Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Основы эксплуатации электрооборудования. Учебное пособие.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
08.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
2. Нагрузки электрических систем и ведение режима электростанции
Р
держках производства, но и технически оправданным по соображениям безопасности реакторной части. Теплоэлектроцентрали позволяют только в ограниченных пределах (15–20 %) изменять электрическую мощность за счет разного соотношения по выработке тепловой и электрической энер­гии, поэтому также расположены в базовой части графика.
Далее на графике размещены конденсационные электростанции, мощности агрегатов которых достигли 500–1200 МВт, а доля этих станций в структуре энергосистем – до 50 % и более. Высокие параметры теплоно­сителя делают практически невозможным ежесуточный останов таких агрегатов и позволяют лишь частичную их разгрузку в ночной период при определенных условиях.
, о. е.
ген
t, ч
Рис. 4. Суточный график нагрузки
энергосистемы и графики станций,
участвующих в его покрытии
Регулировочный диапазон ГЭС практически равен 100 %, весь цикл пуска агрегатов с включением под нагрузку длится 60–100 с, а из режима синхронного компенсатора – 50–70 с. Такие параметры позволяют использо­вать агрегаты ГЭС не только в режимах резкопеременных нагрузок, но и для регулирования напряжения и частоты в энергосистемах.
41
Основы эксплуатации электрооборудования
В связи с недостатком маневренных мощностей в некоторых энерго­системах построены специальные гидроаккумулирующие электростанции, которые, несмотря на двойное преобразование энергии и, как следствие, относительно низкий КПД (около 75 %), позволяют существенно облег­чить ведение режимов системы. Дополнительный эффект достигается за счет заряда этих станций в ночной период и повышения минимума гра­фика нагрузки. В некоторых энергосистемах установлены также газотур­бинные электростанции, которые включаются в работу только на время прохождения пиковых нагрузок и, несмотря на существенные недостатки, связанные с относительно высокими удельными расходами топлива и уровнями шума, являются весьма эффективными. Существуют и другие способы и возможности регулирования и покрытия графиков нагрузок.
Режим работы отдельных электростанций и агрегатов должен удов­летворять требованиям надежности и экономичности режима энергосисте­мы в целом. Он назначается службой режимов диспетчерского управления с учетом особенностей ее состава и требований электропотребления.

Контрольные вопросы

1. Каковы особенности режимов электропотребления, графические
характеристики и их основные показатели?
2. Каким образом изображается суточный график электрической
нагрузки?
3. В чем принципиальное отличие графиков потребления комму­нально-бытового сектора, односменных предприятий и предприятий цвет­ной металлургии?
4. Какие виды электрических станций участвуют в покрытии графика электрической нагрузки?
5. Каковы основные принципы загрузки генерирующих мощностей с учетом особенностей и структуры отдельных районов потребления элек­троэнергии?
6. В чем состоит особенность построения графиков нагрузки генера­торов электрических станций?
42

3. Эксплуатация генераторов и их вспомогательных систем

3. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГЕНЕРАТОРОВ
И ИХ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

