3. Определение нагрузок и расхода электроэнергии

Рассмотрим технико-экономические показатели, определяемые из графиков нагрузки.

Площадь ограниченная кривой графика активной нагрузки (рис. 1.4), численно равна произведенной или потребленной электроустановкой за рассматриваемый период:

ступенчатый график ,

непрерывный график

где P_i – мощность i-й ступени графика; Т_i – продолжительность ступени.

Средняя нагрузка установки за рассматриваемый период (сутки, год) равна:

,

где Т – длительность рассматриваемого периода; W_п – электроэнергия за рассматриваемый период.

Степень неравномерности графика работы установки оценивают коэффициентом заполнения:

.

Коэффициент заполнения графика нагрузки показывает, во сколько раз выработанное (потребленное) количество электроэнергии за рассматриваемый период (сутки, год) меньше того количества энергии, которое было выработано (потреблено) за то же время, если бы нагрузка установки все время была максимальной. Очевидно, что чем равномернее график, тем ближе значение К_зп к единице.

Для характеристики графика нагрузки установки можно воспользоваться также условной продолжительностью использования максимальной нагрузки.

Эта величина показывает, сколько часов за рассматриваемый период Т (обычно год) установка должна была бы работать с неизменной максимальной нагрузкой, чтобы выработать (потребить) действительное количество электроэнергии W_п за этот период времени. Определение величины Т_max можно проиллюстрировать на примере рис. 1.3.

В практике применяют также коэффициент использования установленной мощности К_и.

Коэффициент использования К_и характеризует степень использования установленной мощности агрегатов. Очевидно, что К_и < 1, а Т_уст < Т. С учетом соотношения Р_уст  Р_max имеем К_и К_зп.

,

В среднем для энергосистем Советского Союза продолжительность пользования установленной мощности электростанций составляет около 5000 часов в год.

Раздел 3.

1. Синхронные генераторы лекция 3.

Тема 9 (2 часа).

План

1. Принцип действия, устройство, основные параметры генераторов

2. Системы охлаждения, возбуждения.

1. Принцип действия, устройство, основные параметры генераторов

Электроснабжением промышленного предприятия называется комплекс устройств по приему из энергетической системы, производству на собственной электростанции, преобразованию, распределению и потреблению электрической энергии.

Производство электроэнергии на собственных электростанциях в настоящее время редко. Его необходимость диктуется:

1. Значительной потребляемой мощностью тепловой энергии, в виде пара, или подогретой воды, и высокой эффективностью попутной выработки электроэнергии.

2. Эффективностью использования вторичных энергетических ресурсов, например, доменного газа на предприятиях черной металлургии.

3. Необходимостью резервного питания для ответственных потребителей (второй источник питания).

4. Большой удаленностью некоторых предприятий от энергосистемы.

Основным элементом электростанции является трехфазный синхронный генератор G, вращающийся от паровой, газовой или водяной турбины Т (рис.1.1) и вырабатывающий электроэнергию напряжением U и частотой f.

Рис. 1.1. Схема синхронного генератора

Частота переменного тока, вырабатываемого генератором, определяется по формуле

(1.1)

где р – число пар полюсов обмотки статора генератора; п – скорость вращения ротора генератора, об/мин.

При одной паре полюсов (р = 1) для обеспечения промышленной частоты (f = 50 Гц) необходимо

об/мин.

Изменение скорости вращения осуществляется изменением подачи движущего материала: пара, воды, газа Q, м³/ч.

Напряжение на зажимах генератора

(1.2)

где U₀ – коэффициент пропорциональности, В/А; I_f – ток возбуждения генератора, А.

Изменение тока возбуждения генератора, а следовательно, и напряжения на его зажимах осуществляется изменением тока возбуждения возбудителя G_f в его обмотках GF реостатом R.

. Роторы таких генераторов выполняются с неявно выраженными полюсами в виде цельных поковок из высококачественной легированной стали. В роторе фрезерованы пазы, в которые укладывают обмотку возбуждения.

Сердечник статора выполняют из тонких стальных листов, которые набирают пакетами с каналами для вентиляции. Во внутренней части пакетов имеются пазы, в которые укладывают обмотку статора.

Турбогенераторы выполняют исключительно с горизонтальным валом, в то время как гидрогенераторы средней и большой мощности имеют обычно вертикальное расположение вала, явнополюсной ротор и относительно низкую скорость вращения в пределах 100—750 об/мин., что объясняется конструктивными особенностями гидротурбин.

Номинальные параметры генераторов. Каждый синхронный генератор характеризуется следующими основными номинальными параметрами: напряжением, мощностью, током статора, током ротора, частотой, коэффициентом мощности — cos φ и КПД.

Номинальным напряжением генератора называют то напряжение, при котором он предназначен для нормальной работы. ГОСТ устанавливают номинальные напряжения генераторов на 5 % выше соответствующих номинальных напряжений электрических сетей для компенсации потерь напряжения в сетях при их нормальной нагрузке.

Номинальная мощность генератора определяется как длительно допустимая нагрузка при определенной расчетной температуре охлаждающего вещества (газа или жидкости) и длительно допустимой температуре нагрева обмотки и стали статора и обмотки ротора.

Для трехфазного генератора номинальная активная мощность определяется по формуле

P_ном = U_ном I_{ном ном}.

Номинальная полная мощность генератора определяется по формуле

S_ном = U_ном I_ном .

Номинальная реактивная мощность генератора определяется из треугольника мощностей по формулам

φ

Q_рном = S_{ном ном}

Q_рном = P_{ном ном}.

Для номинальных активных мощностей турбогенераторов ГОСТом установлен стандартный ряд от 2,5 до 1200 МВт. Мощности гидрогенераторов оптимизированы по конкретным значениям напоров и расходов воды на ГЭС и ГАЭС.

Номинальный ток статора определяется по формуле

Номинальный ток ротора — это ток возбуждения генератора, при котором обеспечивается отдача генератором его номинальной мощности.

Номинальный коэффициент мощности — cos φ у большинства синхронных генераторов равен 0,8 и 0,85. У генераторов мощностью 800—1200 МВт он равен 0,9.

Коэффициент полезного действия характеризует генератор при номинальной нагрузке и номинальном коэффициенте мощности. У современных турбогенераторов номинальный КПД колеблется в пределах 97,5—98,9 %. Чем мощнее генератор, тем выше его КПД. С уменьшением нагрузки и коэффициента мощности КПД генератора уменьшается.