Работа генератора в различных режимах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Данные методические указания позволяют более глубоко изучить работу генератора в различных режимах в зависимости от параметров P, Q, If, а также получить практические навыки в построении круговой диаграммы.

Программа выполнения работ

1. Особенности работы ТГ в режиме СК.

2. Особенности работы ГГ в режиме СК.

3. Ограничение режимов работы генератора в режиме СК.

4. Составляющие потерь активной мощности, обусловленные реактивной нагрузкой генератора.

Схема выдачи (потребления) активной и реактивной мощности:

Примечание: 1) Xd?=ХdГ+Хdс;

2) Хdс состоит из суммы сопротивлений от ЭС до Г.

Отчет должен содержать:

1. Построение круговой диаграммы генератора согласно заданному варианту.

2. Построение векторных диаграмм:

а) Q=var, P=var, If=const;

б) Q=var, P=const, If=var;

в) Q=const, P=var, If=var;

1. Работа турбогенератора в режиме синхронного компенсатора с присоединенной турбиной

Работа генератора в режиме синхронного компенсатора с присоединенной турбиной возможна в том случае, если турбина допускает длительный беспаровой режим (без повышения температуры отдельных элементов до недопустимых значений).

При работе турбогенератора в режиме синхронного компенсатора, с присоединенной турбиной, турбина мощностью более 50 МВт не может работать длительное время при открытии направляющего аппарата близком к холостому ходу. При полностью закрытом направляющем аппарате, вращение паровой турбины со стороны генератора, перешедшего в двигательный режим, может вызвать перегрев хвостовой части турбины. До 3-х минут турбогенератор может работать электродвигателем с присоединенным валом паровой турбины без пропуска пара для охлаждения. При длительной работе турбогенератора в качестве синхронного компенсатора турбина должна быть отсоединена от генератора.

В настоящее время широко практикуется перевод турбогенераторов в режим синхронного компенсатора без отсоединения турбин. Турбогенераторы мощностью 50 МВт и выше используются в режиме синхронного компенсатора с отсоединением генераторов от турбин. Турбогенераторы мощностью до 6 МВт переводятся в режим синхронного компенсатора без расцепления с турбиной. Опыт перевода более мощных турбогенераторов в режим синхронного компенсатора без отсоединения их от турбины еще мал.

Для обратного перевода агрегата в генераторный режим требуется восстановить жесткое соединение валов, на что затрачивается много времени. Поэтому на станциях, где часто турбогенератор работает в режиме синхронного компенсатора однажды собранную схему оставляют. В покрытии максимума активной нагрузки такой генератор не участвует.

2. Перевод гидрогенератора в режим синхронного компенсатора

Генераторы по своей конструкции могут работать в режиме синхронных компенсаторов только с присоединенной гидротурбиной. Перевод гидрогенераторов в режим синхронных компенсаторов может производиться без остановки агрегатов и не требует никаких переключений в электрической схеме. При наличии воды, для покрытия дефицита реактивной мощности энергосистем, свободные гидрогенераторы используются в качестве синхронных компенсаторов. Если воды недостаточно, то работа гидрогенератора в компенсаторном режиме производится при непосредственном соединении с турбиной, но с обязательным освобождением рабочего колеса турбины от воды. Если в рабочем колесе остается вода, то рабочее колесо будет перемалывать воду, на что потребуется большая активная мощность, получаемая генератором от системы.

При переводе гидрогенератора в режим синхронного компенсатора в тех случаях, когда рабочее колесо турбины расположено выше уровня нижнего бьефа, необходимо осуществить срыв вакуума впуском воздуха из атмосферы в область рабочего колеса через клапан срыва вакуума.

Процесс срыва вакуума производится в следующей последовательности:

1. Агрегат, работающий в сети, разгружается от активной нагрузки до полного закрытия направляющего аппарата без отключения от сети. Генератор начинает работать двигателем потребляя активную мощность из сети.

2. В камеру рабочего колеса турбины впускается атмосферный воздух через реконструированный клапан срыва вакуума. Контроль за состоянием турбины и ее обслуживанием при работе агрегата в режиме синхронного компенсатора остаются теми же, что и при работе в генераторном режиме. После срыва вакуума увеличением возбуждения генератор загружается реактивной нагрузкой.

Когда рабочее колесо гидротурбины расположено ниже уровня воды в нижнем бьефе, следует отжать воду впуском в область рабочего колеса воздуха под давлением от специальных ресиверов.

