Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

ГИДРОАГРЕГАТЫ ГАЭС

РЕЖИМЫ РАБОТЫ АГРЕГАТОВ ГАЭС

Основными режимами работы гидроагрегатов являются режимы турбинный и насосный. Электрическая синхронная машина ГАЭС — это обратимый агрегат (ОА), т. е. реверсивная машина.

В турбинном режиме при срабатывании воды верхнего водоема, она работает как синхронный гидрогенератор. В насосном режиме обратимая электрическая машина работает как синхронный электродвигатель.

В качестве агрегатов ГАЭС наибольшее распространение получили вертикальные односкоростные обратимые (реверсивные) синхронные машины. При этом для перехода из одного режима в другой необходимо изменение направления вращения электрической машины, вала и рабочего колеса гидромашины — для изменения направления движения воды в проточной части гидроагрегата и внешних водоводах. Изменение направления вращения гидроагрегата производится переключением двух фаз трехфазной цепи главных выводов электромашины.

Применяется использование агрегатов ГАЭС в режимах СК и вращающегося резерва (ВР).

Работать СК машина может как при генераторном направлении вращения ротора, так и при двигательном.

Если в генераторном режиме снижать активную мощность, закрывая лопатки направляющего аппарата гидротурбины, и одновременно повышать силу тока возбуждения (для перевозбуждения), то генератор перейдет в режим работы СК, передавая в сеть только реактивную мощность. Для уменьшения потерь энергии в этом режиме надо отжать воду из области рабочего колеса гидромашины. При недовозбуждении электрическая машина будет потребителем реактивной мощности, что также бывает полезным для регулирования напряжений в узлах энергосистемы.

Если в двигательном режиме прикрывать лопатки выправляющего аппарата насоса до полного их закрытия и освободить рабочее колесо насоса от воды, то снизится потребляемая активная мощность агрегата до 2—5 % номинальной мощности, и электрическая машина перейдет в режим работы СК при направлении вращения насосов.

Обратимый агрегат также может работать в качестве резерва мощности системы.

Перевод агрегата из одного режима в другой требует многих технологических операций, которые могут быть автоматизированы. Теоретически возможно 22 перевода из режима в режим, однако на реальных ГАЭС далеко не все они применяются.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ АГРЕГАТОВ ГАЭС

Оптимальная частота вращения обратимых агрегатов в насосном режиме примерно на 20 % больше, чем в турбинном, поэтому желательно применять двухскоростные электрические машины, но они конструктивно значительно сложнее и намного дороже одиоскоростных машин. Поэтому применяются односкоростные машины с так называемой компромиссной частотой вращения.

Подпятник должен одинаково хорошо работать при противоположных направлениях вращения гидроагрегата. Смазка трущихся поверхностей подпятника и подшипников должна быть принудительной.

В режимах СК целесообразны минимальные углы разворота лопастей поворотнолопастных гидромашин для снижения вентиляционных потерь. Закрытие направляющего аппарата надо производить с возможно меньшей скоростью, срыв вакуума лучше производить сжатым воздухом. Целесообразно применять электрическое торможение генераторов.

Вентиляционные лопатки (крылья) электрической машины должны обеспечить требуемую подачу охлаждающего воздуха при вращении как в одном,так и в другом направлении.

Все щеточные конструкции передачи тока в системах возбуждения должны допускать разностороннее направление вращения.

Перед пуском обратимой синхронной машины в двигательный режим должно быть выполнено переключение двух фаз цепи статора для изменения направления вращения агрегата на обратное.

Пуск мощного агрегата в насосный режим — весьма ответственная операция эксплуатации. В мировой практике применяется много разных способов пуска в насосный режим, основные из них перечислены ниже.

1. Прямой асинхроиный пуск от полного напряжения сети аналогичен пуску асинхронных короткозамкнутых электродвигателей. Вращающий асинхронный момент создается взаимодействием вращающегося магнитного поля обмотки статора с током демпферной (пусковой) обмотки ротора. Асинхронный момент не в состоянии довести частоту вращения ротора до синхронной. При подаче постоянного тока в обмотку возбуждения полюсов ротора появляется синхронный момент, который доводит частоту вращения до синхронной, и машина начинает работать в двигательном режиме. Время пуска зависит от условий пуска, оно составляет от 10 до 40 с.

Процесс прямого пуска характеризуется большими пушковыми токами в обмотках статора и ротора, которые вызывают нагрев обмотки статора, пусковой клетки и полюсов ротора.

Прямой асинхронный пуск является самым простым и удобным способом пуска для машин мощностью до 10 МВт. Прямой пуск допустим и для машин большей мощности (200 МВт и даже больше) при условии, если ГАЭС подключается к мощной системе и если облегчены условия пуска: отжата вода из камеры рабочего колеса насоса, масло подается под давлением в подпятник для гидроподъема ротора, используются подпятники с электромагнитной разгрузкой и т. п.

