книги из ГПНТБ / Кулефеев Г.П. Электрификация сельского хозяйства Франции

При отсутствии регулирования целесообразно использовать агрегат при работе на полную мощность. В связи с этим агрегат обычно монтируется в сифонной трубе. Генератор выбирается по мощности, соответствующей наибольшему напору, что приво­ дит к плохому использованию этой мощности при меньших на­ порах.

При необходимости изготавливаются агрегаты с регулиро­

ванием лопастей турбины на ходу. Управление лопастями можег быть осуществлено от масляного сервомотора, от вспомогатель­ ного двигателя или от самого агрегата (посредством передачи). Асинхронные генераторы в установках с очень низкими напорами выгодны в эксплуатации благодаря простоте самих агрегатов и их аппаратуры. Кроме того, при малых скоростях (имеющих мес­ то при непосредственном соединении генератора с турбиной) стоимость синхронного генератора выше, чем комплекта из асин­ хронного генератора и конденсаторов, имеющего те же характе­ ристики.

Аппаратура и автоматика при асинхронных генераторах уп­ рощаются и обходятся дешевле, чем при синхронных. Вследствие того что асинхронные генераторы могут работать нормально только при присоединении к сети, находящейся под напряжени­

ем, управление, контроль и защита производятся на оператив­ ном переменном токе. Включение в сеть, как правило, происхо­ дит при полном напряжении с помощью выключателя или кон­

тактора.

Защита самого агрегата сводится к минимуму, причем обыч­ но предусматриваются:

защита, реагирующая на отключение от линии (системы) при отсутствии напряжения;

защита от максимального напряжения для предупреждения

самовозбуждения генератора; тепловая защита от длительной работы на двух фазах; защита от коротких замыканий.

Применяется также иногда защита от сверхскорости, защита от нагрева подшипников, от отсутствия смазки и т. п.

Автоматика таких гидроэлектростанций направлена обычно на подчинение работы агрегатов режиму реки (уровню воды).

При работе на полную мощность агрегат пускается в ход, ког­ да уровень реки достигнет необходимой отметки, а при пониже­

нии уровня реки агрегат останавливается. В качестве датчика,

реагирующего на изменение уровня верхнего бьефа, применя­ ется устройство с погруженными в воду электродами.

Для быстрого заполнения и опоражнивания сифона обычно применяется вакуум-насос. Остановка вакуум-насоса по запол­ нении сифона производится автоматически. Выпуск воды из си­ фона при остановке агрегата производится с помощью электро­ задвижки или впуска воздуха в сифон. Очистка сорозадержива­ ющих решеток осуществляется путем сооружения поперечного

21

желоба в верхней части решетки, в который поступает вода, смы­ вающая сор в нижний бьеф реки.

Применение блочных агрегатов, отсутствие спиральных ка­ мер и здания станции позволяют значительно упростить стро­

ительные работы по сооружению таких гидроэлектростанций. Агрегаты могут устанавливаться внутри плотины в открытой

камере, в трубопроводе, в бетонном водоводе или в отдельной камере. При использовании для строительства ГЭС существую­ щих сооружений объемы бетона, укладываемого на месте, сво­ дятся к минимуму.

Во Франции в настоящее время строится и находится в эк­ сплуатации ряд таких гидроэлектростанций. Ниже приводятся

основные данные некоторых малых гидроэлектростанций, с ко­ торыми ознакомилась делегация.

Гидроэлектростанции Меркюэс верхняя и нижняя на реке

Лот (департамент Аверон). Расход реки Лот в створе станции не

Френсиса с непосредственным приводом трехфазных синхронных генераторов 50 гц, 5500 в, мощностью 270 ква. Расход каждой

турбины около 10 м3/сек при напоре 3,50 м.

В силу возможностей, которыми располагает река, на ГЭС

был установлен третий прямоточный агрегат, который с целью

сокращения затрат на строительные работы был смонтирован в водосбросном канале, расположенном между станцией и шлю­ зом. Этот горизонтальный целиком погруженный в воду агрегат

состоит из следующих частей:

а) пропеллерной турбины «Нейрпик» с поворотными лопастя­ ми диаметром рабочего колеса 1650 мм и неподвижным кониче­ ским направляющим аппаратом. Турбина при расходе воды в 9,5 м3/сек и напоре 3,5 м развивает мощность 386 л. с.

б) асинхронного генератора «Альстом» мощностью 240 квт, ротор которого непосредственно насажен на вал турбины, а ста­

тор укреплен на направляющем аппарате последней.

