ИЭ / 6 сем (станции+реле) / Наиважнейшие методические пособия / Учебное пособие_Электрическая часть станций и подстанций_2019

61

62

В таблице 2.4 «№ схемы» - номер типовой схемы РУ в соответствии с «СТО 56947007-29.240.30.010-2008 ПАО «ФСК ЕЭС». Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций 37-750 кВ. Типовые решения» [12]. Согласно документу схемы подстанций принято обозначать двумя цифрами, указывающими класс напряжения сети и номер типовой схемы (например, «220-12» означает выполнение РУ 220 кВ по схеме - одна рабочая секционированная выключателем и обходная система сборных шин).

Примеры типовых схем РУ под номерами 9Н, 12Н, 16, показаны на рис. 2.23. В этих схемах для повышения надежности применено увеличенное количество выключателей в цепях ответственных присоединений.

63

более одной цепи транзита, электроснабжение особо ответственных электроприемников 1-ой категории и устойчивость работы энергосистемы.

Отказ любого выключателя в РУ 330 кВ и выше не должен приводить к отключению более одного трансформатора и одной линии, если это допустимо по условиям устойчивости энергосистемы. Отказ любого выключателя в РУ 330 кВ и выше при ремонте другого выключателя не должен приводить к отключению более 1 трансформатора и двух линий, если при этом обеспечивается устойчивость энергосистемы.

Число одновременно отключаемых выключателей в пределах РУ одного напряжения должно быть не более 2 при повреждении линии, не более 4 при повреждении трансформаторов напряжением до 500 кВ и не более 3 при повреждении трансформаторов напряжением 750 кВ.

В настоящем разделе рассмотрены схемы распределительных устройств и области их применения. Структурные схемы, показывающие распределение генерирующих мощностей и нагрузки между РУ разных классов напряжений, характерные для электростанций и подстанций, технико-экономический анализ вариантов схем подробно рассмотрены в [8].

По материалам настоящего раздела проводятся проверочные работы. Примеры заданий для проверочных работ студентов даны в Приложении Б.

65

3. ОСНОВНОЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

3.1.СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

3.1.1.Общие сведения о генераторах

Вчисле основного оборудования электрических станций - синхронные генераторы трехфазного переменного тока. Синхронные генераторы предназначены для преобразования механической энергии паровой, газовой или гидравлической турбины, вращающей ротор генератора, в электрическую. У турбогенераторов первичным двигателем является паровая или газовая турбина, у гидрогенераторов - гидротурбина.

ВРоссии турбогенераторы изготавливают:

-завод «Электросила» ОАО «Силовые машины» (г. Санкт-Петербург»),

-ОАО «Привод» (г. Лысьва, Пермский край),

-НПО «Элсиб» (г. Новосибирск).

Мощность наиболее крупного паротурбинного агрегата с частотой вращения 3000 об/мин составляет 1200 МВт, выпускается ОАО «Силовые машины», типы генераторов для таких агрегатов:

-ТВВ-1200-2, ТВВ-1200-4 (проектируется) - водородно-водяное охлаждение (охлаждение дистиллированной водой обмотки статора и охлаждение водородом стали статора, обмотки ротора, конструктивных элементов);

-Т3В-1200-2А - полное водяное охлаждение (охлаждение дистиллированной водой обмотки и железа статора, обмотки ротора, конструктивных элементов). Предприятие выпускает также гидрогенераторы мощностью до 720 МВт.

Принцип работы синхронного генератора поясняет рис. 3.1. Ротор имеет две пары полюсов (количество полюсов: 2р=4). На роторе располагается обмотка возбуждения (ОВ), питаемая через контактные кольца и щетки от источника постоянного тока - возбудителя. Назначение ОВ – создание в машине первичного магнитного поля. Ротор с ОВ называется индуктором. Он приводится во вращение источником механической энергии - турбиной.

Ротор с ОВ вращается с частотой n. Постоянный ток, проходящий по ОВ, возбуждает магнитное поле ротора. Магнитное поле ротора (ОВ) перемещается относительно неподвижной обмотки статора, размещеной в пазах сердечника статора. Поток возбуждения Фв пересекает проводники обмотки статора, и в фазах этой обмотки индуцируется переменная ЭДС с частотой f: = , где n

66

– частота вращения ротора, об/с; p – число пар полюсов ротора; f – частота переменной ЭДС, Гц

Рис. 3.1 Поперечное сечение явнополюсного синхронного генератора. 1 – статор (якорь); 2 – ротор (индуктор); 3 – обмотка статора; 4 – обмотка

возбуждения

Так как частоту вращения ротора принято указывать в «об/мин», используется следующее выражение: = /60,

При присоединении генератора к электрической сети, трехфазная ЭДС обмотки статора создает в обмотке трехфазный ток.

Токи обмотки статора создают вращающееся со скоростью ротора магнитное поле. Это магнитное поле статора, вращается с той же частотой вращения, что и ротор, т.е. поля статора и ротора вращаются с одинаковой частотой синхронно, образуя общее вращающее поле. Таким образом, в синхронном генераторе оба поля: обмотки ротора, созданное постоянным током возбуждения и обмотки статора, созданное переменными токами трехфазной обмотки, оказываются взаимно неподвижными, вращающимися синхронно.