3.1. Пуск, включение в сеть и набор нагрузки синхронных генераторов

3.1.1. Предпусковая подготовка генераторов

Пуск является ответственной операцией и увязывается с работой те­пломеханического оборудования. На ТЭЦ пуск генератора может быть произведен самостоятельно, а на блочных электростанциях генератор запускается вместе с котельным оборудованием и является итоговой опе­рацией пуска блока в целом. Подготовка к пуску проводится заранее, после окончания монтажных или ремонтных работ.
Согласно ПТЭЭС при эксплуатации генераторов и синхронных ком­пенсаторов необходимо обеспечить их бесперебойную работу в допустимых режимах, надежное действие систем возбуждения, охлаждения, масло­снабжения, функционирование устройств контроля, защиты, автоматики и диагностики.
Автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) должны быть постоянно включены в работу. Отключение АРВ или отдельных их элементов (ограничение минимального возбуждения и др.) допускается только для ре­монта или проверки.
Автоматические регуляторы возбуждения и устройства форсировки рабочего возбуждения настраивают так, чтобы при заданном понижении напряжения в сети были обеспечены:
предельное установившееся напряжение возбуждения не ниже дву-
кратного в рабочем режиме, если это значение не ограничено нормативно­техническими документами для отдельных старых типов машин;
номинальная скорость нарастания напряжения возбуждения;
автоматическое ограничение заданной длительности форсировки.
В объем подготовительных работ перед пуском турбогенератора (ТГ) входит выполнение тщательного осмотра агрегата, систем смазки, систем охлаждения и возбуждения, первичных и вторичных цепей защит, ком­мутационной аппаратуры, изоляции первичных и вторичных цепей. Из­мерение изоляции статора производится мегомметром на 2 500, ротора – на 1 000 В.
43
Основы эксплуатации электрооборудования
Измеренные величины сопротивления сравниваются с предыдущими и при резком изменении выясняются и устраняются причины. В зимнее время сопротивление изоляции обмотки статора может резко упасть из-за отпотевания проходных изоляторов в стене машинного зала.
Сопротивление изоляции статоров, охлаждаемых водой, в основном определяется ее изоляционными свойствами. При снижении удельного со­противления дистиллята в обмотках генератора до 100 кОм·см должна действовать предупредительная сигнализация, а при его снижении до 50 кОм·см генератор должен быть разгружен, отключен от сети и возбуж­дение снято.
Сопротивление изоляции всей цепи возбуждения генераторов с во­дородным охлаждением ротора измеряется мегомметром 500–1 000 В и должно быть не ниже 0,5 МОм.
Необходимо добиться, чтобы изоляция стула подшипника генератора и возбудителя после монтажа и ремонта была не ниже 1 МОм (прибор на 1 000 В).
Турбогенераторы и синхронные компенсаторы с водородным охлаж­дением после монтажа и капитального ремонта должны вводиться в экс­плуатацию при номинальном давлении водорода. Для турбогенераторов, имеющих непосредственное водородное или водородно-водяное охлажде­ние активных частей, работа на воздушном охлаждении с нагрузкой запрещается.
Устройства для пожаротушения генераторов и синхронных компен­саторов должны быть в постоянной готовности и обеспечивать возмож­ность их быстрого приведения в действие [1].
После проверки изоляции и всего вспомогательного оборудования, систем охлаждения и смазки проводится толчок ротора на 400–500 об/мин.
При прослушивании генератора на этих оборотах не должно быть стука, задеваний, повышенной вибрации, нарушения параметров вспо­могательных систем, нагревания сверх нормы. При отсутствии нарушений пуск продолжается. Скорость подъёма частоты вращения определяется ус­ловиями прогрева турбины и арматуры. Критические скорости для роторов турбины и генератора, известные для каждого агрегата, необходимо про­ходить без задержек во избежание опасных вибраций.
Изоляция ротора измеряется при разных скоростях для выявления дефектов, возникающих из-за центробежных сил.
При пуске и во время эксплуатации генераторов и синхронных ком­пенсаторов должен осуществляться контроль:
электрических параметров статора, ротора и системы возбуждения;
температуры обмотки и стали статора, охлаждающих сред (в том числе
44
3. Эксплуатация генераторов и их вспомогательных систем
и оборудования системы возбуждения), уплотнений вала, подшипников и подпятников;
давления, в том числе перепада давлений на фильтрах, удельного
сопротивления и расхода дистиллята через обмотки и другие активные и конструктивные части; давления и чистоты водорода; давления и темпера­туры масла, а также перепада давлений масло – водород в уплотнениях вала;
герметичности систем жидкостного охлаждения; влажности газа
в корпусе турбогенераторов с водородным и полным водяным охлаждением, уровня масла в демпферных баках и поплавковых гидрозатворах турбогенера­торов, в масляных ваннах подшипников и подпятников гидрогенераторов;
вибрации подшипников и контактных колец турбогенераторов,
крестовин и подшипников гидрогенераторов [1].
После достижения номинальной скорости и отсутствия нарушений в работе переходят к операциям по подготовке включения генератора в сеть.
Фазировка статорной обмотки проводится после монтажа или капи­тального ремонта, при котором производились работы по реконструкции ошиновки, ремонту или замене силовых кабелей от выводов генератора.
Фазировка состоит в проверке совпадения чередования фаз ге­нератора и внешней цепи.
Схемы собираются, например, по следующим вариантам (рис. 5, 6).
C
C
А2 рез.
А2 раб.
TV
QA
ФУ
Рис. 5. Схема фазировки с использованием трансформатора напряжения
резервной системы шин (для ТЭЦ)
QG
G
А2 рез.
А2 раб.
QA
ФУ
TV
QG
G
В этой схеме на резервную (выделенную) систему шин (СШ) подает­ся с начала напряжение от системы, затем с помощью шиносоединитель­ного выключателя (ШСВ) система отключается, а включается проверяе­мый генератор, при этом направление вращения должно быть таким же.
45
Основы эксплуатации электрооборудования
На ТН и ФУ по этой схеме поочередно подается напряжение от сис­темы и от генератора. До подачи напряжения от системы на ошиновке фазируемого генератора снимают шинные компенсаторы или накладки.
Перед первым включением ТСН, питающегося отпайкой от сфази­рованного ТГ, работающего в блоке с трансформатором, должна быть про­верена фазировка рабочего и резервного питания между собой, причем определяется не только соответствие чередования, но и совпадение фаз (вольтметром).
QS QS
Q Q
C C
T
QSG
ФУ ФУ
T
QSG
Рис. 6. Схема фазировки комплектом ТН блока генератор-трансформатор
TV TV
G G
(на блочных электростанциях)
Ошибки при определении фазировки могут привести к тяжелым по­вреждениям в генераторе и качаниям в системе, поэтому фазировка вы­полняется по утвержденной программе.

