Шпаргалка по дисциплине "Энергетика"

 

 

 

 

 

 

7.Газотурбинные  электростанции.

Основу современных  газотурбинных электростанций составляют газовые турбины мощностью 25-100 МВт.

КС-камера сгорания , КП- компрессор, ГТ- казовая турбина, Г  – генератор, Т – трансформатор, Д – пусковой электродвигатель.

Топливо (газ, дизельное  горючее) подается в камеру сгорания, туда же компрессором нагнетается свежий воздух. Горячие продукты сгорания отдают свою энергию газовой турбине, которая вращает компрессор и синхронный генератор.

Запуск установки осуществляется при помощи разгонного двигателя  и длится 1-2 мин., в связи с чем  газотурбинные установки отличаются высокой маневренностью и пригодны для покрытия пиков нагрузки в энергосистеме.   Общий КПД ГТЭ составляет около 30%. Для повышения экономичности газовых турбин разработаны парогазовые установки

 

8.Основные  различия между  КЭС и ТЭЦ (см. 2 билет)

ГРЭС (КЭС)                                                               

1)Выдает только электроэнергию                       

2)Желательно близость  водоема и топлива  

 

ТЭЦ                                                                

1)Электроэнергия+тепл.эн     

2)Близость воды потребителя  и  желательно топлива

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 Синхронные  генераторы

 

На современных электростанциях  применяют синхронные генереторы трехфазного  переменного тока. Первичными двигателями для них являются паровые турбины или гидротурбины. В первом случае это турбогенератор, а во втором  гидрогенератор

  Паровые турбины,  являющиеся первичными двигателями,  наиболее экономичны при высоких скоростях, но здесь конструкторов

ограничивает строгая  связь для синхронных генераторов:

,

где f— частота сети, р — число пар полюсов генератора.

Генераторы небольших  мощностей, соединенные с дизелями и другими поршневыми машинами, изготовляются  на 750 — 1500 об/мин. Большие скорости вращения ротора отражаются на его конструкции — это цилиндрическая, цельнокованая поковка из специальной легированной стали. Вдоль поверхности ротора фрезеруют радиальные пазы, в которые укладывается обмотка возбуждения. Пазы закрываются клиньями, а в лобовой части обмотка укрепляется бандажными кольцами. Ротор турбогенератора гладкий, неявнополюсный, диаметром 1,1 —1,2 м, длиной 6 — 6,5 м. Сердечник статора шихтуется из листов электротехнической стали в пакеты, между которыми образуются вентиляционные каналы. В пазы статора укладывается обмотка, закрепляемая деревянными или текстолитовыми клиньями, а лобовые части тщательно прикрепляются к конструктивным частям статора. Корпус статора изготовляется сварным и с торцов закрывается щитами с герметическими уплотнениями.

Для АЭС ввиду низких параметров пара целесообразно применять  четырехполюсные генераторы с частотой вращения 1500 об/мин.

Гидрогенераторы большой и средней мощности выполняются с вертикальным валом, в верхней части которого располагается генератор, а в нижней — гидротурбина. Мощность гидротурбины и ее скорость определяются величиной напора и расхода воды. Гидрогенераторы при больших мощностях изготовляются на 60—125 об/мин, при средних и малых — на 125 — 750 об/мин, т.е. они являются тихоходными машинами.

Статор гидрогенератора  выполняется принципиально так  же, как у турбогенератора. Ротор  тихоходных гидроагрегатов имеет большое  количество полюсов.

Это приводит к необходимости  увеличить диаметр ротора до 16 — 22 м. Кроме основной обмотки возбуждения, полюсы снабжены успокоительной обмоткой из медных стержней, уложенных в пазах полюса у периферии.

Находят применение капсульные гидрогенераторы с горизонтальным валом, заключенные в водонепроницаемую оболочку, которая обтекается потоком воды, приводящим в движение колесо гидротурбины.

Номинальные параметры и условия работы генераторов

Номинальный {нормальный) режим работы — это длительно  допустимый режим с параметрами, указанными в паспорте генератора.    Номинальное напряжение — это междуфазное напря-

жение обмотки статора  в  номинальном режиме. Согласно ГОСТ 533—85 установлена следующая  шкала стандартных напряжений: 3,15; 6,3; 10,5; (13,8); (15,75); (18); 20 и 24 кВ.

Допускается работа генератора с номинальной мощностью при отклонении напряжения

Номинальная активная мощность генератора, МВт,

полная мощность,МВ*А

где U_ном , I_ном — номинальные напряжение и ток; cosφ — номинальный коэффициент мощности.

