Учебное пособие-2022. Учебное пособие Саяногорск сфу 2007
 Скачать 2.5 Mb.
|
|
Тормозная система. Для нормальной остановки агрегата его разгру- жают до холостого хода, отключают от сети, после чего закрывают направ- ляющий аппарат турбины. Вследствие большой маховой массы ротора и в случае возможных протечек воды через закрытый НА, воздействующих на рабочее колесо турбины, ротор может продолжать вращаться непрерывно с небольшой частотой вращения, поэтому требуется его торможение. Тормоз- ная система включается при снижении частоты вращения примерно до 30% от номинальной и агрегат останавливается. Для этого включаются тормоза, фрик- ционные колодки которых прижимаются к тормозному кольцу на роторе. Система пожаротушения генератора предназначена для подачи воды в генератор в случае загорания обмоток в результате КЗ. Во избежание быст- рого распространения пламени по обмоткам из-за действия вентиляционного потока воздуха подача воды осуществляется, как правило, автоматически по специальным кольцевым трубопроводам, распыляющим воду через множест- во отверстий. Кольцевые трубопроводы – распылители располагаются в не- посредственной близости от верхних и нижних лобовых частей обмотки ста- тора. 91 Рис. 5.4. Схема двусторонней замкнутой системы вентиляции генератора 1 – спица ротора; 2 – статор; 3 – воздухоохладитель; 4 – лопатки вентилятора, прикрепленные к ободу ротора; 5 – верхний и нижний воздухоразделительные щиты; 6 – перекрытия между спицами ротора Система контроля и защит генератора обеспечивает автоматический контроль параметров во избежание их опасного превышения. Контроль по некоторым параметрам действует на отключение генератора от сети, его раз- возбуждение и остановку (повреждение обмотки ротора при КЗ на землю в одной и двух точках и повреждение обмотки статора при междуфазных КЗ и витковых КЗ). По другим параметрам при их превышении генератор отклю- чается от сети (повышение напряжения, перегрузка ротора, асинхронный ход), в остальных случаях выдаётся предупредительный сигнал (снижение охлаждения, превышение температуры и др.). Подпятник и подшипники обеспечивают восприятие осевой и гори- зонтальной нагрузки. Главным из этих устройств, по условиям работы, явля- ется подпятник как по величине нагрузки, габаритам, так и сложности конст- рукции. С ростом единичных мощностей агрегатов и при этом применения в качестве материала для поверхности скольжения в подпятниках баббита – существенно снизилась надёжность этого узла. Появившийся новый матери- ал фторопласт позволил создать металлопластмассовые подпятники, обеспе- чивающие необходимую надёжность. Подпятник, или упорный подшипник, является очень ответственным узлом генератора, поэтому при проектирова- нии ему уделяется особое внимание. На крупных агрегатах величина осевой нагрузки достигает нескольких тысяч тонн. 92 Рис. 5.5. а) Подпятник генератора Саяно-Шушенской ГЭС с покрытием сегментов металлопластмассовым композитом на основе фторопласта; б) Схема работы подпятника 1 - вращающийся диск; 2 - сегмент подпятника; 3 – опорный винт; 4 – опорная кольцевая плита; 5 – набегающая кромка сегмента; 6- сбегающая кромка сегмента; 7 – ось середины сегмента; 8 – эксцентриситет. Рис.5.6. Маслованна подпятника со встроенными трубчатыми маслоохладителями В подпятнике находятся две основных части: вращающаяся (пята), ук- репленная на роторе в виде диска с зеркальной поверхностью и неподвижная, находящаяся под пятой (собственно подпятник) в виде отдельных концен- трически расположенных опор (сегментов) с антифрикционным слоем, (рис. 5.5) соприкасающимся с зеркальной поверхностью диска (зеркала). Вся эта система помещается в ванну с маслом (рис. 5.6). Работа сил трения между этими трущимися поверхностями превращается в тепло и нагревает подпят- ник. Для существенного уменьшения потерь на трущихся поверхностях сег- менты проектируют так, чтобы центр геометрической площади сегмента от- носительно оси опоры имел эксцентриситет, благодаря которому при враще- нии зеркала сегмент самоустанавливается и поворачивается навстречу дви- жению. В результате чего образуется «масляный клин» с минимальной 93 толщиной на входе около 0,1 мм, на выходе приблизительно 0,06 мм, то есть при вращении в подпятнике имеет место жидкостное трение. Включение генераторов на параллельную работу является одной из главных операций дежурного (оперативного) персонала ГЭС, которая вы- полняется повседневно. Основным способом включения генератора в сеть является