3.1.2. Включение в сеть и набор нагрузки

Синхронные генераторы включаются в сеть способами точной син­хронизации или самосинхронизации.
Выбор способа определяется инструкциями для конкретных машин и сложившимися в данный момент условиями. В соответствии с ПТЭЭС генераторы, как правило, должны включаться в сеть способом точной син­хронизации.
При использовании точной синхронизации следует ввести блокировку от несинхронного включения.
46
3. Эксплуатация генераторов и их вспомогательных систем
∆U ∆
I
I
Допускается использование способа самосинхронизации при вклю­чении в сеть, если это предусмотрено техническими условиями на постав­ку или специально согласовано с заводом – изготовителем генератора.
При ликвидации аварий в энергосистеме турбогенераторы мощно­стью до 220 МВт включительно и все гидрогенераторы разрешается вклю­чать на параллельную работу способом самосинхронизации. Турбогенера­торы большей мощности допустимо включать этим способом при условии, что кратность сверхпереходного тока к номинальному, определенная с учетом индуктивных сопротивлений блочных трансформаторов и сети, не превышает 3,0, т. е. I''/Iн ≤ 3,0.
При использовании способа точной синхронизации ТГ включается в сеть после достижения номинальной скорости (3 000 об/мин, 1 500 об/мин) и при подаче тока возбуждения.
При этом должны быть выполнены три условия (рис. 7):
1. Uг = U
2. fг = f
(напряжения генератора и сети равны по величине).
с
(частота генератора равна частоте сети).
с
3. Векторы одноименных фаз напряжения совпадают.
δ
Рис. 7. Диаграммы напряжений генератора и системы
U
δ = 0
ур
при точной синхронизации
ур
Несоблюдение условий синхронизации вызывает появление разности напряжений (ΔU) и уравнительного тока (Iyp), который в определенном случае равен двойному ударному току (2Iу) при КЗ на выводах ТГ и может вызвать тяжелые нарушения в генераторе и системе.
В нормальных условиях допустима величина ΔU генератора и сети 5–10 % от номинального, в аварийных она может достигать 20 % (опреде­ляется заводом-изготовителем). При подгонке частоты скольжение допус­кается в размере 0,3–0,4 %; при этом в момент включения генератора угол между векторами напряжений не более 15–20 электрических градусов.
47
Основы эксплуатации электрооборудования
С момента включения в сеть ротор генератора после нескольких ко­лебаний втягивается в синхронизм; при этом процесс контролируется по приборам на щите управления.
Точная синхронизация проводится либо вручную с контролем по ко­лонке синхронизации, либо с помощью автоматических синхронизаторов с автоматическими уравнителями напряжения и частоты, воздействующими на регулятор возбуждения и двигатель приводного механизма регулятора турбины (АСТ-4А, АСТ-4Б, УБАС-1, УБАС-2).
При ручной точной синхронизации должна быть включена блоки­ровка от несинхронных включений.
Не разрешается включение в сеть генератора при очень быстром подходе стрелки синхроноскопа к черте или ее перемещении рывками, что говорит о большой разнице в частотах или неисправности цепей синхрони­затора.
Особенно сложна синхронизация этим способом в аварийных условиях, когда наблюдается колебание частоты; при этом общее время синхронизации затягивается, усугубляя развитие аварии.
При несинхронном включении в сеть уравнительный ток при фазо­вом смещении 180° и наличии мощной энергосистемы (Xс = 0) составит
Iур = 2Uг / Xd" = 2I
КЗ уд.
При этом усилия в лобовых частях пропорциональны квадрату тока статора, что может привести к их разрушению, поскольку генераторы по ГОСТу должны выдерживать однократный ударный ток трехфазного короткого замыкания на их выводах
Во избежание таких ошибок обязательно проверяются цепи син­хронизации после ремонта вторичных цепей (например, путем выделения генератора на свободную систему шин и подачи синхронных напряжений от ТГ и СШ).
Для предотвращения неправильных действий персонала из-за оши­бочных действий на ТГ применяют полуавтоматические и автоматические синхронизаторы.
При использовании полуавтоматических синхронизаторов операции регулирования частоты и напряжения производятся персоналом, контроль напряжения биения осуществляется двумя реле напряжения, а контроль дополнительной разницы частот – с помощью реле времени. Уставка одно­го из реле напряжения определяет угол опережения включения выключа­теля (δ
оп
).
На ТЭС применяют автоматические синхронизаторы с постоянным временем опережения. Ранее применялись АСТ-4А и АСТ-4Б, УБАС-1, УБАС-2. В настоящее время используются более современные устройства на базе микросхем и микроконтроллеров.
48
3. Эксплуатация генераторов и их вспомогательных систем
