемом глубиной проникновения. В результате при из личии хорошего охлаждения СПОВ потери, выделяющиеся за этот пе риод в меди, не вызовут повышения температуры сверхпроводника

приведут к его переходу в нормальное состояние. Соответственно постоянная времени обмотки возбуждения в этот

енг будет определяться величиной . Г _ ¿

У '

с м

Рм сопротивлешю медной матрицы СПОВ; />м - удельное

ктрическое сопротивление матрицы при 4,2 К; £ - душна Пронина СПОВ; бпр- площадь матрицы, занятая током; С. - индук-ность обмотки.

В дальнейшем с постоянной времени магнитное поле проник-в сверхпроводник и медная матрица перестанет быть токоне-им элементом. Это следует учитывать при исследовании любых еходных процессов, в том числе и внезапных КЗ. Таким образом, предлагается рассматривать процесс затухания ов в СПОВ из шинки с двумя постоянными времени. В первый мо~ т постоянная времени определяется сопротивлением матрицы, в ьнейшем, после проникновения тока в сверхпроводник,- пара-рами СПОВ. В первые несколько периодов изменения тока постоян-времени мала', затем она увеличивается. Тогда эквивалентная схема замещения обмотки возбуждения в еходных режимах будет представлять собой индуктивность £. , которой имеются две параллельные ветви: одна для матрицу с ротивлешеы /?м и вторая - дая сверхпроводника. Особенность ой схегш заключается в том, что ток из первой цепи перетекает вторую с постоянной времени . Поэтому постоянная времеш! ,ет изме1иться от величины, соответствующей Т^ , до больших ичин, соответствующих СПОВ.

Режимы внезапного двух- и трехфазного КЗ генератора КТГ-20 водились на контактах, выключателя в цепи З'кВ при пониженном ряжении, составившем 8,16 и 24$ номинального напряжения. Парный ток возбуждения перед КЗ "составлял' соответственно 100, |, 300 А. Ни выполнен ряд опытов внезапного КЗ при одном и том значении тока возбуждения, но при разных начальных значениях ;а статора, т.е. при разных величинах апериодической составляю-[ тока статора.

При эффективно действущпх электромагнитных экранах происхо-: подавление как низко-, так и высокочастотных пульсаций в токе Суждения. Как показала результаты экспериментальных исследований

двух- и трехфазных внезатпшх КЗ в обмотке возбуждения КТГ-20, V = (0,08г0,24) 1/н пульсаций в токе возбуждения не наблю лось. Наибольшее отклонение апериодического тока ротора при т фазном внезапном КЗ составило около 16$ от начального тока во буядения в момент КЗ, а при двухфазном КЗ - 8% начального ток _ Следует отметить, что основные трудности/возникавшие до настоящего времени при испытаниях генератора КТГ-20 на стенде статута, в том числе и при работе в энергосистеме, обычно свя с отказами вспомогательного оборудования, особенно из-за недо точной надежности элементов системы криогенного, обеспечения, процесса испытаний возникали переходы СПОВ в нормальное состо связанные с увеличением тока возбувдения до критического, лос чего обмотка вновь захолаживалась до гелиевых температур.

Исследования КТГ-20 в режиме синхронного компенсатора по зали, что такая машина обладает определенными преимуществами род другими компенсирующими типами устройств, что позволило п дожить разработку нового класса сверхпроводниковых машин - св проводниковых синхронных компенсаторов (СПСК).

Одним из требований, предъявляемых к синхронным компенса рам, является увеличение регулирующей способности как в режим выдачи, так и в режиме потребления реактивной мощности. Это д стигается, в частнроти, сниженном величины синхронного реакти ного сопротивления . Для компенсаторов традиционной ко

струкцпи такой способ н¥экшш1иченпоскольку снижение зано с увеличением массы и габаритов. В сверхпроводниковых ма пах, характеризующихся низкими реактпвносгямп и малыми массо-габаритными показателям:, это правило нарушается. В результат благодаря малым величинам у СПСК пределы регулирования

реактивной мощности могут"быть существенно расширены, при эте нет необходимости в реверсировании тока возбуждения, что суще венно упрощает конструкций возбудителя.

В процессе испытаний КТГ-20 выяснилось, что особый интер представляют режим работы СПОК при отсутствии тока возбувдени при этом машина продолжает потреблять реактивную мощность и и выпадает из синхронизма. При «чу ~ I точка = 0 соогветс вует номинальной реактивной мощности, потребляемой из сети. Ч режим дает возможность работать с частичным отоплением роторе случав необходимости позволяет проводить профилактические рас в системе криогенного обеспечения.

Боспазовая конструкция статора в сочетании с системой о?