точное автоматическое включение. Другие способы включения: точное ручное включение, включение способом самосинхронизации (грубая синхронизация), как регулярные способы включения на ГЭС свое значение потеряли с развитием достаточно надежных средств автоматики. Включение генератора на параллельную работу должно производиться при условии, что в каждый момент времени мгновенные значения напряже- ний всех фаз подключаемого и работающего генераторов соответственно равны по величине и совпадают по направлению. Соблюдение всех вышена- званных условий называется синхронизацией. Несоблюдение любого из ус- ловий синхронизации приведет к появлению в обмотке статора больших уравнительных токов и может стать причиной тяжелого повреждения генера- тора, а также расстройства параллельной работы ранее работавших генерато- ров. После включения генератора в сеть его нагружают, исходя из ежесу- точно задаваемого графика нагрузки данной гидроэлектростанции. 5.3. Трансформаторы Передача электрической энергии переменного тока на большие рас- стояния производится на высоком напряжении, что обеспечивает снижение потери в линиях электропередачи (ЛЭП) и уменьшает необходимое сечение проводов. Например, при передаче электроэнергии мощностью 10 млн. кВт на расстояние 1000 км необходимо напряжение 500 кВ. Преобразование (трансформация) электроэнергии одного напряжения в другое (повышение, понижение) производится в трансформаторах. Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две (или более) индук- тивно связанные обмотки и предназначенное для преобразования посредст- вом явления электромагнитной индукции одной (первичной) системы пере- менного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. Трансформа- торы для передачи электроэнергии от электростанций носят название глав- ные силовые (существуют также измерительные, испытательные и другие виды трансформаторов). Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной ин- дукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток i1, который создаёт в маг- 94 нитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе этот поток индуцирует в обмотках (первичной и вторичной) ЭДС: При подключении нагрузки Zн к выводам вторичной обмотки транс- форматора под действием ЭДС е2 в цепи этой обмотки создаётся ток i2, а на выводах вторичной обмотки устанавливается напряжение U2. В повышаю- щих трансформаторах U2 > U1, а в понижающих U2 < U1. ЭДС е1 и е2, наводимые в обмотках трансформатора, отличаются друг от друга лишь за счёт разного числа витков w1 и w2 в обмотках, поэтому, применяя обмотки с требуемым соотношением витков, принципиально мож- но изготовить трансформатор на любое отношение напряжений. Обмотка с большим числом витков, подключенная к сети с более высо- ким напряжением, называется обмоткой высшего напряжения (ВН), а об- мотка с меньшим числом витков, подключенная к источнику или сети с меньшим напряжением – обмоткой низшего напряжения (НН). Отношение ЭДС обмотки высшего напряжения к ЭДС обмотки низше- го напряжения называют коэффициентом трансформации. Конструктивно трансформаторы делят на масляные и сухие. В масля- ных трансформаторах активная часть (обмотки и магнитопроводы) поме- щается в бак, заполненный трансформаторным (изоляционным) маслом, ко- торое у мощных трансформаторов охлаждается специальной принудительной системой охлаждения. Наличие трансформаторного масла обеспечивает бо- лее надёжную работу высоковольтных трансформаторов, так как электриче- ская прочность масла намного выше, чем воздуха. Активная часть сухих трансформаторов охлаждается непосредственно окружающим воздухом. Масляное охлаждение интенсивнее воздушного, поэтому габариты и вес масляных трансформаторов меньше, чем у сухих трансформаторов такой же мощности. На крышке бака трансформатора устанавливаются вводы для соедине- ния его обмоток с внешней электрической сетью, а на ГЭС и с источниками электроэнергии – генераторами. В определенных условиях возможно присоединение нескольких гене- раторов к одному повышающему трансформатору. Такое присоединение на- зывается укрупнённым блоком. 5.4. Электрические аппараты Электрическими аппаратами (ЭА) называются электрические устрой- ства для управления потоками электроэнергии и информации, режимами ра- боты, контроля и защиты технических систем и их компонентов. 