Лекция 11. Вращающиеся электрические машины
Режимы работы этих самых вращающихся электрических машин, являющихся присоединениями к РУ, диктует правила включения их присоединений обратно в сеть. Или возможные переключения на резерв.
Режимы работы генераторов Пуск генератора
Если генератор (Г) потерять, то его долго вводить обратно в схему, потому что пуск СГ (синхронного генератора) – это 3 стадии:
Разгон ротора
Синхронизация
Набор нагрузки
Как можно раскрутить ротор генератора на АЭС?
Это можно сделать паром. Потихоньку выдвигать стержни поглотителя. Реактор начнёт греть воду или жидкий натрий. В последствии эта энергия перейдёт в цикл Ренкина. То есть во второй или в третий контур, или в первый, если это одноконтурная схема. В ПТУ. Пар попадёт на лопатки турбины. Вал турбины начнёт вращать вал Г. Начнётся разгон ротора. Все механизмы СН (собственных нужд) могут быть запитаны от энергосистемы.
Так же, как и на АЭС нет проблем с пуском и на ТЭЦ с циклом Ренкина.
А как насчёт ГТУ?
СГ используем в качестве двигателя. С помощью частотного преобразователя понижаем частоту сети до 1 Гц, 2, 3, 4, 5… Она плавно повышается. СГ работает, как синхронный двигатель, раскручивает газовую турбину и компрессор. А потом мощности турбины будет хватать, что крутить именно её силами.
На ГЭС?
Просто пускаем воду, и турбина крутится. Заслонками регулируется напор воды. Заслонки находятся вокруг турбины и называются «направляющий аппарат». Затворами со стороны верхнего бьефа операцию подачи воды мы не выполняем. Он либо открыт, либо закрыт.
Единственная установка, на которой тяжело пускать – ГТУ, то есть цикл Брайтона.
Но механически крутить – не значит запустить в работу. Мы её просто крутим. Ничего не вырабатывается. К моменту включения генераторного выключателя РУ должно быть готово. Присоединение должно быть включено в сеть.
Но перед включением необходимо сделать синхронизацию генератора с сетью.
Условия включения:
Совпадение частот
Совпадение фаз
Совпадение модулей напряжения
Если включить без выполнения условий, то потечёт уравнительный ток, если очень не повезёт, то он может быть больше тока КЗ. И он может разрушить обмотку статора. Кроме этого, он создаст настолько сильные силы Ампера, что генератор после их воздействия может физически развалиться. Или турбина может повредиться. Поэтому мы боимся включать генератор в противофазу и стараемся максимально уменьшить различие.
Первым делом подгоняются частоты. Её регулируем скоростью вращения ротора генератора. Это происходит с помощью стопорно-регулировочного клапана. Или напором воды в случае ГЭС. То есть регулировкой подачи рабочего тела на турбину.
Частоту генератора стараются сделать чуточку больше, чем частоту энергосистемы, потому при включении генератор начинает выполнять свою прямую роль, без разнообразных переходных процессов. Сразу будет выдавать активную мощность.
Синхроноскоп – прибор (очевидно для демонстрации синхронизации), в котором бегают огоньки или крутится стрелка. Когда эта стрелка подходит к закрашенному сектору. При этом событии, человек, действую с небольшим упреждением, должен реагировать. Если мы сделаем ровно 50 Гц, то она не будет вращаться и мы замучаемся ждать момента включения. Или будет двигаться очень, очень медленно, поэтому желательно сделать специальную дельту. Правило такое: полный оборот эта стрелка должна делать примерно за 20 секунд.
С развитием техники синхронизаторы становятся автоматическими. Но в большинстве случаев выглядят вот так:
Рис. 89. Колонка синхроноскопа
Дальше надо уравнять напряжение, мы это делаем током возбуждения генератора.
И последнее, мы выбираем нужную фазу. То есть момент, когда фаза будет 0. Речь не идёт о фазах А, В, С. Это называется фазировка. А мы говорим о том, что стрелка синхроноскопа должна подойти к определённой нулевой фазе и тогда мы включаем генератор в сеть.
После этого происходит самая длительная стадия, которая называется «набор нагрузки».
При увеличении расхода рабочего тела на турбину генератор не крутится быстрее.
Рис. 90. Нагрузочная характеристика
Ускоряющая мощность, как и угол между генератором и системой, шёл с нуля. Увеличивая мощность турбины, мы увеличиваем угол.
Рис. 91. Физический процесс происходящий при нагрузке генератора.
Холостой ход – это когда оси ротора и статора совпадают, и угол дельта равен нулю.
Рис. 92. Набор нагрузки
В дальнейшем, при увеличении расхода пара на турбину и угол смещается. Сила Ампера, начинает притормаживать эту штуку. Нам не нужно об этом заботиться, синхронная машина сделает всё сама. Она поменяла угол так, что у силы Ампера появляются две составляющие, одна тормозящая, вторая нейтральная.
Рис. 93. Сила Ампера
Насколько можно быстро нагружать турбину?
На ГЭС и на ГТУ можно нагрузить быстро. ПТУ дольше разгонять из-за того, что её необходимо прогревать. Потому что там толстые стенки нужные для удержания повышенного давления, порядка 240 атм. В сравнение с 16 атм. в ГТУ. И поэтому при резком нагреве ПТУ могут быть механические повреждения, к примеру в результате задеваний подвижных частей о неподвижные. На ПТУ такое большое давление, потому что нам необходима большая температура для большего КПД. Чем больше высшая и меньше низшая температура, тем больше КПД цикла Карно и Ренкина. Чтобы пройти по высокой изобаре на предельной для материалов температуре в 540 градусов.
АЭС нельзя после потери реактора сразу пускать из-за ксеноновой/йодной ямы. Которые поглощают нейтроны. Надо ждать пока пройдёт разотравление реактора.
Если потеряли Линию, то её можно быстро включить, если генератор, то на ГЭС быстро, на ГТУ медленнее, на ПТУ или АЭС долго.