- за -

srara изоляционными жидкостям позволяет в случае необходимости звысить рабочее напряжение СПОК до 35 кВ при использовании спп-ильной ОС и до 110 кВ и выше - при использовании концентричес-IX катушечных ОС. 3

Известно, что искажение формы кривой тока или напряжения риводит к дополнительным потерян в энергосистеме. Уровень содер-шпя выстх гармонических составляющих в кривой тока пли напря-зш1я регулируется стандартами. Одним из основных преимуществ зерхцроводшковых синхронных машин является высокая синусоидаль-зсть этих параметров. Она может достигаться двутля путями: во-зрвых, в настоящее время разработаны методы проектирования 10В, позволяющие получать синусоидальную кривую индукции магниг-зго поля в зазоре; во-вторых, высокая синусоидальность кривой апряженпя СПТГ мотет обеспечиваться спиральной распределенной 3. В обоих случаях содержание высших гармонических не превыиает L

Существующие в настоящее время определенные ограничения ре-змов пуска и регулирования СПСК, связанные с допустимой скоро-гш изменения магнитного поля в зоне СПОВ п ее тока, могут быть блиаайшем будущем сняты благодаря применению более совершенных верхпроводников.

Принято считать, что статические компенсаторы имеют самые азюте потери. Однако, itaK показывают расчеты, потери в СПСК на-одятся на одном уровне с потерями статического компенсатора при квивалентных диапазонах регулирования реактивной мощности, при том СПСК обеспечивает более плавное ее регулирование в обоих ре-имах.

Все вышеизложенное говорит о целесообразности разработки ПСК большой единичной мощности, при этом особое внимание должно нть уделено вопросам разработки и создания высоконадежных авто-омных автоматизированных систем криогенного обеспечения. Как по-азала разработка вариантов СПСК большой мощности с обмотками как з НТСП, так и из ВТСП, использование ВТСП - материалов, работаю-их на азотном уровне температур, позволяет упростить конструкцию ПСК, снизить потери в нем и повысить надежность работы как са-ой машины, так и криогенного оборудования.

Результаты исследований СПТГ мощностью 20 №»А, продолжаются уже более 12 лет, позволили изучить особенности работы манны в установившихся и переходных процессах и выявили необходи-

мость разработки новых стандартов для СПТГ. Опыт эксплуатации КТГ-20 положен в основу научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ над СШГ большой мощности, которые выпол-нязотся во ВВДИэлектромаше в настоящее время. Кроме того, показа на целесообразность создания еще одного класса сверхпроводниковых машин большой мощности - СПОК.

В пятой главе рассматриваются вопросы устойчивости СПТГ'с различными скоростями регулирования возбуждения.

Обеспечение устойчивости мощных турбогенераторов обычного исполнения при работе их на линии электропередачи (ЛЭП) достигается прежде всего за счет быстродействующего возбуждения с кратностью форсирования К- 2 и АРВ сильного действия. Такое решение распространяется на все машины вне зависимости от их расположения в энергосистеме. В этих условиях эквивалентность сверхпроводникового и обычного турбогенераторов достигается в случае выполнения ротора с обмоткой, рассчитанной на сравнител! но быстрое изменение тока. Следует при этом обратить внимание на особенность проектирования возбудительных систем, связанную о тем, что в нормальном режиме мощность почти равна нулю, а необходимость в полной мощности появляется лишь в кратковременные переходных процессах.

Расчет динамической устойчивости СПТГ имеет следующие особенности: I) магнитный поток проходит в основном по воздуху и немагнитным материалам, и только час» пути - по ФМЭ, поэтом; характеристика XX получается линейной и генератор может рассматриваться как линейная система; 2) активное сопротивление цепи СЛОВ практически равно нулю, поэтому в расчетах удобнее пользоваться не постоянными времени, а индуктивностями; 3) токи, наведенные в СПОВ вследствие изменения реакции якоря во время переходного процесса, практически не затухают; 4) в связи с малыми значениями.синхронных индуктивных сопротивлений величины ЭДС и Рд и их угловые положения относительно напряжения генератора имеют небольшое различие; 5) инерционная постоянная имеет меньшую величину.

При расчетах динамической устойчивости генератора, связан ного с шинами неограниченной мощности через ЛЗП, рассматривает ся первое отклонение ротора. Для определения движения ротора используется дифференциальное уравнение второго порядка. В свя с нелинейностью уравнения оно решается методом последовательны

сближений. Мощность турбины принята постоянной, а электромаг-иная мощность определена на основе ЭДО ^у за синхронным активным сопротивлением аг^.

