книги из ГПНТБ / Церазов, А. Л. Электрическая часть тепловых электростанций учебник

потери напряжения в сети: изменением коэффициентов трансформации силовых трансформаторов (или приме­ нением вольтодобавочных трансформаторов), изменени­ ем величины передаваемой реактивной мощности, изме­ нением индуктивного сопротивления линии последова­ тельным включением емкости (установки продольной компенсации) и др.

1-2. РЕЖИМ НАГРУЗОК ПОТРЕБИТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Основной особенностью работы электрических систем является одновременность процесса производства и по­ требления электрической энергии. Небаланс между сум­ марной мощностью, генерируемой электрическими стан­ циями, и суммарной мощностью, потребляемой в систе­ ме, не может существовать. Нарушение этого баланса приводит к тому или иному расстройству работы систе­ мы. Для правильного ведения режима работы электри­ ческих систем необходимо знать графики потребления

Рис. 1-3. Примеры суточных графиков потребления активной мощ­ ности различными потребителями.

а — освещение жилых помещений; б —уличное освещение; в — общее потребле­

10

Рис. 1-4. Суточный график активной нагрузки электрической системы,

а — показатели графика; б — примерное распределение активной нагрузки си­ стемы между электростанциями.

мощности отдельными потребителями, узлами нагрузки, в системе в целом. Ежегодные тщательные наблюдения позволяют на основе статистических данных заранее го­ товить источники активной и реактивной мощности к ожидаемой выдаче мощности.

Для примера на рис. 1-3 приведены суточные графи­ ки потребления активной мощности освещением жилых домов, уличным освещением, городом с населением до 250 тыс. чел. (график, учитывающий все виды электро­ потребления такого города). Всем графикам свойственно неравномерное потребление мощности в течение суток. Графики потребления активной мощности промышленны­ ми предприятиями могут сильно отличаться друг от дру­ га на почве разной сменности (односменное, двухсмен­ ное и трехсменное) и разного характера технологическо­ го процесса (рис. 1-3,г—е). Резкими скачками характер­ но потребление активной мощности электрифицирован­ ным транспортом. Стабильным потреблением в течение суток отличаются химические предприятия.

Наибольшую мощность по суточному графику дли­

Площадь, ограниченная суточным графиком, представ­ ляет собой электроэнергию, выданную за сутки станцией

(или потребленную потребителем), Л = S Pitг.

11

При этом среднесуточная мощность будет представ­ лять собой

сутки, за год, если анализируется годовой график на­ грузки), которое требовалось бы работать с максималь­ ной мощностью, чтобы обеспечить то количество элек­ трической энергии, которое характеризуется заданным

мя работы, характеризуемое графиком мощности (24 ч,

где Руст — суммарная установленная мощность всех агре­ гатов, включая резервные на характеризуемом объекте, кВт.

Изменение в течение суток мощности потребителей приводит к необходимости распределять эту мощность между станциями системы. В системе такое распреде­ ление осуществляется так, чтобы, обеспечив мощностью всех потребителей, получить наименьший расход топлива на выработку электроэнергии. Возможность такого целе­ сообразного распределения нагрузок между станциями обеспечивается их совместной, параллельной работой на

12

общую сеть и составляет одно из самых важных досто­ инств объединения электрических станций в систему. На рис. 1-4,6 приведен условный пример распределения су­ точного графика мощности между станциями. В базовой части графика 1, не изменяя своей мощности, работают крупные конденсационные станции с мощными агрега­ тами (ведущие частоту в системе), атомные станции, ги­ дростанции, не имеющие водохранилищ, гидростанции в период паводка (чтобы не делать холостого сброса воды). Часть графика, отмеченная цифрой 2, может пе­ редаваться ТЭЦ, работающим по вынужденному графи­ ку, обусловленному графиком теплового потребления. Выработка мощности в период пиков 4 и 5 поручается гидростанциям, обладающим водохранилищами суточно­ го регулирования. Участок 3 графика распределяется между агрегатами конденсационных станций небольшой и средней мощности (понятия относительные в услови­ ях конкретных систем) и теплофикационными агрегата­ ми, работающими в конденсационном режиме. Здесь рас­ пределение нагрузки производится не только между станциями, но и между отдельными агрегатами по усло­ вию наименьшего расхода суммарного топлива в си­ стеме.