95 В основе функционирования большинства видов ЭА лежат процессы коммутации электрических цепей. К таким ЭА относятся: автоматические выключатели, контакторы, реле, кнопки управления, тумблеры, пере- ключатели, предохранители. Другую многочисленную группу ЭА, предназначенных для управления режимами работы и защиты электротехнических систем и компонентов, со- ставляют регуляторы и стабилизаторы параметров электрической энергии (тока, напряжения, мощности и частоты), а также ограничители перена- пряжений и сверхтоков. Традиционно к ЭА также относят различные виды датчиков. Назначе- нием большинства датчиков, относящихся к ЭА, является преобразование параметров различных по природе физических величин в электрические сиг- налы информационного характера (механические напряжения, расход воды и т.п.). В качестве датчиков электрических величин широко используются ма- ломощные трансформаторы тока и напряжения, называемые в этом случае измерительными трансформаторами. На ГЭС включение и отключение генераторов, ЛЭП, переключения в главных электрических цепях осуществляется исключительно высоковольт- ными автоматическими выключателями. Кроме того, в состав электрообору- дования ГЭС входят многочисленные разъединители, высоковольтные пре- дохранители, высоковольтные измерительные трансформаторы напряжения и тока. Управление состоянием автоматических выключателей и контакторов осуществляется различными видами реле. Совокупность устройств, содержащих одно или несколько реле, спо- собных реагировать на нарушения нормальной работы электроустановки при коротких замыканиях, перенапряжениях, асинхронных режимах и других, выявлять их и одновременно давать команду на отключение поврежденного участка электроустановки, называется релейной защитой. Эта защита является важной и неотъемлемой частью электроустановок, без которых работа их невозможна. Главными требованиями, предъявляемы- ми к релейной защите, являются надёжность и быстродействие. Общее время прекращения горения электрической дуги с момента выявления КЗ складывается из времени действия релейной защиты и времени действия вы- ключателя (отключение). Собственное время отключения одного из лучших отечественных ВВ составляет 0,04с. Время действия релейной защиты около 0,05÷0,06с, итого: общее время от начала КЗ до момента полного расхожде- ния контактов ВВ около 0,1с. Несмотря на такое непродолжительное дейст- вие электрической дуги, разрушения могут быть значительными. Классификация электрических аппаратов может быть проведена по разным признакам, например: 96 – по напряжению: низкого (до 1000 В) и высокого (от единиц до тысяч киловольт) напряжения; – по назначению тока: слаботочные (до 5 А) и сильноточные (от 5 А до сотен килоампер); – по роду тока: постоянного, переменного; – по частоте источника питания: с нормальной (до 50 Гц) и по- вышенной (от 400 Гц до 10 кГц) частотой; – по роду выполняемых функций: коммутирующие, измеряющие, ограничивающие по току или напряжению, стабилизирующие; Главными коммутационными аппаратами тока на гидростанциях явля- ются выключатели высокого напряжения (высоковольтные – ВВ), которые служат для включения генераторов и высоковольтных ЛЭП, отходящих от ГЭС, а также отключения их и других элементов электроустановок электро- станции под нагрузкой и при коротких замыканиях. Выключатели большой мощности устанавливаются в цепях присоеди- нения генераторов к трансформаторам и в присоединениях ЛЭП в распреде- лительных устройствах. С целью сохранения устойчивости параллельной ра- боты энергосистемы и бесперебойного питания потребителей электроэнергии КЗ должны отключаться как можно быстрее. Выключатели должны при этом обладать высокой надёжностью, они должны быть взрыво- и пожаробезопас- ными. Автоматическое повторное включение (АПВ) – одно из важнейших свойств выключателей. Оно гарантирует быстрый автоматический ввод в ра- боту электрического оборудования (после его отключения релейной защи- той) с целью повышения надёжности режима электросети по электроснабже- нию потребителей. Применяют АПВ ЛЭП, трансформаторов, сборных шин ОРУ и подстанций. Применяется АПВ одно- и многократного действия, а также однофазное АПВ (ОАПВ), трёхфазное АПВ (ТАПВ) и др. Эффектив- ность АПВ тем выше, чем быстрее оно следует за аварийным отключением. В последние годы проектирование высоковольтных выключателей идёт по пути использования ещё более совершенной дугогасительной среды – эле- газа (тяжёлый газ без цвета и запаха, в 5 раз превышает плотность воздуха; изолятор, электрическая прочность в 2 раза выше прочности воздуха). В эле- газе при атмосферном давлении может быть погашена