Для вычисления прежде всего находится форсировочная со-гавляющая тока КЗ.^Ео время КЗ ¿/¡р- £, а после его от-

тчеяия = + (¿- ), где - напря-

)ние на кольцах ротора, равное напряжению при выводе энергии из ¡мотки возбуждения в случав ее перехода в нормальное состояние; I- ток в конце инторвала времени КЗ; ¿л-а - длительность

3 в начале линии, 1 - • ^ -■ 1' *

последних равенствах I , ¿ и ¿-о •• индуктивности обмотки >збуждения при XX, КЗ и при отключенном КЗ; переходное

щуктивное сопротивление генератора; индуктивное сопротив-

¡ние КЗ трансформатора; гг^ - внешнее индуктивное сопротивление )сле отключения КЗ. Процесс форсирования продолжается до момен-I достижения ротором максимального отклонения.

Кроме тока /у<р определяются еще две дополнительные состав-ющие. Первая из них - это гон , наведенный в обмотке ротора [ачала при КЗ, и затем при его отключении. При расчете этой со-' •авляющей тока не учитываются апериодические тока в ОС и сварх-¡реходные процессы в связи с их малой длительностью. Вторая со-:авляодая обусловлена изменениш направления реакции якоря за ют перемещения ротора. Сумма всех трех составляющих совместно током исходного режима, образует, полный ток возбуждения,величи--а которого позволяет найти . Зная на данном интервале вреда угловое положение ротора по отношению к вектору напряжения [в неограниченной мощности, находим искомую электромагнитную адность.

Эквивалептирование сверхпроводниковой и обычной машин из ¡ловия одинакового влияния системы возбуждения на динамическую ¡тойчивость удобно проводить на основе равенства скорости изме-1ния тока ротора во время его первого отклонения. Яри этом Юбно использовать существущий или разработанный СПТГ и про-1сти расчет новых параметров, сохраняя значение ЦЦС обмотки, ¡ли Ту - эквивалентная постоянная времени обычного турбогене-(тора; ¿с и /Д» - индуктивность и ноышальннй ток возбуждения

исходной существующей сверхпроводниковой машины, а ¿3 я величины, требующиеся для эквивалентирования, то при кратности форсирования тока К - 2 индуктивность ¿у может быть найдена из равенств , /J~ . < _ * *£3

где х- эквивалентное внешнее индуктивное сопротивление.__

Тогда новое значение номинального тока

/ = /5Г jc . ih >

Сопоставление сверхпроводникового и обычного турбогенерат ров проводилось для наиболее трудных условий по обеспечению ус тойчивости: I) двухцепная ЛШ 500 кЕ значительной протяженное! (540 км) без переключательных пунктов; 2) трехфазное КЗ с повы шешюй длительностью (0,14 с). Эквивалентирование в таких уело виях позволяет считать, что оно справедливо и для более просты случаев: несимметричных КЗ, а такке для ЛЭП меньшей длины.

Для обычной машины использовалось электродинамическое моя лирование, а для сверхпроводниковой - расчет применительно к i ze ЛЗП. В опытах один генератор моделировал тепловую электроса цию мощностью 1200 МВт с агрегатами по 200-300 МВт, имеющих а? = 2,0, ХЫ = 0,268, 1Л = 6 с. Для СПТГ мощностью 300 МВт были использованы параметры машины, созданной в ЛПЭО "Электросила" ( ХЫ= 0,36, 0,27, I = 14 = 1093 А, ^ =25(

М = 5,25 с). Расчетные значения ¿.и составили I.8I Гн и 3040 А соответственно. В обоих случаях (обычный и сверхпровода ковый генератор) поручились предельные по динамической устойчз вости режимы, тем самым била достигнута эквивалентность машин Мощность возбуждения СПТГ в конце первого отклонения ротора составила 4010 А'2500 В = 10 МВт. Номинальный ток и напряг»ни возбувдения турбогенераторов единой серии ТВВ-320-2Е сосгавля 3492 А и 342 В, при кратности К = 2 мощность форсирования рав 4,8 МВт.

Необходимо отметить, что во время КЗ на валу агрегата во кают тормозные моменты. Они обусловлены потерями в активных с противлениях цепей статора и 'ротора как от периодических, так апериодических составляющих токов. Таким образом, в реальных условиях при кратковременных трехфазных КЗ не происходит пол» сброса нагрузки. Эю может учитываться эквивалентной нагрузке

- 40 -

для которой предложен способ определения по'осциллографи-ой записи угла </ во время КЗ. Величина Рэ , найденная из ов модели, использовалась и для расчета переходного процесса

Сверхпроводниковый генератор, будучи линейной системой, :олагает высокой форсировочной способностью. Однако ее исполъ-яие затруднено из-за большой мощности возбуждения.