1-3. ПАРАМЕТРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

В 1967 г. в СССР впервые в мировой практике был ут­ вержден ГОСТ, определяющий значения показателей ка­ чества электрической энергии (ГОСТ 13109-67 «Нормы качества электрической энергии у ее приемников, при­ соединенных к электрическим сетям общего назначе­ ния»). Главнейшие из них для трехфазных систем сле­ дующие.

О т к л о н е н и е ч а с т о т ы — разность, усредненная за 10 мин, между фактическим значением основной часто­

в процессе достаточно быстрого изменения параметров режима, когда скорость изменения основной частоты не меньше 0,2 Гц в секунду. Допускается не более 0,2 Гц сверх отклонения частоты.

13

О т к л о н е н и е н а п р я ж е н и я V — разность между фактическим значением напряжения U и его номиналь­

Если V выражается в процентах номинального на­ пряжения, а [/ и [/ном в вольтах или киловольтах, то

+ 10%, на зажимах остальных приемников ±5% . В послеаварийных режимах допускается дополнительное сни­ жение напряжения на 5%.

К о л е б а н и е н а п р я ж е н и я Vt — разность между наибольшим [ / макс и наименьшим UMин действующими значениями напряжения в процессе достаточно быстрого изменения параметров режима, когда скорость измене­ ния напряжения не меньше 1 % в секунду. По абсолют­ ной величине

Допускается на зажимах осветительных ламп и ра­ диоприборов Vt — 1+Q/n, где п — число колебаний в час; для остальных приемников электроэнергии колебания напряжения не нормируются.

Н е с и м м е т р и я т р е х ф а з н о й с и с т е м ы н а ­ п р я ж е н и й характеризуется величиной напряжения обратной последовательности основной частоты t/_i. Абсолютная величина

оператор поворота вектора на 240° (или на —120°).

14

Допускается до 2% для любого приемника электри­ ческой энергии. На зажимах асинхронных двигателей допускаемое значение напряжения обратной последова­ тельности (больше 2%) определяется влиянием откло­ нения напряжения прямой последовательности основной частоты, составом высших гармоник в несинусоидаль­ ном напряжении и величиной нагрузки на валу (п. 17 приложения к ГОСТ 13109-67).

Н е с и н у с о и д а л ь н о с т ь ф о р м ы к р и в о й н а ­ п р я ж е н и я характеризуется:

а) составом высших гармоник, каждая из которых определяется действующим значением

б) действующим значением всех высших гармоник,

равным I / U2^ , где предполагается отсутствие чет-

7=3

ных гармоник.

Допускается 5% действующего значения напряжения на зажимах любого приемника электрической энергии.

Здесь следует заметить, что если для приемника элек­ трической энергии высшие гармоники напряжения -сами по себе не оказывают отрицательного влияния, их нали­ чие дает неправильное представление о напряжении пер­ вой гармоники при контроле уровня напряжения по вольтметрам (без приборов гармонического анализа),

потому что U+1

Снижение напряжения прямой последовательности основной частоты может быть весьма опасным, напри­ мер, для работы асинхронных двигателей.

1-4. ПРЕИМУЩЕСТВА ОБЪЕДИНЕНИЯ СТАНЦИИ В СИСТЕМУ

Объединение всех потребителей электроэнергии в еди­ ную электрическую систему приводит к выравниванию графика нагрузки, что дает возможность более полно использовать оборудование электрической системы, уста­ новленную мощность электростанций, которая должна

15

быть рассчитана на максимальную мощность нагрузки. Объединение всех электростанций в систему позволя­ ет обеспечить быструю, маневренную взаимопомощь меж­ ду разными станциями при изменении нагрузки систе­ мы, аварийных повреждениях ее эледтентов. Работа элек­ трических станций на общую сеть, а не на отдельных потребителей электроэнергии дает возможность концен­ трировать производство электроэнергии, внедрять мощ­ ные наиболее экономичные энергетические агрегаты, об­ легчает управление работой системы, ее автоматизацию и кибернетизацию.

Централизованное распределение электроэнергии и концентрированное ее производство снижают капиталь­ ные затраты на единицу установленной мощности, экс­ плуатационные расходы и себестоимость электроэнер­ гии, позволяют форсировать развитие электроэнергетики.

Решение энергетических задач в рамках развития энергосистем позволяет комплексно подходить к исполь­ зованию топливных, водноэнергетических и иных ресур­ сов с учетом влияния производства электроэнергии на окружающую биосферу. Поэтому электрическая станция при проектировании, сооружении и эксплуатации долж­ на всегда рассматриваться как элемент большой элек­ трической системы и все решения по ее структуре, начиная с мощности агрегатов и, кончая устройствами регу­ лирования, схемой электрических соединений ее отдель­ ных элементов, должны приниматься с учетом общеси­ стемного подхода к этой станции как элементу большой и сложной системы. Это важнейшее обстоятельство чи­ татель должен иметь в виду постоянно при изучении всех разделов данного учебника.

Гла в а в т о ра я

СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

2-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В наиболее распространенных конструкциях мощных синхронных электрических машин на неподвижной части машины (статоре) располагается трехфазная обмотка переменного тока. Обмотка статора закладывается в па­ зы активной стали статора, набранной из пластин элек­ тротехнической стали (рис. 2-1,а).

На вращающейся части синхронной машины (рото­ ре) располагается обмотка возбуждения, питаемая по-

16

Число пар полюсов связано с частотой переменного тока и частотой вращения ротора синхронной машины следующим образом:

богенераторы и синхронные двигатели, имеющие частоту

Увеличение бочки ротора сопряжено с трудностями со­ здания больших поковок необходимой механической прочности.

Максимальная длина бочки ротора ограничивается величиной 6,5 м, общая длина ротора с валом между подшипниками 12 м. Последнее определяется необходи­ мостью уменьшения прогиба вала ротора и удаления критической частоты вращения ротора от номинальной частоты вращения (а также от его половинной частоты) во избежание совпадения частот колебаний несбаланси-

18

рованных механических сил с собственной частотой по­ перечных колебаний ротора.

Ротор с явновыраженными полюсами имеют гидроге­ нераторы, синхронные компенсаторы и синхронные дви­ гатели с частотой вращения до 1 500 об/мин. В этом слу­ чае обмотка возбуждения выполняется в виде катушек прямоугольного сечения, размещенных на сердечниках полюсов и удерживаемых от центробежных сил полюс­ ными наконечниками (рис. 2-1,б).

Параметры, характеризующие возможность длитель­ ной безаварийной работы турбогенератора при расчет­ ных условиях внешней среды, называют номинальными. На щитке генератора указаны: тип генератора, число фаз, частота тока, номинальная мощность в виде актив­

ной мощности, кВт, Рпом— ~\fЗНномЛюм cos срном и в виде

полной (кажущейся) мощности, кВА, 5 НОм = V ЗНномАюм! линейное напряжение, В; схема соединения фаз статора (звезда или треугольник); ток статора, А; напряжение возбуждения, В; ток ротора, А; коэффициент мощности; частота вращения, об/мин; классы изоляции обмоток ста­ тора и ротора; к. п. д., %; давление охлаждающих ве­ ществ.

Номинальная мощность и частота вращения связаны с геометрическими размерами машины [Л. 2, 3]. Извест­ но, что электромагнитная мощность всякой электрической машины

мотке; Ф — магнитный поток, сцепленный с обмоткой. Приняв во внимание, что ф —ВЛф, I — JFW, где В —

среднее значение магнитной индукции в пределах площа­

В выражении (2-3) произведение wFw = FM представ­ ляет собой общее сечение меди всех витков, произведе­ ние сечений Fu и Fф пропорционально четвертой степени линейных размеров машины I, т. е.

Pa=JBnfi. (2-4)

Рассмотрим ряд машин возрастающей мощности, по­ добных по своим геометрическим формам и имеющих