Минимальная скорость агрегата 181 об/мин, разгонная

623 об/мин. Вес агрегата при полном заполнении маслом 6,5 т. Пуск в ход и регулирование агрегата — автоматические. Аппараты, необходимые для пуска, регулирования и защи­

ты, помещены в шкафу, установленном на распределительном пункте, в машинном зале I и II агрегатов.

Чтобы утилизировать наилучшим образом напор, созданный плотиной, не нарушая работы агрегатов, работающих в настоя­ щее время, вниз по течению реки на расстоянии 946 метров от верхней ГЭС на концевом участке бывшего судоходного канала была построена вторая гидростанция Меркюэс нижняя, которая работает на расходе в 20 м3/сек при среднем напоре 3,70 м.

22

Подводящий канал снабжен шандорами и сороудерживаю-

щей решеткой.

ГЭС Меркюэс нижняя оборудована портальным краном в 7,5 т, который служит также и для подъема шандор. Два агре­ гата новой ГЭС оборудованы двумя секторными затворами с профильной обшивкой.

Открытие осуществляется серво-мотором с помощью системы блоков и троса. Длительность открытия от 1 до 1,5 мин.

Агрегаты ГЭС Маркюэс нижняя моноблочные погружены с наклонной осью:

а) турбина пропеллерного типа диаметром рабочего колеса 1140 мм «Нейрпик» с неподвижными лопастями с коническим неподвижным направляющим аппаратом при расходе 9,750 м3/сек и напоре 3,60 м развивает мощность 392 л. с.

Характеристика турбины следующая:

посредственно на валу турбины) трехфазного тока 50 гц, с корот­

козамкнутым ротором, вращающимся в масле, мощностью

408 ива при 400 в, коэффициент мощности 0,7.

Общий вес турбоагрегата — 4,5 т, при полном заполнении маслом — 5,4 т.

Трансформаторная подстанция и пост телеуправления поме­ щены на правом берегу канала вблизи от агрегатов, что позволи­ ло уменьшить длину электрических коммуникаций.

Оборудование подстанции и поста управления.

Трансформатор с двумя первичными обмотками (каждая 315 ква) 400/15 000 в ± 5%, связанный линией 15 кв длиной 1 км с шинами 15 кв ГЭС Меркюэс верхняя.

Ячейка конденсаторов из 2 батарей, по 248 квар. каждая.

Шкаф управления с различными реле и контакторами низко­ го напряжения для иуска агрегатов в ход (открытие затворов, включение конденсаторов, включение агрегатов и пр.), а также реле минимального и максимального напряжений и частотной защиты, реле неравновесия токов, реле защиты от замыкания на землю, система реле для защиты Бухгольца и температурной защиты трансформатора.

Управление станцией может осуществляться из ГЭС Меркюэс верхняя посредством кабеля, проложенного по дну подводящего

канала.

23

должительность расхода 4,5 м3/сек — 310 дней, расхода в 9 м3/сек — 245 дней.

Характеристика ГЭС: напор 1,95 м, пропускная способность

турбины 4,5 м3/сек, номинальная мощность 54 квт, скорость вра­ щения 225 оборотов в минуту, к. п. д. — 0,82.

Турбина пропеллерная «Нейрпик» с неподвижным направ­

ляющим аппаратом, диффузором и сифоном, работающая на.

полную мощность.

Генератор асинхронный «Альстом», заполненный маслом Напряжение генератора........................ 220/380 в

К. п. д. генератора ........ 0,79

Коэффициент мощности.......................0,6 Выработка электроэнергии................... 348 000 квт-ч в год.

Напряжение линии, к которой подключена ГЭС 30 кв.

ГЭС построена в 1954 году на действующей плотине.

При достаточном уровне воды в верхнем бьефе ГЭС передает

в сеть активную мощность, зависящую лишь от напора. Реактив­ ная мощность, поглощаемая генератором, компенсируется бата­ реей статических конденсаторов общей мощностью 51 квар. Стан­ ция может быть остановлена действием защит, реагирующих на: отключение линии, замыкание на землю, короткое замыкание между фазами.

Пуск станции (см. на рис. 6 принципиальную схему ком­ мутации и защиты ГЭС). В верхнем бьефе помещены 2 электро­ да с регулируемой высотой установки. Когда уровень воды дости­ гает верхнего электрода, то замыкается реле РТА-1, вызываю­ щее закрытие клапана выпуска воды из сифона и пуск вакуумнасоса. Вода в сифоне поднимается и, достигнув уровня горло­ вины, начинает питать турбину.

