DE1012675B

DE1012675B - Procedure to protect the insulation of the rotor winding from being worn down in generators with large axial lengths

Info

Publication number: DE1012675B
Application number: DEM14561A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing E H Fritz Marguerre
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1952-06-27
Filing date: 1952-06-27
Publication date: 1957-07-25

Description

Verfahren zum Schutz gegen Zermürbung der Isolation der Läuferwicklung bei Generatoren großer axialer Länge Es ist bekannt, daß bei elektrischen Generatoren großer axialer Länge, insbesondere Turbogeneratoren, Schwierigkeiten .dadurch entstehen, daß das Wicklungskupfer, in welchem der größte Teil der Leistungsverluste entsteht, sich stärker erwärmt als die benachbarten Eisenteile. Infolgedessen und infolge der größeren Wärmedehnung des Kupfers gegenüber dem Eisen entstehen erhebliche Relativbewegungen zwischen den Kupferleitern und dem Eisen. Dadurch kann die Isolation der Kupferwicklung mit der Zeit zermürbt werden. Dies trifft in ganz besonderem Maße auf die Isolation der Läuferwicklung zu, die im Betrieb unter der Einwirkung starker Fliehkräfte steht, so daß die zermürbende Wirkung der Relativbewegungen dadurch erheblich erhöht wird.Method of protection against wearing down the insulation of the rotor winding in generators of great axial length It is known that in electrical generators large axial length, especially turbo-generators, difficulties arise as a result, that the winding copper, in which the largest part of the power loss occurs, heats up more than the neighboring iron parts. As a result and as a result the greater thermal expansion of copper compared to iron creates considerable relative movements between the copper conductors and the iron. This can reduce the insulation of the copper winding to be worn down over time. This particularly applies to the isolation the rotor winding, which is subject to strong centrifugal forces during operation, so that the grueling effect of the relative movements is thereby considerably increased.

Es ist bekannt, zur Vermeidung dieses Nachteils die Kühlung der Maschine in der Weisse zu regeln, daß die Temperatur des Läufers bzw. der Temperaturunterschied zwischen Kupfer und Eisen des Läufers möglichst konstant bleibt.It is known to avoid this disadvantage by cooling the machine in the white to regulate that the temperature of the runner or the temperature difference between copper and iron of the rotor remains as constant as possible.

Bei einer solchen Regelung der Kühlung besteht nun aber die Gefahr, daß der Ständer bzw. die Ständerwicklung der Maschine zu heiß wird, nämlich dann, wenn die Maschine bei normaler Wirklast nur mit sehr niedriger oder gar keiner induktiven Blindleistung oder gar mit kapazitiver Blindleistung belastet ist, wenn also nur ein geringer Erregerstrom fließt und die Kühlung dementsprechend durch die Regelung stark gedrosselt ist. Auch bei Leerlauf der Maschine und entsprechend herabgesetzter Kühlung kann der Eisenkörper des Ständers durch die Eisenverluste bereits unzulässig warm werden. Es ist zwar auch schon bekannt, Mittel vorzusehen, durch welche die Kühlung des Ständers vollständig oder wenigstens in gewissen Grenzen unabhängig von der Kühlung des Läufers geändert werden kann, wodurch diese Gefahr vermieden wird. Derartige Anordnungen bedingen aber eine erhebliche Komplizierung der Anlage, insbesondere des Generators.With such a control of the cooling, there is now the risk of that the stator or the stator winding of the machine becomes too hot, namely then, if the machine with normal active load only with very low or no inductive Reactive power or even with capacitive reactive power is loaded, so if only a low excitation current flows and the cooling is carried out accordingly by the control system is strongly throttled. Even when the machine is idling and accordingly reduced The iron body of the stator can already inadmissible cooling due to the iron losses to warm up. It is already known to provide means by which the Cooling of the stator completely or at least independently within certain limits can be changed by the cooling of the rotor, thereby avoiding this risk will. Such arrangements, however, cause a considerable complication of the system, especially the generator.

