1.8Вопросы по дисциплине «Электрические станции и подстанции»

1. Гидрогенераторы: типы и конструкции основных узлов.

Гидрогенератор – это синхронная электрическая машина трехфазного тока, приводимая во вращение гидротурбиной и преобразующая механическую энергию турбины в электрическую.

Генератор состоит из - статора, включающего в себя корпус и сердечник с обмоткой, а также вращающегося ротора, в составе которого: остов, спицы, обод и полюса.

Сердечник статора (активное железо) имеет пазы, в которые уложена обмотка статора. На внешней стороне обода ротора прикреплены полюсы ротора. Катушки полюсов соединены между собой и образуют обмотку возбуждения. В эту обмотку подается постоянный ток- ток возбуждения генератора.

По расположению вала генераторы подразделяются на вертикальные и горизонтальные.

Электроэнергия вырабатываемая генератором, снимается с главных выводов обмотки статора. В зависимости от конструкции опирания ротора генераторы подразделяются на подвесные и зонтичные.

В гидрогенераторе подвесного типа подпятник находится над ротором, в верхней опорной крестовине, а в гидрогенераторе зонтичного типа он находится под ротором, в нижней опорной крестовине. Подвесное исполнение гидрогенератора обеспечивает ему более высокую механическую устойчивость и более свободный доступ к подпятнику и другим частям агрегата, а зонтичное исполнение позволяет уменьшить массу агрегата, снизить его высоту.

Основными параметрами генератора являются:

- cosφ

-активная мощность (Рн) зависит от величины расхода воды, поступающей на РК

-полная мощность (Sн)

- Реактивная мощность Q= Sн*sinφ

-частота вращения n=60f/р р-число пар полюсов ротора генератора

- напряжение генератора

- ток статора генератора

- КПД

-ток ротора

2. Пуск гидрогенератора, способы включения в сеть. Режимы. Регулирование активной и реактивной мощность гидрогенераторов.

Пуск гидроагрегата

Автоматический пуск агрегата производится по команде с ЦПУ ключом, либо от реле частотного пуска (при снижении частоты в энергосистеме до 49.4 Гц). После подачи команды на автоматический пуск агрегата выполняются операции в следующей последовательности:

Команда пуск с ЦПУ→Подача воды на подпятник, Напр. Аппарат открывается до пускового открытия 30%→Агрегат начинает вращаться→при n=50% включается соленоид х.х., направляющий аппарат прикрывается до х.х. турбины→при n=95% включается возбуждение→подается вода на кондиционеры, вступает в работу АПЧ, вступает в работу автосинхронизатор, вступает в работу ПУН→включается генераторный выключатель.

Режимы работы гидрогенераторов

Генератор может работать в режиме синхронного компенсатора с целью регулирования реактивной мощности в энергосистеме. В этом режиме для компенсации сдвига фаз между током и напряжением и регулирования напряжения в ЛЭП генератор переводится в двигательный режим, вырабатывая или потребляя реактивную мощность.

Под режимами генератора подразумевают такие режимы, в которых он может длительно работать без ограничений. К нормальным относятся все режимы с неполной нагрузкой и режимы с переменной нагрузкой при условии, что в процессе изменения нагрузки параметры генератора не отклоняются за пределы допустимых значений.

Анормальные режимы работы в СГ:

• перегрузка (в нормальном режиме ограничена техническими характеристиками; в аварийном режиме возникает при кз, форсировки возбуждения, выпадения из синхронизма. В таких режимах возможен перегрев обмоток, а также механические повреждения.) Перегрузки генераторов по току статора и ротора. Длительная перегрузка генераторов и синхронных компенсаторов по току сверх допустимых значений не допускается.

• асинхронный режим (возникает при потере возбуждения. ЭМ момент уменьшается. Момент турбины начинает ускорять ротор. Генератор выпадает из синхронизма, машина должна быть аварийно отключена от сети.)

• несимметричный режим (возникает при отключении, обрыве фазы. Токи нулевой последовательности вызывают дополнительный нагрев, вибрацию. Токи обратной посл-ти создают поле, благодаря которому в обмотке ротора, создаются токи повышенной частоты, они создают индукционный нагрев частей Г.)