Скорость агрегата 1возраста’ет по мере подъема воды в сифо­

не, и когда она превзойдет синхронную, то электрод сифона вы­ зывает действие реле РТА-2, замыкающего контактор 52 G и осу­ ществляющего подключение генератора в сети. Вспомогательные контакты контактора разрывают цепь питания вакуум-насоса.

Пуск длится 3 минуты.

Остановка агрегата. При снижении уровня воды в

верхнем бьефе реки ниже нижнего электрода, реле РТА-1 размы­

кается и при посредстве контактора А вызывает открытие выпус­ кного клапана и размыкание контактора 52 G, после чего агре­ гат останавливается. Длительность остановки 1 минута. Стати­ ческие конденсаторы приключены с помощью контактора 52 С, срабатывание которого вызывается вспомогательным контактом с выдержкой времени контактора 52G, что имеет целью избежать одновременного включения генератора и конденсаторов.

Вольтметровое реле 27 С предусмотрено для использования конденсаторов в целях регулирования напряжения независимо от работы централи.

25

Рис. 6. Принципиальная схема коммутации ГЭС Менянри.

Вслучае полного отключения линии машина разгоняется и самовозбуждается конденсато1рам1И, повышая напряжение, поэто­ му предусмотрена защита с помощью мгновенного вольтметрового реле 27, вызывающего отключение контакторов и остановку агрегата при превышении номинального напряжения на 20%.

Вслучае отключения одной фазы во время работы, перегру­

жающего оставшиеся фазы, реле неравновесия RM3 вызывает

•отключение и остановку агрегата, причем новый пуск оказыва­ ется возможным только после переключений вручную. В случае

26

отключения одной из фаз в период остановки, реле RM3 препят­ ствует пуску. При замыкании на корпус реле нейтрали 51G вы­ зывает отключение и остановку агрегата.

Контакты всех этих реле включены последовательно и дей­

ствуют на одни и те же органы.

При коротких замыканиях защита установки обеспечивается предохранителями, установленными на стороне высокого напря­

жения повышающего трансформатора.

На рис. 7 показан конструктивный чертеж оборудования гид­ ронлектростанции Менянри.

Из крупных гидроэнергетических объектов представляет ин­ терес гидроэнергетическое строительство на реке Роне, осуще­ ствляемое Национальной компанией Роны с целью производства электрической энергии, улучшения условий судоходства по все­ му течению реки от Швейцарии до Нижней Роны и развития ир­ ригации на равнинах, прилегающих к Нижней Роне.

Программа, разработанная этой компанией, включает строи­ тельство 3 плотин с гидроэлектростанциями, питающих 16 гид­

роэлектростанций на деривационных каналах от этих плотин.

Установленная мощность всех гидроэлектростанций определена в размере 2700 мва. Средняя годовая выработка электроэнер­ гии — 14 805 миллионов квт-ч.

Из общего комплекса сооружений три ГЭС уже построены. ГЭС Жениссиа мощностью 350 000 ква с выработкой 1700

миллионов квт-ч в год, максимальное падение 70 м (первая ГЭС от Швейцарской границы). ГЭС Сейсель (при компенсационной плотине предыдущей) 45 000 ква с выработкой 180 миллионов квт-ч, при напоре 8 м.

Гидроэлектростанция Донзер-Мондрагон (Андре Блондель) мощностью 300 000 ква с выработкой 2000 миллионов квт-ч, на­ пором 23,5 м, обеспечивающая улучшение условий судоходства на 40 км и подачу воды на сельскохозяйственные нужды в разме­ ре 25 м3/сек в центральной части Нижней Роны.

Электрисите де Франс соорудило на Роне, выше Лиона, ГЭС Кюссе с выработкой электроэнергии 300 миллионов квт-ч в год. С 1953 года начаты работы по сооружению ГЭС Монтелимар (Анри Пуанкаре) мощностью 300 000 ква с выработкой 1670 мил­ лионов квт-ч при напоре 19 м и расходе на каждую турбину 315

м3/сек. Эта ГЭС обеспечила улучшение условий судоходства по реке длиной на 22 км. Расход воды на сельскохозяйственные нужды 15 м3/сек. Шесть агрегатов этой станции с турбинами Каплана должны вступить в строй в 1958—1959 гг.