Следует заметить, что за рубежом, особенно в США, принято • ■ать, что СПТГ (с медленным регулированием) имеет высокий юнь устойчивости. Это объясняется существенно меньшими слитыми индуктивными сопротивлениями. Вполне естественно, что 'оприятные свойства сверхпроводниковой машины в наиболшей . I проявляются при меньших внешних сопротивлениях. В связи :им был выполнен расчет для задачи, реализованной на электро-шической модели. Применение правила площадей и метода после-цельных, приближений показало, что предельная длина ЛЗП, при )рой обеспечивается динамическая устойчивость в случав трех-юго КЗ в ее начале, составила 239 км. При этом предцолага-,, как и ранее, что поврежденная цепь отключается через 1 с. Предел статической устойчивости в послеаварийном режиме, зделенный на базе величина £о перед КЗ, получился рав1шм. % от номинальной мощности, ото значительно превышает, нор,тошный запас в в%. Следует заметить, что без учета эквивалент-нагрузки предельная длина ЛШ уменьшается до 188 км. Таким образом, если исходить только из условия обеспечения эйчивости и не требовать эквивалентности о обычным генерато-в любых эксплуатационных режимах в сложной энергосистеме, ШТГ с медленны;.! регулированпом возбуждения может найти при-знке на электростанциях, которые связаны с потребителями ргяя ЛЩ сравнительно небольшой дгшнн. Наличие такой возмож-ги является существенным преимуществом сверхпроаодниковой шш.

В связи с меньшими синхронными индуктивными сопротивлениями Г не имеет ограничений по отатической устойчивости в режиме овозбукдешш.

В цепи автоглатического регулирования возбуждения обмотка ора обычного турбогенератора моаоз? быть представлена аперно-еским звеном. В сверхпроэодниковой машно ■ оуо-звоно переходит вено интегрирующего вида. Такой звено является 'бодай-аффектия-

ним по сравнению с апериодическим звеном в части воздействия ток возбуждения. Отсюда следует, что сверхпроводящая обмотка усложняет процессы автоматического регулирования возбуждения Необходимо при этом иметь в виду, что в апериодическом звене меняется постоянная времени, которая в случае СПТТ имеет щ чески бесконечное значение. Поэтому при переходе от апериода кого к интегрирующему звену"следует пользоваться индуктивное имеющей вполне определенное значение.

Стремление выполнить турбогенератор с простейшей СЛОВ £ хранить при этом возможность быстродействующего воздействия переходный процесс приводит 'к новому направлению - применена СПИНа с полупроводниковым преобразователем. Использование зг раемых тиристоров позволяет иметь не только естественную, не вынувденную коммутацию вентилей, что открывает возможность i трейления и выдачи реактивной мощности. Преобразователь, обр зованный из даух последовательно соединенных трехфазных mocî схем с разними углами управления, обеспечивает независимое | дирование активной и реактивной мощностей.

Во время первого отклонения ротора преобразователь рабе в выпрямительном режиме и СПИН потребляет активную мощность, здавая тем самым торможение генератора. В данной главе излш метод расчета комбинированной сист'емы, состоящей из генератс подключенного на его выводы СПИНа.

В нерегулируемом генераторе используется переходная ЗДС что дает возможность применить правило площадей. Площадь pas уравновешивается в данном случае площадями торможения СПИНа генератора. Потребление анергии СЛИИом может проходить за рг ное время, при этой чем меньше интервал времени, тем больше ность, что цреада всего отражается на мощности преобразовав Поэтому с целка большей компактности установки СПИН - преоб] ват ель следует стремиться к большим интервалам потребления : гхш. Наименьшей шццоми соответствует предельный режим по ) ыической устойчивости, поаюму энергия СПИНа определяется пс правилу площадей, а наименьшая мощность - на основе расчета движения ротора во время его парного,отклонения.

Метод расчета иллюстрирован двумя примерами. Первый пр; относится к ЛЭД, собранной на электродинамической модели, с .ко пределом динамической устойчивости, который был получен j быстродействующего возбуждения. Во втором примере рассмотре!

1ТГ мощностью 1200 Шт. Параметры, взятие из эскизного проекта Шэлектроглаша, составили: = 0,6, 0,4, 1,1 = 7. ЛЗД на-гакением 500 кВ я длиной 200 км принята двухцзнной с длдтель-)стью КЗ 0,1 с. Эквивалентная нагрузка Р в расчете не учвты-ются.

Непосредственное воздействие системы со СШШом на активную реактивную мощности получается более эффективным в обеспечении шамической и статической устойчивости по сравнению с быстро-зйствукщим возбуждением, где управление проходит через инерци-шое звено - обмотку возбуздения.

Поскольку обмотка возбуждения СПТГ имеет большую элоктро-згнитную энергию, возникло предложение об использования СНОВ з только по ее прямому назначению, по и в качестве СИ ¡На. энцепция такого решения базируется на изучении двух взаимосоя--ал'шх процессов и определении результирующего воздействия на элебательные процесса.

