Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

ОСНОВНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ГАЭС И НС

ГАЭС и НС могут работать как в установившихся, так и в переходных режимах. На рис. 20-1 показана схема режимов работы обратимых агрегатов ГАЭС.

К установившимся режимам работы относятся: насосные, турбинные, компенсаторные при турбинном или насосном направлении вращения. Переходные процессы подразделяются на: а) нормальные эксплуатационные, которые возникают согласно графику работы станции, и б) аварийные, появляющиеся внезапно в аварийных ситуациях. Рассмотрим нормальные эксплуатационные режимы обратимого агрегата. Они следующие • (рис. 20-1): 1— пуск в насосном режиме и регулирование расхода и напора; 2— остановка из насосного режима; 3—переход из насосного в компенсаторный режим; 4 — переход из компенсаторного режима в насосный; 5 — остановка из компенсаторного (насосное направление вращения) режима; 6 — переход из насосного режима в турбинный; 7 — пуск в турбинном режиме и регулирование мощности; 8 — переход из турбинного режима в ком-пенсаторный; 9 — переход из компенсаторного режима в турбинный; 10— остановка из компенсаторного (турбинное направление вращения) режима; 11 — остановка из турбинного режима.

При переходе из турбинного режима в насосный агрегат останавливается, а затем пускается в насосный режим (рис. 20-1, 11 — 1).

Аварийные режимы ГАЭС характеризуются внезапным отключением электромашины от энергосистемы (рис. 20-1): 12 — отключение в турбинном режиме; 13 — отключение в насосном режиме.

Агрегаты НС могут работать в нормальных эксплуатационных (1-5) и аварийном (13) режимах.

Продолжительность нормальных эксплуатационных переходных процессов обусловлена параметрами оборудования и сооружений ГЭУ, условиями ее работы в энергетической или водохозяйственной системе. В табл. 20-1 приведены некоторые основные параметры крупных обратимых агрегатов и продолжительность их переходных режимов.


На рис. 20-2 показана диаграмма последовательности операций и изменение основных параметров при переводе обратимого агрегата из насосного режима в турбинный и наоборот. Перевод агрегата в турбинный режим (рис. 20-2, а) происходит при открытом затворе. При отключении двигателя от сети начинает закрываться направляющий аппарат до открытия, соответствующего холостому ходу ах.х в турбинном режиме. Происходит снижение частоты вращения в насосном режиме до нуля, а затем возрастание частоты вращения п в турбинном режиме до номинальной пт. Осуществляется включение нагрузки N, ее набор и регулирование до требуемой NT. При переводе агрегата из турбинного в насосный режим (рис. 20-2, б) начинает закрываться затвор трубопровода, а за-тем закрывается направляющий аппарат. При этом снижается мощность агрегата до нуля. Частота вращения агрегата снижается, причем для быстрейшей остановки машины производится электрическое торможение. При п = 30 %п0 в камеру рабочего колеса подается сжатый воздух и происходит отжатие воды из камеры. Одновременно с остановкой агрегата производится его пуск в насосный режиме. Набор оборотов производится при опорожненной камере рабочего колеса и потребляемой мощности до 0,15iVH. При достижении оборотов, близких к синхронным, производится синхронизация, а затем открытие затвора а3 направ-ляющего аппарата до открытия холостого хода и выпуск воздуха из камеры рабочего колеса. Производится дальнейшее открытие направляющего аппарата и набор мощности до номинальной в насосном режиме Ns

Неустановившийся режим работы станции вызывает электромагнитные. механические и гидравлические переходные процессы. Переходные процессы являются более опасными для оборудования и сооружений, чем установившиеся и должны учитываться при проектировании и эксплуатации ГАЭС и НС.



В процессе пуска электродвигатель потребляет ток, значительно превышающий номинальный, иногда в 5—7 раз. Длительное время пе-реходного процесса может явиться причиной недопустимого нагрева обмоток. Поэтому при выборе электродвигателей для НС и ГАЭС проверяют их на нагрев при пуске и в необходимых случаях устанавливают двигатели увеличенной мощности.

При аварийном отключении агрегатов НС от электросети насосы переходят в турбинный режим работы. Причем может оказаться, что частота их вращения в турбинном режиме существенно превысит допустимую по условиям крепления обмоток ротора или прочности отдельных узлов двигателя или насоса. В этом случае необходимо предусмотреть специальные тормозные устройства. При закрытии запорного органа на трубопроводе турбинный режим работы насоса называется угонным, а при аварийном отказе от закрытия запорного органа — разгонным. Максимальную частоту вращения ротор агрегата достигает в разгонном режиме.

Переходные процессы могут вызвать значительные динамические нагрузки на элементы проточной части агрегата и сооружений ГЭУ. Переходные процессы, как правило, сопровождаются интенсивными пульсациями гидродинамического давления и усилий на органы гидромашины, повышенными вибрациями узлов оборудования и строительной части сооружений. При этом возможны резонансные явления.


Так, например, П. П. Аршеневский в [8-1] приводит результаты исследований переходных процессов на Кубанской ГАЭС. Он показывает, что наибольшие динамические нагрузки на лопатку направляющего аппарата обратимой гидромашины наблюдаются в режиме противотока, при этом двойная амплитуда момента на лопатке в 10 раз больше, чем его среднее значение, и в 19 раз превосходит пульсацию момента с лопастной частотой (равной произведению частоты вращения насоса на число лопастей) в установившемся режиме. Пульсации давления в водоводе ГАЭС при разгонном режиме иногда достигают 55 % от напора [19-1].

Развитие кавитационных явлений при переходных процессах может быть интенсивно, что иногда требует, как указывает В. Я. Карелин в [9-2], специальных мер для их снижения. Например, при переходном процессе в осевом насосе зафиксировано изменение давления в камере рабочего колеса, достигающее пяти статических напоров, а кавитационные зоны занимают до 7з ширины межлопастных каналов.рабочего колеса.

Переходные процессы в водоводах НС и ГАЭС могут сопровождаться разрывом сплошности потока, а затем значительным гидравлическим ударом. По исследованиям ВНИИВодгео напор в трубопроводе НС при гидравлическом ударе может достичь значения

Для оценки эксплуатационной надежности оборудования и сооружений необходимо исследовать переходные процессы, возникающие в НС и ГАЭС в условиях нормальной эксплуатации и в прогнозируемых аварийных режимах.

При проектировании НС учитывают основные характеристики переходных процессов, а именно: а) длительность процесса при пуске и остановке агрегата; б) угонную и разгонную частоту вращения ротора; в) время выхода агрегата в угонный и разгонный режим; г) максимальный момент на валу насоса; д) максимальное и минимальное гидродинамическое давление в проточном тракте; е) время заполнения водой трубопровода и сифона; ж) возможность повторного включения агрегата после кратковременного отключения.

Переходные процессы в НС и ГАЭС изучаются на натурных объектах [8-1], а также на физических [20-4] и математических моделях с помощью цифровых [20-2, 20-3] и аналоговых [20-1] ЭВМ.

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