Da solche Komplikationen sehr unerwünscht sind, andererseits aber die Gefahr einer Überhitzung des Ständers unbedingt vermieden werden muß, so hat man bisher gewöhnlich auf eine Regelung der Kühlung zwecks Einhaltung konstanter Läufertemperatur ganz verzichtet, so daß tatsächlich die meisten Turbogeneratoren in der Praxis ohne eine solche Regelung betrieben werden. Die Entwicklung der Turbogeneratoren zu immer größeren Leistungen läßt aber die Beibehaltung dieser Betriebsart bedenklich erscheinen.Since such complications are very undesirable, on the other hand, however the risk of overheating of the stand must be avoided at all costs, so has so far, one usually relied on a regulation of the cooling in order to maintain constant Rotor temperature completely waived, so that in fact most turbo-generators can in practice be operated without such a regulation. The development of turbo generators However, maintaining this mode of operation is questionable for ever greater performances appear.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz gegen Zermürbung der Isolation der Läuferwicklung bei Generatoren großer axialer Länge infolge ungleicher Wärmedehnung während des Betriebes durch selbsttätige Regelung der Wärmeabführung in Abhängigkeit von der Temperatur des Läufers. Der erwähnte Mangel einer solchen Regelung wird erfindungsgemäß vermieden durch ein weiteres von der Temperatur des Ständers beeinflußtes Organ, welches in die Regelung der Kühlung des Generators im Sinne einer Verstärkung der Kühlung eingreift, wenn die Temperatur des Ständers einen vorbestimmten Höchstwert erreicht.The invention relates to a method of protection against attrition Insulation of the rotor winding in generators of great axial length due to unequal Thermal expansion during operation through automatic control of heat dissipation depending on the temperature of the runner. The mentioned lack of such Regulation is avoided according to the invention by a further one of the temperature of the Ständers influenced organ, which is used in the regulation of the cooling of the generator in the sense of a strengthening of the cooling intervenes when the temperature of the stator reaches a predetermined maximum value.

Die Änderung der Generatorkühlung durch die erwähnte Regelung kann in verschiedener Weise erfolgen.The change of the generator cooling by the mentioned regulation can done in different ways.

Wird der Generator durch einen hindurchgeleiteten Frischluftstrom gekühlt, so kann dieser Luftstrom mehr oder minder stark gedrosselt und damit die sich einstellende mittlere Lufttemperatur geändert werden.Becomes the generator through a fresh air stream passed through cooled, this air flow can be throttled more or less strongly and thus the the resulting mean air temperature can be changed.

Erfolgt die Kühlung in der Weise, daß ein im Generator umgewälztes Kühlgas, beispielsweise Wasserstoff, in einem Wärmeaustauscher mit flüssigem Kühlmittel rückgekühlt wird, so kann in entspreichender Weise der Durchlauf des flüssigen Kühlmittels durch den Wärmeaustauscher gedrosselt werden.If the cooling takes place in such a way that one circulates in the generator Cooling gas, for example hydrogen, in a heat exchanger with liquid coolant Is recooled, the passage of the liquid coolant can be done in a corresponding manner be throttled by the heat exchanger.

Stattdessen kann aber auch die Umlaufgeschwindigkeit des Kühlgases im Generator und damit der Wärmeübergang von den aktiven Teilen desselben auf das Kühlgas durch eine Drosselung des Kühlgasumlaufes geändert werden.Instead, however, the circulation speed of the cooling gas can also be used in the generator and thus the heat transfer from the active parts of the same to the Cooling gas can be changed by throttling the cooling gas circulation.

Anstatt einer Drosselregelung kann man auch Drallregler vor die Lüfter setzen, womit dann gleichzeitig eine fühlbare Verminderung der Lüfterarbeit erreicht wird, was dem Generatarwirkungsgrad bei Teillasten zugute kommt.Instead of a throttle control, you can also use a swirl regulator in front of the fan set, which then simultaneously achieves a noticeable reduction in fan work becomes, which benefits the generator efficiency at partial loads.

Ebenso ist es möglich, einen veränderbaren Nebenschluß zum Kühler anzuordnen. Auch ein Kurzschluß des Lüfters parallel zum übrigen Kreislauf ist zur Veränderung der Kühlung verwendbar.It is also possible to have a changeable shunt to the cooler to arrange. Also a short circuit of the fan parallel to the rest Circuit can be used to change the cooling.

Erfolgt die Bewegung .des Kühlgases im Generator durch einen oder :mehrere fremdangetriebene Lüfter, so kann zur Veränderung der Kühlung die Lüfterdrehzahl mit Hilfe irgendwelcher bekannter Mittel durch die Regelung gesteuert werden.If the cooling gas is moved in the generator by an or : several externally driven fans, the fan speed can be changed to change the cooling controlled by the regulation by any known means.

Im allgemeinen wird ein elektrischer Antrieb zu diesem Zweck, der einerseits kostspielige Regelmotoren erfordert, andererseits mit Störungsmöglichkeiten behaftet ist, wenig erwünscht sein. Man kann aber eine gewisse naturgegebene Selbstregelung unter Ausschaltung der Störungsmöglichkeiten einer elektrischen Übertragung dadurch erreichen, daß man eine kleine, schnell laufende Dampfturbine zwischen zwei Anzapfungen der den Generator antreibenden Hauptturbine schaltet und diese für den Antrieb der Lüfter verwendet.In general, an electric drive is used for this purpose, the on the one hand requires expensive control motors, on the other hand with the possibility of malfunctions is afflicted, be less desirable. But you can have a certain natural self-regulation thereby eliminating the possibility of interference with an electrical transmission achieve that you have a small, fast-running steam turbine between two taps the main turbine driving the generator switches and this for driving the Fan used.