Конструкция сверхпроводниковых л обычных индуктивных нако-зтелей имеет существенные различия. Высокие механические наряжения в сверхпроводншсовых устройствах приводят к необходц-ости уменьшения диаметра катушек и увеличения их длшш. Наибс-зе перспективной представляется система из нескольких катушек, нл располагаются в общем каркасе со встречнш/л иагшшгсш пото-ами смежных кагукек. Такой СШШ при использовании перспоктишшх пзкоюмпературиих сверхпроводников с плотлостьп тока 1000. А/т** макштнсН индукцией 20 Тл может иметь высокие значения энергии единице объема и небольшое внешнее магнитное поло. Использовано для накопителей ВТСП позволит .существенно упростить конструкт криостата и снизить энергозатраты на производство хладагента.

Таким образом, выполненные исследования позволяли рассмог-еть вопросы динамической и статической устойчивости СПТГ с вы-окиш скоростями регулировшшя возбуждения И разработать спосо-ы повышения устойчивости СПТГ с медленным регулированием возбуждения.

ЗАШЯЕШ

В диссертационной работе решена важная народнохозяйственная 1роблема исследования и создания высокоэффективного сверхпровод-шкового турбогенератора на основе совершенотвования конструкции, игстеш охлаждения и технологии изготовления статора, а также

обеспечения его устойчивой работы в энергосистеме.

Основными результатами работы являются следующие:

1. Определены пути повышения КЦЦ и улучшения массогабарит показателей сверхпроводниковшс турбогенераторов за счет повыш линейной нагрузки, снижения потерь, соаершенствовашш констру цая и технологах изготовления статора.

2. Выполнены теоретические^и^эксперяменталыше-исследован добавочных потерь в обмотках статоров сверхпроврдниковых туре генераторов, показавшие, что для их эффективного снижения нес диш многоступенчатые схемы транспонирования круглых элемента шх проводников. На последней ступени предпрочтительна транс: зицая 0°/540°/0°, а при малой активной длине машины - 90°/36( 90° или Х80°/360°/180°. Кроме того, может использоваться грш позиция в головках лобовых частей без плетения в активной зо! реализованная в КТГ-20.

3. Разработаны, созданы и исследованы статоры беспазовоп исполнения для турбогенераторов мощностью 20 ЫВ-А и 5 ИВ-А. В первой машине обмотка статора выполнена петлевой, с диамат, нш шагом, пониженными добавочными потерями и сборно-разборн системой крепления. Во второй - применена спиральная распред ная обмотка с монолитной системой крепления.

4. Разработана и реализована на стенде КТГ-20 новая сист охлаждения статора с использованием электроизоляционной кильсти. Контур принудительной циркуляции хладагента дооборудова теплонасосной установкой, позволяющей осуществить полезное и пользование потерь, выделяющихся в статоре, и обеспечить эк мшо условного топлива.

■ 5. Выполнен комплекс исследований КГГ-20 в энергосистеме качестве синхронного компенсатора. Выявлены особенности опре ления параметров сверхпроводникового турбогенератора, в том числе постоянной времени обмотки ротора, обусловленной стру! рой провода, содержащего медь и сверхпроводник. Определено, сверхпроводниковые генераторы могут потреблять большую реак: ную мощность в режиме недовозбуждения, чем турбогенераторы традиционной конструкции. Показано, что сверхпроводниковые I хрошше компенсатора имеют преимущества перед другими типам, кошенсируыцих устройств по уровню потерь, пределам и плав, стй регулирования реактивной мощности, синусоидальности нал шш.

6. Исследованы обмотки статоров из чистых гязти/тлов и сворх-вод1шков. Предложена конструкция композитного материала дач отки статора на основе внсокочистого алюминия в высокоошой рице с жилами диаметром 30 мкм и менее. Показано, что для дашга сверхпроводящих статорных обмоток долганы использоваться гаозитные сверхпроводники с удол:-нш.ш потерями но вито

:о6 Вт/м3 при частоте 50 Гц. При этом для снижения общих по-)ь в криогенной зоне предпочтительны концентрические обмотки: угообразная и модифицированная спиральная.

7. Для экспериментальных исследований криорезистивных и зрхпроводшцих обмоток переменного тока создан стенд, в состав горого входят беспазовый турбогенератор, используемый как гулируешй источник тока до 3 кА высокой синусоидальности стотой 50 Гц, и гелиевый неметаллический крностат.

8. Для обеспечения требуемого'уровня динамической устойчи-сти сверхпроводникового турбогенератора с высокой скоростью гулирования возбуждения предложен способ определения номиналь-IX данных сверхпроводящей обмотки. Он базируется на эквивалентам ре;-.а\;а форсирования обычного и сверхпроводникового генэра-)ров, а также на заданном уровне напряжения,* обусловленного зарийным выводом энергии при переходе в нормальное состояние.

9. С целью повышения устойчивости турбогенератора с медлен-хм регулированием возбуждения обоснован принцип использования верхпроводшдего индуктивного накопителя энергии с преобразова-злем на запираемых тиристорах. Определены области независимого егулнровашя активной и реактивной мощностей,, в. последнем слу-ае не только ее потребления, но и, выдачи за счет естественной

вынужденной коммутации вентилей-. Обоснован метод расчета энер-1Ш и мощности сверхпроводящего индуктивного накопителя с преобразователем.

10. Показано, что благодаря большой электромагнитной энер-чщ обмотки ротора сверхпроводникового турбогенератора имеется юзможность совмещения двух режимов: обычного возбуждения и шдуктивного накогштеля, и их использования дня повышения устойчивости и интенсивного демпфирования колебаний ротора. Такая возможность основана на смещении этих процессов по фазе на 90°.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. Чубраева Л.И. Добавочные потери в обмотках статоров турбогенераторов беззубцовой конструкции // Методы расчета : бо- и гидрогенераторов. Л.: Наука, 1975. С.29-41.

---2.-A.c. №-486427 (СССР).-Электрическая машина_с ^криота

охлаждением / Борзов Г.Г., Илыахин В.Ф., Чубраова Л.И.// Б.1 1975. В 36.

3. Чубраева Л.И. Обмотки статоров повышенной надежноси дая беззубцовчх турбогенераторов// Вопросы надежности, автос ческого контроля и защиты синхронных генераторов. Л.: ВНИИэ; ромаш, 1976. С.29-39.

4. Данилевич Я.Б., Чубраева Л.И. Расчет магнитных поле! потерь в обмотке статора беспазового турбогенератора//3лект] ческие ыашны. Турбогенераторы беспазовой конструкции и irpoi мн их создания. Л.: БНИИэлектромаш, 1976. С.12-27.

5. Данилевич Я.Б., Чубраева Л.И., Шапиро A.C. Проблемы дания сверхмощных турбогенераторов беспазовых конструкций// же. С.3-12.

6. Чубраева Л.И., Шапиро A.C. Турбогенераторы с немагн] активной зоной. ВНИИЗМ, 1976. 14 с.

7. Чубраева Л.И. Параметры контуров для циркуляционных ков в обмотке отатора беззубцовой конструкции// Исследован» турбо- и гидрогенераторов. Л.: Наука, 1976. С.27-31.

8. Данилевич Я.Б., Чубраева Л.И., Шапиро A.C. Турбоген торы с немагнитной активной зоной// Материалы ВЭЛК. 1977. I:

9. Данилевич Я.Б., Чубраева Л.И. Основные научно-техни кие проблемы создания статоров беспазовых конструкций для с: проводниковых турбогенераторов// Электрические машины. Свар: проводниковые турбогенераторы. Л.: ВШШэлектромаш, 1979. С.

10. Васильев В.В., Данилевич Я.Б., Московская В.В., Чи ков A.A., Чубраева Л.И. Экспериментальное определение полей параметров статора оверхпроводникового турбогенератора мощн 20 МВ-А// Там же. С.99-105.

II. Данилевич Я.Б., Чубраева Л.Й. Электромагнитное пол области обмоток беззубцового турбогенератора// Исследования турбо- и гидрогенераторов^ Л.: Наука. 1979. С.27-36.

12. A.c. M 745327 (СССР). Электрическая машша/ Данилорич Б., Данько В.Г., Лютый Е.И., Потехин К.Ф., Чубраева Л.И.// И. 198I. № 47.

13. Чубраева Л.И. Спиральная обмотка для статора бесдазоыоц шструкции// Источники электропитания кратковременных л нмпульс-tx нагрузок большой мощности. Л.: ВШШэлектромши, 1981. С.75-83.

14. Чубраева Л.И. Перспективы применения чистых металлов и шрхпроводников для обмоток статоров// Вопросы надежности и )следования электромагнитных, тепловых и механических процессов электрических машинах. Л.: ВНШалекгромаш, 1981. C.I6I-I78.

15. Чистяков A.A., Чубраева Л.И. Транспозиция в головках, эбовых частей обмотки статора и ее экспериментальное исследоаа-.19// Там же. С.26-34.

16. A.c. Я 873332 (СССР). Статор криогенной электрической ашины/ Данилевич Я.Б., Острейко В.Н., Черников В,Л., Чубраева .И.// Б.И, 1981. й 38.