Согласно ГОСТ 533—85Е  принята шкала номинальных мощностей турбогенераторов: 2,5; 4; 6; 12; 32; 63; 110; 160; 220; 320; 500; 800; 1000; 1200; 1600; 2000 МВт.

Шкала номинальных мощностей  крупных гидрогенераторов не-стандартизована.

Номинальный cosφ принят равным: 0,8 — для генераторов до 100 МВт; 0,85 — для турбогенераторов до 500 МВт и гидрогенераторов до 300 МВт; 0,9 — для более мощных генераторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 Системы охлаждения  генераторов

Охлаждение можно производить  воздухом, водородом, водой, маслом Отвод теплоты может осуществляться непосредственно от проводников обмотки по каналам, расположенным внутри пазов, или косвенно от поверхности ротора и статора.

Рис. 2.2. Системы охлаждения генераторов:

КВЗ — косвенное воздухом; НВЗ — непосредственное воздухом; КВР — косвенное водородом; НВР - непосредственное водородом; НВ - непосредственное водой; НМ — непосредственное маслом

Воздушное охлаждение косвенное ротора и статора. Проточная система охлаждения применяется для генераторов небольшой мощности (до 2 —4 MB-А). В этой системе воздух забирается из помещения и с помощью вентиляторов, насаженных на вал генератора, прогоняется через зазор между статором и ротором по вентиляционным каналам. При этом изоляция обмоток быстро загрязняется и срок службы генератора уменьшается. Замкнутая система охлаждения предусматривает циркуляцию одного и того же объема воздуха по замкнутому контуру: из камеры холодного воздуха с помощью вентиляторов на валу генератора воздух нагнетается в машину, охлаждает поверхность статора и ротора, попадает в камеру горячего воздуха, проходит через воздухоохладитель и вновь поступает в генератор. Для восполнения потерь воздуха за счет утечек предусматривается забор воздуха через масляные фильтры.

Водородное охлаждение косвенное турбогенераторов устроено по такой же схеме, как и воздушное. На рис. 2.4 показана схема многоструйного водородного охлаждения.

Машины с водородным охлаждением должны иметь газоплотный корпус, масляные уплотнения вала, уплотнения токопроводов к обмоткам ротора и статора, уплотнения крышек газоохладителей, лючков и съемных торцевых щитов.

Рис. 2.5. Принципиальная схема  газового хозяйства системы водородного

охлаждения:

1 — баллоны с водородом; 2 — редуктор; 3 — манометр; 4 — газоанализатор; 5 — реле давления; 6, 9 — верхний и нижний коллекторы; 7 — ротор; 8 — корпус генератора; 10 — баллоны с углекислым газом; // — баллоны сжатого воздуха; А— трубопровод в области за вентилятором; Б — трубопровод в области до вентилятора

 

На рис. 2.5 показана принципиальная схема газового хозяйства системы водородного охлаждения. При заполнении корпуса генератора водородом воздух сначала вытесняется углекислым газом во избежание образования гремучей смеси. Затем углекислый газ под давлением подается из баллонов 10 в нижний коллектор 9, воздух вытесняется через верхний коллектор 6 и выпускается наружу. Когда весь объем корпуса генератора будет заполнен углекислотой с концентрацией около 90%, закрывается вентиль «Выпуск газа» и в верхний коллектор подается из баллонов / водород, который вытесняет углекислоту через нижний коллектор и открываемый вентиль «Выпуск углекислоты». Как только чистота водорода достигнет заданного уровня, закрывается вентиль «Выпуск углекислоты», и давление водорода доводится до нормального. При останове генератора для ревизии или ремонта сначала из корпуса вытесняется водород с помощью углекислоты, которая затем вытесняется воздухом.

Турбогенераторы ТГВ-300 имеют  непосредственное водородное охлаждение обмоток статора и ротора. Циркуляция водорода создается компрессором, установленным на валу генератора со стороны контактных колец. Стержень обмотки статора состоит из двух рядов элементарных проводников прямоугольного сечения, между которыми уложены стальные трубки, в которых циркулирует водород. Обмотки ротора имеют также непосредственное охлаждение проводников. Газоохладители встраиваются в корпус со стороны турбины или выносятся в специальную камеру в нижней части.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11. Системы возбуждение  синхронных генераторов

Обмотка ротора синхронного  генератора питается постоянным током, который создает магнитный поток  возбуждения. Обмотка ротора, источник постоянного тока, устройства регулирования и коммутации составляют систему возбуждения генератора.