При включении генераторов способом самосинхронизации ротор раскручивается до скорости, близкой к синхронной, и без возбуждения включается в сеть. Затем сразу включением автомата гашения поля (АГП) подается возбуждение и генератор втягивается в синхронизм.
При этом для предотвращения коммутационного перенапряжения обмотка возбуждения (ОВ) должна быть замкнута на якорь или специаль­ное гасительное сопротивление.
Максимально возможный бросок тока в момент включения
Iур = 1,05Uн / (Xd"+Xc),
где Xc – относительное сопротивление сети, приведенное к мощности генератора; Xd" – сверхпереходное сопротивление генератора.
Из формулы видно, что токи в статоре при использовании этого спо­соба не зависят от скольжения и не превышают значений токов короткого замыкания.
При включении ТГ через блочные трансформаторы эти токи еще снижаются. Вхождение машины в синхронизм определяется электромаг­нитным моментом, обусловленным возбуждением, а также моментом явнополюсности. Кроме того, у ТГ большую роль играет асинхронный электромагнитный момент взаимодействия поля статора с токами, наве­денными в бочке ротора. Преимуществами данного метода включения в сеть являются простота, малая вероятность ошибок, возможность быстрого включения при авариях. К недостаткам метода следует отнести значитель­ный толчок тока и понижение напряжения на шинах в момент включения генераторов:
U
= Iур Xd".
нач
Чем больше мощность системы по сравнению с мощностью ТГ, тем меньше понижение напряжения сети при включении ТГ и меньший толчок ощущают генераторы.
Правила эксплуатации рекомендуют при включении машин спосо­бом самосинхронизации следующее.
Подключение в нормальных условиях должно производиться при скольжениях 2–3 %; устройство форсировки возбуждения должно автома­тически включаться при включении АГП; при включении со скольжением 3–5 % и менее возбуждение подается без выдержки времени, а при боль­ших скольжениях – с задержкой, достаточной для его снижения. Операция включения способом самосинхронизации производится либо вручную, либо полуавтоматически.
При ручном включении частота вращения устанавливается близкой к синхронной (в пределах 2 %), генератор включается в сеть, а АГП вклю­чается автоматически от блок-контакта выключателя статора генератора.
49
Основы эксплуатации электрооборудования
Для облегчения синхронизации уставка АРВ перед включением ста­вится в положение 20–30 % номинальной нагрузки, а реостат электрома­шинного возбудителя – в положение холостого хода.
У системы возбуждения с ВЧ-возбудителями и полупроводниковыми выпрямителями из-за особенности работы схемы отключение резистора самосинхронизации следует производить с выдержкой времени 0,8–0,9 с после включения ТГ для исключения коммутационных перенапряжений.
В схеме полуавтоматической синхронизации используется реле раз­ности частот, которое подает импульс на включение выключателя генера­тора при достижении скорости, близкой к синхронной скорости, после этого автоматически включается АГП. После синхронизации и включения в сеть генераторы принимают активную нагрузку с определенной скоростью, ко­торая лимитируется тепловыми расширениями турбины или условиями блока в целом.
Скорость повышения напряжения на генераторах и синхронных компенсаторах не ограничивается. Скорость набора и изменения активной нагрузки для всех генераторов определяется условиями работы турбины или котла. Скорость изменения реактивной нагрузки генераторов и син­хронных компенсаторов с косвенным охлаждением обмоток, турбогенера­торов газотурбинных установок, а также гидрогенераторов с непосред­ственным охлаждением обмоток не ограничивается; на турбогенераторах с непосредственным охлаждением обмоток эта скорость в нормальных режимах должна быть не выше скорости набора активной нагрузки, а в ава­рийных условиях – не ограничивается [1].
Следует помнить, что при нагревании током обмоток статора и рото­ра значения удлинения или расширения меди и стали не равны, что вызы­вает аксиальные перемещения обмоток и изоляции и может вызвать повреждения, особенно в роторе. Поэтому набор активной и реактивной нагрузок должен быть пропорциональным, если это делается не при авариях.

3.2. Эксплуатационные режимы генераторов

3.2.1. Нормальные режимы генераторов. Диаграмма мощностей

Под нормальными режимами генераторов понимают такие, при ко­торых они могут длительно работать без ограничений. К данным режимам относят: номинальный (паспортный); режимы с неполной (частичной) на­грузкой и режимы с изменяющейся (регулируемой) нагрузкой при усло­вии, что в процессе изменения основные параметры не отклоняются от до­пустимых значений. Основными параметрами электрического генератора являются: полная мощность (S), напряжение (Uст) и ток (Icт) статора, ток
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]