17. Glabov I.A., Chubraeya L.I. Superconducting generator evelopment in different countries// A.I.M. Centralea Elaotriqua odernee, biege. October 1981. Vol.63. 18 p.

18. Чистяков A.A., Чубраева Л.И. Исследование транспозиции ) головках лобовых частей обмотки статора// 'Диектротехническая [ромшиенность "Электрические машины", 1982. Вши4(134). C.IS-21.

19. Glebov I.A., Chubraeva L.I., Sabrie J.-L. Suparoonduot-ng generator developiaent in different oountriea // Elactra. ¡932. И 80. P.17-62.

20. Olebov I.A., Chubraeva L.I. Development of superconduo— ting machines-in the USSR// ICEC 9th Proo. of the oonf. Kobe, 1932. V. 400-406.

21. Glebov I.A., Chubraeva L.I., Edmonds J.3., MoCown W.H.,

iuelle G., Sabrio J.-L. Superconducting turbogenerators; current

situation and proapecto; CIQRE, September 1932. Paper 11-14. 10 p.

22. Чубраева Л.И. Особенности компенсации циркуляционных ЭДС в обмотках статоров беспазовых турбогенераторов// Исследование крупных электрических машин. Л.: ВНШэлектромаш, 1982. С.81-96.

23. Тимофеева A.B., Чубраева Л.И., Шахова Л.И. Модель для исследования транспонированных стершей обмотки статора боспазо-аого турбогенератора// Там sq. С ЛОЗ-III.

24. Глебов И.А., Чубраева Л.И. Достижения и тенденции i тия техники п области создания синхронных генераторов нетрзд онного исполнения// Сверхпроводимость в электротехнике: Тр.; Всесоюзн.коцф.по техн. использованию сверхпроводимости. Леш град, 26-28 сент. 1983 г. T.I. С.29-32.

__25. Богоявленский О.С., Глебов И.А., Пономарев Л.Т.,

Чубраева Л.И. Создание статора о'есдазових конструкций и их-экспериментальное исследование// Там не. С.51-52.

26. Быков A.B., Калнинь И.М., Розенфельд Л. 1.1., Чубраев; Повышение эффективности СЕзрхпроводникового генератора за с использования тепловых потерь статора// Там же. С.126-128.

27. йдсов B.U., Вишнев И.Г1., Глебов И.А,, Данилевич'Я. Иванов С.А.г Каримов A.A., Чубраева Л.И., Шахтарин D.H. Све. проводниковый турбогенератор типа КТГ-20 и результаты его и таний// Сверхпроводниковые электрические машины. Л.: ВНИИ-электромаш, 1983. С.3-13.

28. Павлов И.П., Смирнова ЕЛ.!., Хробостова И.В., Чубра Л.И. Экспериментальные исследования турбогенератора мощност б МВт со спиральной обмоткой статора// Там же. С.94-100.

29. Хробостова И.В., Чубраева Л.И. Разработка турбоген торов с беспазовым исполнением статора и полным водяным охл дениец// Исследования генераторов с полным водяным охлажден Л.: ВНИИэлектрошш, 1983. C.I33-I39.

30. Сигаев В.Е., Чубраева Л.И. Бесиазовий статор с се,и образными катушками// Экспериментальные исследования турбо-гидрогенераторов. Л.: ВПШэлектромаш, 1985. С.98-105.

31. Варламов И.В., Хробостова И.В., Чубраева Л.И. lloci ка задачи расчета электромагнитного поля беспазового Typöoi рагора со спиральной обмоткой// Расчет и оптимизация парамс электромагнитных устройств и систем управления электрощите Ошк: 1985. С.82-85.

32. Глебов И.А., Аксенова Л.Я., Сигаев В.Е., Чуораева Исследования редимов синхронизации сверхпроводникового reus pa мощностью 20 MB-А // Исследования мощных турбо- и гидрогенераторов, Л,! ВНИИэлектромшд, 1984. С.3-12.

33. GlebOV Cbubräava L.I. The recent progress i development of non-conventional generators // Electra. 193

Ы 93. P. 26-39.

34. Глебов H.A., Быков В.H., Дднилевич Я.Б.,' Иванов С.А., рымов A.A., Чубраева Л.И., Шахтарин В.Н. Опыт включения зеть сверхпроводникового турбогенератора мощностью 20 MB-А, X) об/мин // Электротехника. 1986. № 5. С.6-8.

35. Аксенова Л.Я., Чубраева Л.И. Исследование переходных зцессов при включении КТГ-20 в сеть // Автоматизация исследо-шй и расчетов генераторов. Л.: ВНИИэлектромаш, 1986. С.Э4-

3.