Системы возбуждения должны:

обеспечивать надежное питание  обмотки ротора в нормальных и  аварийных режимах;

допускать регулирование напряжения возбуждения в достаточных пределах;

обеспечивать быстродействующее регулирование возбуждения с высокими кратностями форсирования в аварийных режимах;

осуществлять быстрое развозбуждение и в случае необходимости производить гашение поля в аварийных режимах.

В зависимости от источника питания  системы возбуждения разделяются на системы независимого возбуждения и самовозбуждения.

В системе независимого возбуждения на одном валу с генератором находится возбудитель — генератор постоянного или переменного тока. В системе самовозбуждения питание обмотки возбуждения осуществляется от выводов генератора через специальные понижающие трансформаторы и выпрямительные устройства.

Для генераторов мощностью до 100 МВт в качестве возбудителя применяется  генератор постоянного тока GE, соединенный с валом генератора (рис. 2.9, а). Обмотка возбуждения возбудителя LGE питается от якоря возбудителя, ток в ней регулируется реостатом RR или автоматическим регулятором возбуждения АРВ. Ток, подаваемый в обмотку возбуждения LG синхронного генератора G, определяется величиной напряжения на возбудителе. Недостатком такой системы возбуждения является невысокая надежность работы генератора постоянного тока GE из-за вибрации и тяжелых условий коммутации при высокой частоте вращения 3000 об/мин. Другим недостатком является невысокая скорость нарастания возбуждения, особенно у гидрогенераторов (V= 1 — 2 с"¹).

В системе самовозбуждения (рис. 2.9, б) обмотка возбуждения генератора LG получает питание от трансформатора ТЕ, присоединенного к выводам генератора, через управляемые от АРВ вентили VS и от трансформаторов тока ТА через неуправляемые вентили VD. Ток вентилей VD пропорционален току статора, поэтому они обеспечивают форсировку возбуждения и работу генератора при нагрузке. Управляемые вентили VS подают ток, пропорциональный напряжению генератора, и обеспечивают регулирование напряжения в нормальном режиме. Такая система применяется для мощных синхронных машин.

Широкое распространение  получила система возбуждения с машинным возбудителем 50 Гц и статическими выпрямителями (с т а-тическая тиристорная система независимого возбуждения — рис. 2.10). На одном валу с генератором G находится вспомогательный синхронный генератор GE, который имеет на статоре трехфазную обмотку с отпайками, к которым присоединены две группы тиристоров: рабочая группа VD1 — на низкое напряжение возбудителя и форсировочная группа VD2 — на полное напряжение. Применение двух групп тиристоров обеспечивает потолок возбуждения до 4U_fH0M и высокое быстродействие (V= 50 с^-1)- Обе группы соединяются параллельно по трехфазной мостовой схеме. На рис. 2.10 для упрощения чтения схемы показаны тиристоры только в одной фазе.

Система управления тиристорами AVD2 и AVD1 питается от трансформатора ТА1 и связана с АРВ (автоматическое регулирование возбуждения). Возбудитель GE имеет обмотку возбуждения LGE, получающую питание от трансформатора ТА2 через вентили VD. В рассмотренной схеме также показаны элементы схемы автоматического гашения магнитного поля (АГП): автомат АГП, резистор R, разрядник FV и контактор КМ.

 

Рис. 2.11. Бесщеточная система  возбуждения

Рис. 2.10. Статическая тиристорная система независимого возбуждения

К недостаткам схемы  следует отнести наличие возбудителя  переменного тока, который усложняет эксплуатацию, а также наличие скользящих контактов между неподвижными щетками, к которым присоединена система неподвижных тиристоров, и подвижными контактными кольцами КК, вращающимися на валу ротора.

Последний недостаток привел _t к разработке бесщеточной системы возбуждения -  (рис. 2.11). В качестве возбудителя  GE в этой системе используется синхронный генератор 50 Гц, обмотка возбуждения которого LE расположена на неподвижном статоре, а трехфазная обмотка — на вращающемся роторе. Обмотка LE получает питание от подвозбудителя GEA через выпрямитель VDE. ;      На одном валу с возбудителем на специальных дисках укреплены тиристоры VD, которые выпрямляют переменный ток возбудителя и подают его в ротор генератора по жестким шинам без i  колец и щеток, так как ротор генератора, тиристоры VD и ротор возбудителя вращаются на одном валу с одинаковой скоростью. Регулирование тока возбуждения осуществляется от АРВ путем воздействия на тиристоры через импульсное устройство А и вращающийся трансформатор ТА.