Die Leistung der Hilfsturbine ändert sich bei dieser Anordnung etwa, proportional mit der Leistung der Hauptturbine. Ihre Drehzahl und damit die geförderte Gasmenge nimmt daher bei fallender Leistung der Hauptturbine ab; jedoch nicht im gleichen Verhältnis, sondern etwa proportional mit der dritten Wurzel derselben, da :die Strömungswiderstände der Luft quadratisch zurückgehen.The power of the auxiliary turbine changes with this arrangement approximately, proportional to the power of the main turbine. Your speed and thus the promoted The amount of gas therefore decreases when the power of the main turbine decreases; but not in same ratio, but roughly proportional to the third root of the same, da: the flow resistances of the air decrease quadratically.

Da aber auch die Verluste im Generator nicht proportional mit der Belastung sinken, sondern wesentlich schwächer, liegt hier in erster Annäherung eine natürliche Anpassung der Kühlung an die Belastung der Maschine vor. Sie wird zwar eine Regelung der Kühlung in Abhängigkeit von der Temperatur mit den vorhergenannten Mitteln nicht immer voll ersetzen können, jedoch als eine zusätzliche Regelung gute Dienste leisten. Auch hier tritt eine Verminderung der Kühlungsverluste bei Teillast ein, und bei Vollast braucht trotz der kleinen Hilfsturbine keine Verschlechterung gegenüber den üblichen Anordnungen einzutreten, weil getrennte Lüfter mit einem besseren Wirkungsgrad gebaut werden können als die üblichen auf der Maschinenwelle angeordneten Lüfter.But since the losses in the generator are not proportional to the Load decrease, but much weaker, is a first approximation natural adaptation of the cooling to the load on the machine. she will although a regulation of the cooling as a function of the temperature with the aforementioned Funds cannot always fully replace, but good as an additional scheme Render service. Here, too, there is a reduction in cooling losses at partial load one, and at full load does not need any deterioration despite the small auxiliary turbine to occur over the usual arrangements because separate fans with a better efficiency can be built than the usual ones on the machine shaft arranged fan.

Die eingangs erwähnten Relativbewegungen zwischen der Wicklung und dem Eisenkörper des Läufers treten naturgemäß am stärksten beim Anfahren der Maschine aus dem kalten Zustand ein. Sofern. man nicht in bekannter Weise auf ein solches Anfahren durch Vorwärmen des noch stillstehenden Generators verzichten will oder kann, ist es zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß die Temperatur des Läufers möglichst langsam ansteigt.The aforementioned relative movements between the winding and The iron body of the runner is naturally the strongest step when the machine starts up from the cold state. Provided. one does not in a known way on such a thing Or wants to do without starting by preheating the generator, which is still at a standstill can, it is advisable to ensure that the temperature of the rotor as possible slowly increasing.

Erfindungsgemäß kann dies dadurch geschehen, daß die Regelung der Kühlung so lange abgestellt und die Kühlung auf ihren Höchstwert eingestellt wird, bis die Regeltemperatur erreicht ist.According to the invention this can be done in that the regulation of the Cooling is switched off and the cooling is set to its maximum value, until the control temperature is reached.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method of protection against attrition of the insulation of the rotor winding in generators of great axial length due to unequal thermal expansion during operation through automatic control of heat dissipation depending on from the temperature of the runner, characterized by another from the temperature organ influenced by the stator, which regulates the cooling of the generator in the sense of a strengthening of the cooling intervenes when the temperature of the stator reaches a predetermined maximum value.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the regulation of heat dissipation by changing the amount of coolant and thus its mean temperature takes place.

3. The method according to claim 1, characterized in that that to regulate the heat dissipation of the heat transfer by changing the flow rate of the cooling gas in the generator is changed, using all known means, such as throttling, Twist control, opening a byway, can be used.

4. Procedure according to Claim 2 or 3, characterized in that when the cooling gas moves in the generator the speed of the fan (s) by one or more externally driven fans will be changed.

5. The method according to claim 4, characterized in that the drive the or the fan is carried out by an auxiliary turbine, which is between two taps the main turbine driving the generator is switched.

6. Procedure after a of the preceding claims, characterized in that the automatic control the cooling is switched off for so long when starting up the generator from a cold state and the cooling is set to its maximum value until the control temperature is reached is. Publications considered: German Patent Specifications Nrc. 310 692, 376 932, 657 880; 705 915, 707 093 Austrian Patent No. 123 755; Swiss U.S. Patent No. 217,044; British Patent Nos. 334 473, 352 020; »ETZ« 1936, p.610; "The Consulting Engineer", 1946, pp. 204/205;