36. Аксенова 1.Я., Сигаев В.Е., Чубраева Л.И. Влияние ¿ального скольжения ротора на электромеханические процесса в эрхпроводниковом турбогенераторе при синхронизации с электро сью // Электротехнические устройства с использованием сверх-зводшлости. Л.: ВНШэлектромаш, 1986, С.28-43.

37. Репин A.B., Сигаев В.Е., Тутаев В.А., Чубраева Л.И. кронный генератор с криогенным охлаждением для импульсного фгетического комплекса// Тез.докл. Ш Всесонш.конф. "Импульо-) источники энергии". Ленинград, 1983. C.I2.

38. Глебов И.А., Ежов В.М., Чубраева Л.И. Перспективы юльзования сверхпроводниковых электрических машин в качестве [ораторов реактивной мощности// Исследования и разработки шраторов для перспективных электростанций. Л. : ВНИИэлектро-I, 1987. С.5-ДЗ.

39. Аксенова Л.Я., Зимин Г.Ы., Сигаев В.Е., Тугаев В.А., >раева Л.И. Исследование режимов работы криотурбогенератора -20// Тез.докл.Всесоюзн.научн.-тохн.конференции "Вопросы шктировшшя, исследования и производства мощных турбогенера->ов и крупных электрических машин", Ленинград, 1988. С.23-24.

40. Державина АЛО., Зимин Г.М., Чубраева Л.И. Исследование !Окоэ©ективных обмоток для статоров перспективных турбогене-■оров// Там же. С.73-74.

41. Qlebov I.A., Chubraevn L.I. Superconduotlng turbogene-;ors// CIGRS. Paria, 1933. Dlaousaion W(1 11. P. 687-688.

42. Гаврилов Р.Г., Гласник И.M., Чубраева Л.И, 0 нроектиро-иш полностью сверхпроводникового синхронного генератора. >ьков. 1989. 28 с. (Препр./АН УССР. ФТШ1Т; 28-29).

43. х1у0раева Л.И. Вопросы выбора конструктивной схемы фхпроводшдзй обмотки статора синхронного генератора// Сверх-щодниковые электротехнические устройства. Л.; ВНИИэлектро-

I, 1989. С.23-39.

44. Glebov I.д., Chubraova L.I. Developments relating to superconducting turbogenerators// ICEC 13. China, Beijing. 19S April 24-2?. Report Ъ-Ч. 3 p.

45. Glebov I.A., Chubraeva L.I, Investigations end developments in the field of supcrccnduotive turbogenerators! CIOE Session 1990. Panel Discu33ion "Impact of SC technology on the future power cyatem technology". P. 4-12.

46. Глебов И.А., Чубраева Л.И. Перспективы использования генераторов нетрадиционного пополнения в качестве источника питания ударного и кратковременного действия// Источники подул сев электрической мощности. Л.: ВНИИэлектромаш, 1990. С.3-10.

47. Гдикайге С..'Л., Державина А.Ю., Чубраева Л.И. Исследования электромагнитных полей сворхдроводникового турбогенератс ра в различных режимах работы // Там же. С.38-45.'

48. Чубраева Л.И. Основные направления работ в области ге раторов не традиционного исполнения // Проблемы электромашиностроения. Краткие тезисы научно-технической конференции. Доши град, 15-17 октября 1S91 г. Л.: ВШИэлектрош, 1991, С.5-7.

49. Казовский Е.Я., Сигаав В.Е., г1убраева Л.И. Особенное; работы сворхпроводшгковой синхронной машины в энергосистеме /> Tail же. С.Э-Ю.

50. Казовский Е.Я., Сигаев В.Е.,Чубраева Л.И. Преицущеси сверхпроводаиковых синхронных компенсаторов // Там же. C.IO-I:

51. Чубраева Л.И. Обеспечение надежности турбогенераторов со сверхпроводящей обмоткой возбуждения // Там же. С.98.

52. Чубраева Л.И. Генераторы нетрадиционного исполнения. Л.: Паука. Ленингр. огд.-ние, 1991, 248 с.

53. Кишекко Е.Ю., Коцурииюш Е.К., Новиков С.И., Чубрае. Л.И., Ыахтарян З.Н. Модельный турбогенератор со сверхпроводящ ш об&откаыи возбуадешш я якоря // Технология электромашиностроения. С.-Петербург; ВЬШалектромаш, 1991. C.II9-I25.

54. Chubraeva I.I., Sigaev V.E. Investigation of eupsreo ductor behaviour in the windings of synchronous generators at different ¡nodes of operation // M1V12. Abstracts. 1991. Hepor AK-f. P.80.

US. Аксенова Л.Я., Чубраева Л.И. Ударный генератор со спиральной обмоткой как новое направление при создании данног типа i-jxzui// Творческое наследие М.П.Костенко и его развитие в современном и перспективном электромашиностроения. С.-Нетер