дуга с током в 100 раз превышающим ток, отключаемый в воздухе при тех же условиях. Когда возникла необходимость создания крупных ГЭС с мощными и сверхмощными генераторами, то возникла и проблема создания ВВ, устанав- ливаемых в цепи генераторов непосредственно на его выводах (см. выше). Применительно к Саяно-Шушенской ГЭС номинальный ток ВВ при напря- жении 15,75 кВ равен 28,5 кА, а ударный ток сквозного КЗ достигает 480 кА. Так, для Саяно-Шушенской ГЭС был создан аппаратный генераторный комплекс (КАГ-15,75), объединяющий в себе: выключатель нагрузки, разъе- 97 динитель, заземляющие ножи, трансформаторы тока и напряжения. Из-за сложности задачи КАГ-15,75 был создан лишь как выключатель нагрузки, он не способен отключать токи КЗ. В последнее время в мире создаются аппараты для применения в цепях генераторов на значительно большие параметры с существенным уменьше- нием габаритов, также на основе применения элегаза. Разъединители применяются для коммутации элементов цепи при от- сутствии тока. Это позволяет выводить оборудование для ревизии и ремонта (сначала ток отключается выключателем, потом цепь отсоединяется разъеди- нителем). Таким образом, основным назначением разъединителей является обеспечение безопасности производства ремонтных работ в установках вы- сокого напряжения. Разъединители позволяют надёжно отсоединять (изоли- ровать) те части электроустановки, на которых должны производиться ре- монтные работы, от других частей установки, остающихся под напряжением. Контакты разъединителей находятся в воздухе, что обеспечивает види- мость места разрыва цепи. Расстояние между разомкнутыми контактами должно быть такое, чтобы для его электрического пробоя требовалось на- пряжение большее, чем для пробоя расстояния между фазой и заземленной частью конструкции разъединителя или между его фазами. Этим предотвра- щается возможность перекрытия электрической дугой между разомкнутыми контактами разъединителя при возникновении перенапряжений в электроус- тановке. Открытая электрическая дуга чрезвычайно опасна для обслужи- вающего персонала. Электрические реле автоматики – это устройства для защиты элек- трических систем, сетей и цепей, а также другого оборудования (генераторы, трансформаторы, реакторы, крупные электродвигатели и др.) от несанкцио- нированных режимов работы. Они формируют сигналы, оповещающие о приближении нештатных ситуаций и об их наступлении; реле усиливают, размножают, обрабатывают, кодируют и запоминают поступающую инфор- мацию; реле выдают управляющий сигнал на отключение соответствующих ЭА. Аккумуляторные батареи. На гидростанциях в электроустановках, применяются многочисленные вспомогательные электрические устройства и механизмы, в том числе наиболее ответственные устройства релейной защи- ты и автоматики, а также приводы электрических аппаратов и механических устройств защиты, двигатели-генераторы аварийного освещения и др. Все подобные устройства питаются электроэнергией от специальных источников, которые называют источниками оперативного тока. Соответствующие элек- трические цепи, питающие названные устройства, называют оперативными цепями, а схемы их питания – схемами оперативного тока. Цепи оперативно- го тока и их источники должны обладать исключительной надёжностью, по- скольку от бесперебойности питания цепей автоматики и релейной защиты 98 зависит и надёжность работы оборудования, и его целостность. В связи с этим оперативный ток должен поступать от источника, не зависящего ни от электрической сети энергосистемы ни от работы агрегатов электростанций при любой аварии. Такими источниками являются аккумуляторные батареи, которые располагаются на электростанциях (в зданиях ГЭС и на распредели- тельных устройствах), а также на каждой подстанции, где необходим опера- тивный постоянный ток – это, как правило, крупные подстанции. 5.5. Главная электрическая схема гидроэлектростанций. Схема собственных нужд и распределительные устройства Таким образом, на ГЭС создается система соответствующих электри- ческих устройств, аппаратов и их соединений (источники питания – генера- торы; преобразователи напряжения – трансформаторы; коммутационные ап- параты – выключатели, разъединители; защитные устройства и др.), которая позволяет выдавать электроэнергию, распределять её по направлениям по- требителям (энергосистемам) и резервировать выдачу электроэнергии в слу- чае выхода из строя части агрегатов. Графическая структура (строение) указанной системы называется |