ГЭС Монтелимар, строительство которой мы посетили, рабо­ тает на бытовом расходе реки через деривационный канал дли­ ной 14 километров с максимальным расходом 1800 м3/сек.

Канал с откосами 3:1 на всем своем протяжении облицован сло­ ем битума толщиной 7 см.

27

Узел сооружения имеет однокамерный -шлюз длиной 200 м,

глубиной 18 м. Станция связана с энергосистемой через повыси­ тельную -подстанцию с трансформаторами 10,5/220 кв, принадле­

жащую ЭДФ. Электроэнергия, вырабатываемая станцией, про­ дается в энергосистему по 3 франка за киловатт-час. Персонал ГЭС 60 человек, дежурный персонал в одну смену 4 человека.

Большие работы проводятся во Франции по комплексному использованию реки Дюране, левого притока в нижнем течении Роны с водосборным бассейном площадью 14 200 квадратных км. Плотина Серр-Понсон, которую посетила наша делегация, является ключевым узлом всего гидроэлектрического строитель­

ства на Дюрансе. Строительство плотины даст возможность со­ здать водохранилище емкостью 1200 миллионов кубометров (по­

лезная емкость 900 млн. м3). Это водохранилище позволит в зна­ чительной степени выравнить режим реки, улучшить экономиче­ ские условия сооружения нижележащего каскада гидроэлектро­ станций, увеличит их выработку на 400 миллионов квт-ч в год.

Работы по сооружению плотины начаты в 1955 г., заполне­ ние водохранилища водой предусмотрено весной 1960 года, а

пуск гидроэлектростанции зимой 1960/61 г.

Высота земляной плотины выше ложа 120 м, длина по греб­ ню 600 м при ширине основания 600 м, объем земляных работ

14 млн. кубометров.

Водонепроницаемость плотины обеспечивается центральным зубом, сооружаемым из глины и шлакового цемента (на 1 куб. м 350 кг цемента), ширина которого в основании 55 м и объем 2 млн. кубометров. Нагнетание цементного раствора произво­ дится по трубам диаметром 54 мм под давлением 60 атмосфер.

Электростанция и трансформаторная подстанция при плоти­

электроэнергии 700 млн. квт-ч.

Из тепловых электростанций делегация ознакомилась с элект­

ростанцией в г. Туре, работающей на газе для покрытия нагруз­ ки в часы пик, оборудование которой представляет значитель­ ный интерес для -сельской электрификации.

Электростанция мощностью 6000 квт оборудована газовой турбиной, питаемой 8 генераторами газа со свободно движущи­ мися поршнями типа GS-34. Генератор соединен с газовой тур­

биной через редуктор 7500/3000 об/мин. По истечении часов пик генератор работает в режиме синхронного компенсатора.

На рис. 8 показана -схема агрегата свободнопоршневой газо­ генератор — газовая турбина.

Два двигательных поршня перемещаются внутри цилиндра двигателя (2), имеющего окна для продувки и выхлопа. Двига­ тельный цилиндр смонтирован по оси картера, который служит

29

одновременно каркасом и резервуаром продувочного воздуха и

несет на каждом конце компрессорный цилиндр (4). Каждый

компрессорный цилиндр имеет ряд всасывающих клапанов (5), помещенных вблизи внутренней мертвой точки. Компрессорные цилиндры закрыты со стороны картера плитой, в которую встав­ лены нагнетательные клапаны (6), а снаружи — головкой, кото­

рая вместе с двигательными цилиндрами и поршнем образует

вводится в двигательный цилиндр инжекторами (7), помещен­ ными по оси машины. Продувочные окна (8) сообщаются с кар­ тером двигателя. Выхлопные окна (9) выходят в трубу, присое­ диненную к выпускному устройству турбины. Система легких тяг обеспечивает синхронизацию поршней и управление инжектор­

ным насосом.

Принцип действия агрегата следующий. Инжекция и сжига­ ние горючего производятся, когда двигательные поршни находят­ ся вблизи от внутренних мертвых точек. Во время хода «вперед» автоматические всасывающие клапаны открываются и питают

воздухом цилиндры компрессоров, содержащийся в них воздух сжимается компрессорными поршнями. Двигательный поршень открывает на стороне выхлопа выхлопные окна, и газы, содер­ жащиеся в цилиндре, начинают проходить к турбине, затем в

свою очередь продувочные окна открываются, и воздух карте­

ра обеспечивает продувку цилиндра и наполнение его свежим воздухом. Когда вся энергия генератора, кроме потерь, будет

30