67

Поле статора оказывает воздействие на поле ротора и называется полем реакции якоря. Поэтому электрический генератор может работать и как двигатель, если к обмотке статора подвести трехфазный ток из сети. В результате взаимодействия магнитных полей статора и ротора, поле статора увлекает за собой ротор. Ротор вращается в ту же сторону и с такой же частотой вращения, как и поле статора.

Чем больше число пар полюсов, тем меньше должна быть частота вращения синхронной машины.

Синхронные машины делятся на явнополюсные, имеющие выступающие полюсы (рис. 3.1), и неявнополюсные, у которых ОВ не сосредоточенная, а распределенная по пазам в роторе (рис. 3.2).

Рис. 3.2 Ротор неявнолюсной машины Для гидрогенераторов характерны явнополюсные роторы с горизонталь-

ным и вертикальным валом. Частота вращения гидрогенератора зависит от частоты вращения гидротурбины, которая зависит от напора воды. Поэтому гидрогенераторы имеют больше число пар полюсов и являются тихоходными машинами. Например, гидрогенераторы Братской ГЭС имеют 24 пары полюсов.

Для турбогенераторов характерны неявнополюсные роторы с одной парой (3000 об/мин), реже двумя парами полюсов (1500 об/мин) и горизонтальным исполнением вала. Меньшая частота вращения применяется для турбогенераторов 1000 МВт, 1200 МВт. Это обстоятельство объясняется тем, что при меньшей частоте вращения вала турбины в цилиндре низкого давления могут быть применены лопатки большей длины, что позволяет пропускать больший объем пара, и, следовательно, увеличивать мощность турбины, которая ограничена механической прочностью лопаток последних ступеней турбины. Поэтому на атомных электростанциях с мощными энергоблоками используются турбогенераторы с двумя парами полюсов. Но в настоящее время проблема прочности лопаток решена, и энергоблоки мощности 1000 и 1200 МВт выполняются с турбогенераторами с одной парой полюсов.

3.1.2. Основные данные генераторов

Длительно допустимый режим работы электрической машины называется номинальным и характеризуется номинальными параметрами. К ним относятся:

68

-Uном - номинальное напряжение, кВ – линейное (междуфазное) напряжение обмотки статора в номинальном режиме;

-Iном - номинальный ток, А – то значение тока, при котором допускается длительная работа генератора при номинальных параметрах охлаждения (температура, давление, расход охлаждающей среды) и номинальных значениях мощности и напряжения;

-Sном - номинальная полная мощность, МВ∙А: ном = √3ном ном;

-ном - номинальная активная мощность, МВт: ном = ном ном;

-ном - номинальная реактивная мощность, Мвар: ном = ном ном;

-cos ном - номинальный коэффициент мощности.

Номинальные напряжения генераторов приняты на 5-10% выше номинальных напряжений соответствующих сетей, так учитывают потери напряжения при протекании тока по линиям. Согласно ГОСТ 533-2000 установлена шкала номинальных напряжений трехфазных синхронных турбогенераторов:

- – электромагнитная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока статора.

Схема соединения обмотки статора, как правило, выполняется по схеме звезды:

звезда с изолированной нейтралью; такая обмотка имеет 6 выводов (3 фазных, 3 нулевых);

69

для генераторов мощностью более 60 МВт обмотку статора выполняют в виде двух параллельных ветвей, четные и нечетные ветви соединяют в звезды, а нейтральные точки соединяют нулевыми проводниками; установка трансформатора тока в нулевой проводник позволяет выполнять поперечную дифференциальную защиту генератора от внутренних повреждений; обмотка имеет 9 или 12 выводов (6 фазных, 3 или 6 нулевых);

3.1.3. Системы охлаждения генераторов

Во время работы генератора его обмотки и активная сталь нагреваются, это является одной из главных причин старения изоляции обмоток. Чем выше температура нагрева, тем быстрее ухудшаются физические свойства изоляции, она высыхает, растрескивается, теряет изоляционные свойства (изнашивается), сокращается срок ее службы. Поэтому при эксплуатации генератора нельзя допускать нагрева обмоток выше допустимых температур, для этого генераторы снабжаются системами охлаждения.

Все генераторы выполняют с искусственным охлаждением. По способу отвода тепла от нагретых обмоток статора и ротора различают косвенное и непосредственное охлаждение. При косвенном охлаждении охлаждающий газ (воздух или водород) с помощью вентиляторов, встроенных в торцы ротора, подается внутрь генератора и прогоняется через немагнитный зазор и вентиляционные каналы. Охлаждающий газ не соприкасается с проводниками обмоток ротора и статора, и тепло передается газу через изоляцию обмоток. При непосредственном охлаждении охлаждающий газ или жидкость соприкасается с проводниками обмоток, сердечником магнитопровода. Для этого в них предусматриваются специальные каналы для циркуляции охлаждающего агента, который нагнетается в эти каналы вентиляторами или насосами.

К охлаждающим газам относятся воздух, водород, при этом содержание водорода должно быть не ниже 97% при косвенном охлаждении и 98% при

70