Вода из камеры рабочего колеса насоса отжимается сжатым воздухом при закрытом направляющем аппарате. Включается двигатель-генератор в сеть, и агрегат набирает под- синхронную частоту вращения. Потребляемая мощность агрегата при опорожненной камере рабочего колеса составляет примерно 15 % номинальной. При достижении нормальных оборотов открываются клапаны выпуска воздуха и начинается постепенное заполнение водой камеры рабочего колеса. Время выпуска воздуха составляет около 20 с. Затем осуществляется открытие направляющего аппарата и выход агрегата в нормальный эксплуатационный режим. Для снижения пусковых токов и температур нагрева рекомендуются массивные полюсы ротора и специальные конструкции обмоток и полюсов.

Прямой асинхронный пуск принят для агрегатов мощностью 40 МВт Киевской ГАЭС и проектируется для агрегатов мощностью 200 МВт Загорской ГАЭС.

2. Асинхронный пуск от пониженного напряжения применяется для уменьшения пусковых токов. Пониженное напряжение должно составлять 0,5—0,6 номинального. Есть много способов понижения напряжения; часто применяются ответвления от обмоток НИ трансформаторов (ГАЭС Далешице, Ийглава, Чехословакия) или последовательное включение через реактор (ГАЭС Вианден И, Люксембург).

Время пуска от пониженного напряжения увеличивается до 2 минут.

3. Пуск с помощью специальных разворотных машин — пусковой гидротурбиной или чаще смонтированным на том же валу разворотным электродвигателем. Конструкция вспомогательного разворотного двигателя может быть расположена над агрегатом, но может быть выполнена и совмещенной — в корпусе основной машины.

Пусковым двигателем агрегат разворачивается до подсинхронной частоты враще-ния, после чего подается возбуждение и двигатель втягивается в синхронизм. Мощность разворотного двигателя зависит от типа насоса и условий пуска. Время пуска в среднем 2—5 минут (На ГАЭС Ренкхаузен, ФРГ для пуска агрегата 70 МВт мощность разворотного двигателя 5,5 МВт, время пуска — 3 минуты).

Мощные обратимые агрегаты ГАЭС (Том Сок 220 МВт, Нортфильд Маунтин 242 МВт, Ладингтон 312 МВт) имеют на валу вспомогательные электродвигатели, с помощью которых агрегат доводится до подсинхронной частоты вращения, а затем вводится в синхронизм. Длительность разворота агрегата и, следовательно, мощность вспомогательного (разворотного) электродвигателя координируется с требованиями маневренности агрегата в каждом отдельном случае. В зарубежной практике обычно Тразв принимается от 50 до 100 с.

4. Синхронный частотный пуск требует другую синхронную машину, которая может быть пущена в режим генератора при вращении своей гидротурбиной. Такой машиной может быть: нормальный гидроагрегат, устанавливаемый на той же ГАЭС (ГАЭС ОроБилл, США), гидроагрегат соседней ГЭС (Киевская ГЭС ГАЭС), специально устанавливаемый на ГАЭС пусковой гидроагрегат мощностью 10—30 % номинальной мощности пускаемого в режим двигателя обратимого агрегата (ГАЭС Сенека, ГАЭС Кастайк, США).

Для пуска обе машины — пусковой генератор и пускаемый двигатель — соединяются электрическими перемычками или через пусковую систему шин на электромашинном (10—15 кВ) или повышенном (110—220 кВ) напряжении.

Генератор пускается своей гидротурбиной, тронется одна машина, должна тронуться и другая. Генератор тянет за собой двигатель насоса и разворачивает его до синхронной частоты Еращения, после чего пускаемый двигатель включается в сеть, а пусковая машина отключается,

Возбуждение машинам подается от разных источников. Генератору дается полное возбуждение, а развертываемому двигателю меньшее 0,5—0,6 номинального, при этом момент трогания будет наибольшим. Длительность пуска от 2 до 5 минут.

5. Синхронны й пуск статическим преобразователем частот ы предусматривает замену вращающегося пускового генератора статическим преобразователем частоты тиристорного типа. Преобразователь частоты состоит из двух тиристорных преобразователей, выравнивающего реактора и аппаратуры управления. Один из тиристорных преобразователей действует в качестве выпрямителя, превращая трехфазный ток в постоянный. Другой тиристорный преобразователь работает как обратный преобразователь — инвертор, превращая постоянный ток в трехфазный, частота которого изменяется от очень низкой до номинального значения.

При электрическом соединении статического преобразователя с пусковым двигателем по мере увеличения частоты двигатель разворачивается до синхронной частоты, после чего преобразователь отключается, а двигатель включается в сеть.

Условия пуска должны быть всемерно облегчены — отжата вода из камеры рабочего колеса, осуществлен гидролодъем ротора, применена магнитная разгрузка и т. п.

Возможны и комбинированные способы пуска, например, прямой асинхронный пуск при пониженной частоте и последующий частотный разворот, монтаж разворотных двигателей только на двух—трех обратимых агрегатах, для остальных — частотный пуск (ГАЭС Ладингтон, США; ГАЭС Шптойоне, Япония).

Д.С.Щавелев, Гидроэнергетические установки (гидроэлектростанции, насосные станции и гидроаккумулирующие электростанции), Л., 1981

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики