10 И 11 основной и пиковый подогреватели сетевой воды;
12 - потребители пара; 13,14,15 - питательные, конденсатные
и сетевые насосы; 16 –электрогенератор; 17 – конденсатор
Пар, выработанный в котельной установке 1, направляется в турбину 2, где совершает полезную работу, которая в генераторе 16 преобразуется в электрическую энергию. Отработавший в турбине пар направляется: 1) из нерегулируемых отборов 3 и 4 в систему регенеративного подогрева питательной воды 7 и 8; 2) из регулируемых отборов 4 в деаэратор 6 и систему внешнего теплоснабжения ТЭС, которая состоит из устройства отпуска пара внешним потребителям 9 и приема возвращаемого от потребителей конденсата, а также сетевой подогревательной установки 10 и 11, которой происходит нагрев воды, подаваемой потребителям 12 сетевыми насосами 15, 3) из турбины пар направляется в конденсатор 17, где конденсируется за счет циркуляции охлаждающей воды. полученный конденсат подается в систему подготовки питательной воды с помощью насосов 13, 14 и цикл повторяется.
5.6. Электрическая часть электростанций
Современная электроэнергетика базируется на трехфазном переменном токе с частотой 50 Гц и стандартным напряжением: 127, 220, 380, 660 В и 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 кВ. Применение трехфазного переменного тока объясняется экономической эффективностью установок и сетей, возможностью трансформации и передачи электроэнергии на большие расстояния, а также применения надежных, простых и экономичных асинхронных электродвигателей.
Электрическая часть каждой электростанции характеризуется схемой электрических соединений, на которой условными обозначениями нанесены все агрегаты, аппараты и электрические соединения между ними. Схемы электрических соединений разделяются на две части: 1) главные схемы или первичные цепи, по которым электроэнергия передается от генераторов к электроприемникам и 2) схема вторичных цепей, которые используются для соединения и питания релейной защиты, автоматики, приборов учета, контроля и управления.
Главные схемы электростанций выполняются, как правило, однолинейными, для одной фазы, что упрощает и придает им наглядность. На однолинейных схемах все элементы первичной цепи показываются в обесточенном состоянии. При выборе схемы электрических соединений электростанций руководствуются следующими соображениями. Если более 75% мощности станции передается в энергосистему, тогда целесообразно применение схемы блока "генератор-трансформатор", при которой генератор соединяется непосредственно с трансформатором без промежуточных звеньев. В блочных схемах мощность трансформаторов должна быть равна мощности генераторов, а их количество равно числу генераторов. В установках свыше 150 кВт к одному трансформатору могут быть подключены два генератора станции.
Если нагрузка потребителей местного района и собственных нужд станции превышает 25% установленной мощности генераторов, тогда целесообразна схема, имеющая сборные шины генераторного напряжения, которые служат для приема и распределения электроэнергии от всех генераторов электростанции. В этом случае для связи с системой предусматривается установка двух трансформаторов суммарной мощностью, равной или несколько большей передаваемой в систему мощности. На рис.5.5 приведена однолинейная схема электрических соединений ТЭС небольшой мощности.
Для генерации электроэнергии на тепловых электростанциях применяют синхронные генераторы трехфазного переменного тока, первичным двигателем которых могут служить двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины. Все современные турбогенераторы имеют скорость вращения n = 3000 об/мин, число пар полюсов p = 1 и частоту f = n/60p = 50 Гц. Роторы генераторов выполняются с неявно выраженными полюсами в виде цельных поковок из легированной стали. В роторе имеются пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения. Сердечник статора набирают из тонких стальных листов с пазами, в которые укладывают обмотку. Синхронные генераторы электростанций характеризуются следующими номинальными параметрами: 1) напряжением (Uн, кВ), которое устанавливается на 5% выше номинального напряжения электрических сетей; 2)мощностью, определяемой как длительно допустимая нагрузка по температуре нагрева обмоток и стали:
Sн = Uн Iн, кВА, (5.34)
где Iн - номинальный ток статора, А;
3) частотой трехфазного переменного тока f = 50 Гц; 4) коэффициентом мощности cos = 0,8-0,9 и 5) коэффициентом полезного действия = 96,5-98,2%.
Рис. 5.5. Принципиальная однолинейная схема электрических
соединений станции: 1 - линии электропередачи (ЛЭП1 и 2);
2 - разъединители Р1-Р11; 3 - выключатели В1-В6; 4 – сборные
шины; 5 - предохранители Пр; 6 - измерительный трансформатор
напряжения ТН и 7 - измерительные трансформаторы тока ТТ1-ТТ4;
8 - силовые трансформаторы Тр1-Тр2; 9 – электрические генераторы Г1-Г2;
10 - линии электропередачи собственных нужд
Во время работы синхронного генератора его обмотки нагреваются. Для того чтобы температура нагрева не превышала допустимых значений, все турбогенераторы выполняются с искусственным охлаждением. Существует две системы охлаждения: 1) поверхностное, при котором охлаждающий газ (воздух или водород) с помощью вентилятора подается внутрь генератора через воздушный зазор и вентиляционные каналы и не соприкасается с обмотками статора и ротора; 2) внутреннее, при котором охлаждающее вещество (газ или жидкость) непосредственно соприкасаются с проводниками обмоток генератора. Отечественные турбогенераторы выпускаются с воздушным, водяным и водородным охлаждением. Чем эффективней система охлаждения, тем больше может быть мощность генератора при тех же габаритах. Так, переход от воздушного охлаждения к водяному позволяет увеличить мощность генератора в 4 раза.
Для преобразования напряжения трехфазного электрического тока на электростанциях устанавливают силовые трансформаторы, которые изготавливаются понижающими и повышающими напряжение, двух- и трех обмоточными, трех и однофазные. Наибольшее распространение получили трехфазные двух обмоточные трансформаторы, у которых мощность из первичной обмотки низкого напряжения (НН) электромагнитным путем передается в обмотку высокого напряжения (ВН), при этом происходит увеличение напряжения. Повышение напряжения обеспечивает передачу электроэнергии на большие расстояния с минимальными потерями. Поэтому такие трансформаторы устанавливаются в линиях связи электростанций с энергосистемой и в блоках "генератор-трансформатор".
Конструкция силовых трансформаторов во многом определяется системой охлаждения обмоток. Большинство трансформаторов имеет масляное охлаждение - естественное, с дутьем и естественной циркуляцией, с дутьем и принудительной циркуляцией масла через радиаторы, развитая поверхность которых обеспечивает эффективный отвод тепла. Чем эффективней система охлаждения, тем больше может быть мощность трансформатора. Трансформаторы характеризуются следующими параметрами: 1) номинальное напряжение первичной и вторичной обмотки - это напряжение между выводами при холостом ходе трансформатора; 2) номинальная мощность - это мощность нагрузки при номинальной температуре охлаждающей среды и максимальным превышением температуры обмоток над охлаждающей средой не более 65C, 3) номинальный ток любой обмотки трансформатора определяется по ее номинальной мощности и номинальному напряжению.
Кроме силовых трансформаторов, на электростанциях устанавливаются понижающие трансформаторы для питания собственных нужд (ТСН), а также измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН), которые служат для питания контрольно-измерительных приборов и схем релейной защиты и автоматики. Эти трансформаторы снижают напряжение, отделяют цепи высокого и низкого напряжения, что обеспечивает их безопасное обслуживание.
Соединение аппаратов в электрической установки станции между собой осуществляется неизолированными проводами и шинами, изолированными проводами и кабелями. В распределительных устройствах электростанций благодаря простоте монтажа, высокой экономичности и надежности наибольшее распространение получили жесткие и гибкие шины. в установках генераторного напряжения в зависимости от расчетного тока нагрузки применяют жесткие одно-, двух- и трех полосные алюминиевые шины. В открытых распределительных устройствах применяют гибкие шины, выполненные из алюминиевых или сталь алюминиевых проводов. Для крепления шин и изоляции их от заземленных частей применяются опорные, проходные и подвесные изоляторы, выполненные из электроизоляционного фарфора или специальных полимеров. Изоляторы для наружной установки имеют развитую ребристую поверхность, благодаря чему сохраняется необходимая электрическая прочность при атмосферных осадках.
Для соединения отдельных элементов на электростанциях широко используют трех- и четырехжильные кабели. Кабели имеют токоведущие жилы одно- или многопроволочные из меди или алюминия, изолированные бумажными лентами, резиной или поливинилхлоридной оболочкой. Кабели, как правило, имеют общую поясную изоляцию, оболочку или бронирование стальной лентой.
В электроустановках напряжением свыше 1000 В цепи присоединяются к сборным шинам через разъединители и выключатели высокого напряжения. Выключатели служат для включения и отключения электрических цепей высокого напряжения под нагрузкой, а также для их отключения в аварийных режимах, например, при коротких замыканиях. Они должны за минимальное время отключить цепь при коротких замыканиях, чтобы не допустить развития аварии. Поэтому основной характеристикой выключателя является его отключающая способность, т.е. наибольший ток, который он способен надежно отключить. По конструкции и способу гашения электрической дуги различают воздушные, масляные боковые, маломасляные, вакуумные и элегазовые выключатели. В сетях 6-10 кВ наибольшее распространение получили маломасляные и вакуумные, а в сетях свыше 10 кВ - элегазовые выключатели. Контактная система каждой фазы выключателя вместе с гасительной камерой, как правило, помещается бак цилиндрической формы с трансформаторным маслом или в специальную камеру, которая заполняется газовой смесью или в ней создается вакуум. Здесь масло, вакуум или газ служат для гашения электрической дуги за 0,015-0,025 сек., что гарантирует сохранность оборудования и ЛЭП при возникновении аварийных ситуаций. Отключение выключателя происходит под действием релейной защиты с помощью специального механизма. Достоинствами этих выключателей являются небольшой вес и размеры, надежность и удобство эксплуатации.
Кроме выключателей в цепях высокого напряжения устанавливаются разъединители, которые предназначены для отключения и включения цепей при отсутствии в них тока. По конструкции разъединители напоминают рубильники и в отключенном состоянии создают видимый разрыв цепи тока, обеспечивая тем самым безопасность проведения ремонтных работ в электроустановках свыше 1000 В. На отходящих линиях электропередачи, кроме шинных, устанавливаются и линейные разъединители, отключение которых не позволяет подать напряжение к месту работы по линии электропередачи. Для защиты линий электропередачи собственных нужд электростанций предназначены предохранители. Основным элементом предохранителя является плавкая вставка, включаемая в рассечку с защищаемой цепью, сгорание которой при перегрузке или коротком замыкании приводит к отключению поврежденного элемента. Для облегчения гашения дуги плавкая вставка выполняются из ряда параллельных проволок малого сечения или тонких медных пластин, помещенных в фарфоровый корпус и засыпанных кварцевым песком.
Бесперебойное снабжение потребителей может быть обеспечено только при правильно выбранной схеме электростанции. Основными требованиями, предъявляемыми к схемам, являются надежность работы установок, гибкость схемы, удобство оперативных переключений и вывода в ремонт оборудования, что обеспечивает экономичность и надежность работы электростанций.