Рисунок 2.31 – Щит управления энергоблоком.

В связи с этим на крупных энергоблоках находят применение инфор- мационно-вычислительные машины (ИВМ), которые поочередно за очень короткое время «опрашивают» все контролируемые величины, и если какаялибо из них отклонилась от заданного значения, сигнализируют о возникшем отклонении оператору. На щите устанавливается небольшое число вторичных приборов, и оператор может с помощью клавишной системы, «вызвать» на вторичный прибор ту величину, которая ему необходима. Оператор освобождается от «сторожевых» функций и наблюдает при наличии ИВМ лишь за наиболее важными параметрами и теми из них, которые отклонились от заданных значений. Информационно-вычислительные машины рассчитывают также текущие значения КПД в темпе с выработкой тепловой и электрической энергии, что позволяет-вовремя вмешиваться в ход технологического процесса с целью его оптимизации.

Дальнейшее развитие систем управления идет по пути применения управляющих вычислительных машин, обеспечивающих управление работой оборудования в нормальных режимах, а также при пусках и остановках оборудования и в аварийных ситуациях.

Современную систему управления блоком на примере блока ПГУ рассмотрим дальше по тексту.

2.8 Электрическая часть электростанций

На любых электростанциях (тепловых, атомных, гидравлических) преобразование энергии вращения ротора турбины в электроэнергию происходит в электрическом генераторе, вал которого соединен свалом турби-

56

ны.

Работа электрогенератора основана на известном законе электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому в проводнике, движущемся в магнитном поле и пересекающем магнитные силовые линии, возникает ЭДС (рисунок 2.32), направление которой определяется правилом правой руки. Индуцируемая ЭДС при движении проводника перпендикулярно силовым линиям магнитного поля определяется значением индукции, длиной пpoводника и скоростью его перемещения:

Турбогенератор это электромеханический трехфазный индукционный генератор переменного тока.

Рисунок 2.32 – Возникновение ЭДС в проводнике, пересекающем магнитные силовые линии

v – скорость движения проводника; В – магнитная индукция; е - индуктируемая в проводнике ЭДС

Ротор его представляет собой электромагнит, обмотки которого питаются пoстоянным током от специального возбудителя. Роторы генератора и возбудителя имеют обычно общий вал. Мощность возбудителя не превышает нескольких процентов мощности генератора.

Инициатором применения переменного тока был выдающийся русский электротехник П. Н. Яблочков. Он разработали оригинальные конструкции генераторов переменного тока, изобрел трансформатор, применение которого послужило мощным толчком для широкого применения переменного тока. Основной системой, принятой для электрификации, является система трехфазного тока, разработанная русским электротехником М.О. Доливо-Добровольским.

При вращении ротора - электромагнита образуется вращающееся магнитное поле, а в обмотках статора, пересекаемых этим магнитным полем, наводится переменная ЭДС. Ротор турбогенератора имеет одну пару полюсов; обмотки статора выполняются из трех секций, сдвинутых относительно друг друга по окружности на 120°. В процессе работы генератора в его обмотках (рисунок 2.33) индуцируется переменный трехфазный ток, представляющий совокупность трех однофазных переменных токов, сдвинутых

57

по фазе на 1/3 периода.

Рисунок 2.33 – Схема работы трехфазного генератора с одной парой полюсов, п=50 с−1 (а) и графики ЭДС трехфазной системы (б)

Паровые турбины тепловых и атомных электростанций - машины быстроходные, их роторы вращаются с частотой 50 с−1, а частота индуцируемого переменного тока 50 Гц. В этом случае ротор генератора - электромагнит с одной парой полюсов.

Получить переменный ток такой же частоты можно и при более медленном вращении ротора. Для генераторов, работающих на сеть с частотой f=50 Гц, ротор можно вращать в 2, 3, 4... раза медленнее, устанавливая на роторе соответственно 2, 3/4...пары полюсов; тогда период генерируемого тока будет соответствовать времени, необходимому для поворота ротора соответственно на 1/2, 1/3, 1/4... долю окружности. Многополюсные роторы, имеющие, например, 48 пар полюсов, применяются на тихоходных турбинах гидростанций.

В свою очередь, увеличение мощности турбин требует одновременного увеличения мощности турбогенераторов. Выше отмечалось, что ротор турбогенератора должен вращаться с частотой 50 с-1, или 3000 об/мин. Для увеличения мощности генератора нужно увеличить магнитный поток ротора, наводящего ЭДС в обмотках статора, а значит размеры (диаметр и длину) ротора. Но длина ротора по условиям прочности не может превышать 8 м, а его диаметр 1,2 - 1,3 м. Дальнейшее увеличение диаметра может привести к разрушению ротора под действием центробежных сил. Ограничен и диаметр статора: при внешнем диаметре более 4,3 м. его будет невозможно перевозить по железным дорогам, такой груз становится «негабаритным». Как же при ограниченных размерах турбогенератора поднять его мощность. Выход один - нужно, повысить индукцию ротора, что приведет к повышению токов в роторе и статоре. Но при увеличении тока возрастают (в квадрате) тепловые потери в обмотках, вызывая их перегрев; возникает необходимость отвода теплоты от них.

Турбогенераторы мощностью до 100 МВт охлаждались воздухом, прогоняемым между обмотками специальным вентилятором. Переход на следующую мощность - 150 МВт привел к созданию водородного охлаждения - воздух был заменен водородом, имеющим большую теплопроводность

58

и меньшую плотность. При переходе на мощность 200 МВт пришлось создавать полые проводники и охлаждать их водородом изнутри. В турбогенераторах мощностью 300 МВт было внедрено охлаждение обмоток статора дистиллированной водой, прогоняемой по полым проводникам, а- ротора - водородом. Аналогичные схемы применены и на более мощных турбогене-

раторах - 500, 800 и 1200 МВт.

Увеличение единичной мощности путем интенсификации охлаждения обмоток существенно снижает стоимость машины. Так, расход материалов на единицу мощности для турбогенератора 1200 МВт в 3 раза меньше, чем для турбогенератора 100 МВт (рисунок 2.34).

Мощность турбогенератора

Рисунок 2.34 – Снижение удельных расходов материалов на изготовление турбогенератора при повышении мощности

Современные технологии позволяют создавать генераторы большой мощности с воздушным охлаждением, что снижает пожароопасность генератора.

Дальнейший скачок в повышении мощностей турбогенераторов возможен при использовании явлений сверхпроводимости. Тогда турбогенератор будет значительно компактнее, его масса снизится в 4 - 5 раз, а мощность может достигнуть 10 000 МВт.

Важное преимущество переменного тока - простота преобразования напряжения, что особенно важно для передачи его на большие расстояния. Повышение и понижение напряжения производятся в трансформаторах. В зависимости от мощности генератора выработка электроэнергии осуществляется при напряжении 10 500 - 20 000 В. Передавать электроэнергию на далекие расстояния при таких напряжениях невыгодно, потери в линии изза нагрева проводов будут велики. Основной путь уменьшения потерь - уменьшение силы тока в линии электропередачи при одновременном повышении напряжения.

Повышение напряжения в линии электропередачи и снижение его в местах потребления электроэнергии производятся с помощью трансформаторов, действие которых основано на явлениях магнитной индукции (рисунок 2.35). В результате прохождения переменного тока по первичной обмотке в железном сердечнике трансформатора возникает переменный маг-

59