Условия включения на параллельную работу

На электрических станциях устанавливают несколько генераторов, которые отдают свою энергию на общие шины, т.е. работают параллельно. В этом случае в зависимости от потребной мощности включают на работу такое количество генераторов, чтобы каждый из них был полностью загружен. Синхронные трехфазные генераторы можно включить на параллельную работу, если выполнены следующие условия:

1. Напряжения работающего и подключаемого генератора равны

2. Частоты генераторов равны

3. Генераторы имеют одинаковый порядок чередования фаз: А1,В1,С1; А2,В2,С2.

Если напряжения генераторов не равны, то в обмотках генераторов возникает уравнительный ток. Уравнительный ток создает потери на нагрев обмоток статора.

Регулирование реактивной мощности в энергосистемах имеет такое же важное значение, как и регулирование активной мощности. Реактивная мощность необходима для создания магнитных полей во многих электротехнических устройствах, работающих в энергосистеме. Регулирование реактивной мощности позволяет повысить перегрузочную способность этих устройств, поддерживать постоянство напряжения в сети, снизить ее перетоки по линиям и тем самым обеспечить устойчивую и экономичную работу энергосистемы. В режиме ХХ СМ по обмотке возбуждения протекает ток , соответствующий по характеристике холостого хода напряжению сети . Увеличим ток возбуждения , тогда модуль ЭДС возрастет и возникнет ток .

Изменение тока возбуждения синхронной машины обуславливает изменение в обмотке якоря реактивного тока и, следовательно, происходит регулирование реактивной мощности.

Синхронная машина, загруженная только реактивным током и не несущая активной нагрузки, называется синхронным компенсатором. Регулирование реактивной мощности возможно при работе синхронной машины в режимах генератора и двигателя. В генераторном режиме при увеличении тока возбуждения синхронная машина отдает в сеть реактивную мощность, а при уменьшении тока возбуждения потребляет из сети реактивную мощность.

При увеличении тока возбуждения синхронный двигатель отдает в сеть реактивную мощность, а при уменьшении - потребляет реактивную мощность. Активная мощность при этом как в двигательном, так и в генераторном режимах, не меняется.

Возможность плавного регулирования реактивной мощности в широких пределах является важным преимуществом синхронных машин перед асинхронными.

Мощность, отдаваемая статором трехфазного генератора, выражается обычной формулой:

где U и I – фазные значения напряжения и тока. Эта мощность равна мощности P₁, переданной через вал генератору первичным двигателем, за вычетом потерь p в самом генераторе:

При неизменных значениях E и U любое изменение активной мощности возможно только с соответствующим изменением угла θ.

Действительно, изменение P при этих условиях связано с изменением I, а следовательно, и произведения Ix. Вектор U постоянен по величине и направлению, а вектор E, оставаясь неизменным по величине, должен будет переместиться: угол θ возрастет (при увеличении P) или уменьшится (при снижении P).

При холостом ходе (P = 0) роторный магнитный поток (потока якоря нет, Ф_a = 0) симметрично замыкается по ротору и статору.

Таким путем приходим к важному выводу: изменение активной нагрузки синхронного генератора, работающего в системе при U = const и f = const, достигается соответствующим изменением действующей мощности первичного механического двигателя (увеличением или уменьшением подачи пара в паровой турбине, воды – в гидравлической).

Общая суммарная нагрузка всех генераторов системы определяется в каждый момент времени суммарным спросом потребителей. Поэтому увеличение нагрузки одного генератора должно сопровождаться соответствующим снижением ее у какого-либо другого (или у нескольких других) – уменьшением подачи в турбины пара или воды. Если этого не делать, то может нарушиться равновесие между суммарной действующей мощностью всех первичных двигателей системы и общей ее нагрузкой, определяющей величину суммарной электромагнитной мощности всех ее генераторов. Это будет иметь следствием изменение чисел оборотов всех агрегатов и частоты тока в системе: если суммарная действующая мощность первичных двигателей превысит суммарную электромагнитную мощность всех генераторов системы – частота повысится, при обратном соотношении – понизится.