Освобождение рабочего колеса от воды путем отжатия ее производится в следующей последовательности:

а) после разгрузки агрегата от активной нагрузки и закрытия направляющего аппарата, в камеру рабочего колеса впускается сжатый воздух от ресивера. Величина создаваемого в камере избыточного давления должна обеспечить снижение уровня воды до отметки нижнего торца рабочего колеса турбины;

б) после освобождения рабочего колеса от воды, что определяется по уменьшению потребляемой активной мощности из сети, впуск воздуха прекращается.

Утечки воздуха из камеры рабочего колеса необходимо восполнять с помощью компрессоров, которые включаются в работу периодически при падении давления в камере. Наблюдение за давлением ведется по манометру.

В конструкции турбины должны быть выполнены уплотнения для поддержания давления воздуха.

3. Ограничение режимов работы генератора в режиме компенсатора

Как и любая синхронная машина, синхронный генератор может работать в режиме генератора или электродвигателя как с перевозбуждением, так и с недовозбуждением. Известно, что при работе машины в генераторном режиме активная мощность всегда выдается в сеть (положительное направлением мощности), а при работе в качестве двигателя машина получает активную мощность из сети (отрицательное направление мощности). Реактивная мощность выдается в сеть при перевозбуждении машины (положительный знак мощности) и потребляется из сети при недовозбуждении (отрицательный знак мощности). При графическом изображении мощности на диаграмме синхронной машины вектор полной мощности S может проходить в любом из четырех квадрантов тригонометрического круга.

На рисунке 1 изображена диаграмма допустимых мощностей синхронного генератора с учетом ограничений режимов работы генератора и турбины.

Рис.1 Круговая диаграмма допустимых мощностей синхронного генератора.

Внешней границей диаграммы является окружность радиусом Sн, учитывающая ограничение нагрузки статора генератора по полной мощности. Внутри этой окружности построены границы допустимых нагрузок с учетом ограничений мощности турбины (активная мощность Р) и тока ротора генератора (реактивная мощность Q). По условиям работы паротурбины ограничиваются величины максимально и минимально допустимых активных нагрузок Pmax и Pmin. Для гидротурбины не всегда ограничивается минимальная нагрузка, но имеют место ограничения при средних нагрузках, связанные с кавитацией турбины (на диаграмме эти ограничения не показаны). Таким образом, зона допустимых режимов работы агрегата по активной мощности с учетом ограничений нагрузок паротурбины находится в пределах от Pmin до Pmax. Если генератор имеет необходимые устройства для перевода в режим синхронного компенсатора, то появляется еще одна зона допустимых режимов: между линией нулевой нагрузки Q-o-n (при Р=0) и линией f-g-e. Ширина этой зоны определяется величиной потерь активной мощности в агрегате при компенсаторном режиме зависящей от реактивной нагрузки генератора. Поэтому линия f-g-e - кривая. Мощность, покрывающая эти потери, поступает из сети в генератор. На насосно-аккумулирующих ГЭС, в период зарядки гидроаккумуляторов, турбины могут работать в качестве насосов, а генераторы - в качестве их синхронного электропривода. Зона режимов работы таких гидрогенераторов на рисунке 1 обозначена пунктирными линиями (a-l-k-m-n).

По условиям нагрева ротора синхронного генератора ограничивается максимально допустимая величина реактивной мощности, выдаваемая в сеть при работе генератора с перевозбуждением.

Ограничение реактивной мощности генератора в зависимости от его активной нагрузки может быть определено графически. Ниже приводится способ графического построения кривой ab ограничения реактивной мощности генератора.

На рисунке 2 построена кривая ab для генератора: Sн=90 МВА, cosн=0.8, Xd=0,9.

Порядок построения:

1) из начала координат О проводим дугу окружности радиусом Sн;

2) по оси абсцисс откладываем Рн=Sн•cosн ;

3) определяем точку b на дуге Sн.

Эта точка соответствует номинальному режиму работы генератора, то есть номинальным токам статора и ротора при номинальном напряжении на выводах генератора.

4. по оси ординат вниз откладывают отрезок

.

5. Из точки O', как из центра, проводят окружность радиусом o'b и получаем искомую кривую ab.

Рис. 2 Графический расчет ограничения реактивной мощности генератора в зависимости от активной мощности.

Таким же путем строится кривая максимально допустимой реактивной мощности и во втором квадранте диаграммы.

Величина максимально допустимой реактивной мощности, потребляемой генератором из сети при работе его с недовозбуждением ограничивается по условиям устойчивой параллельной работы недовозбужденного генератора в системе. Поэтому граничные значения реактивной мощности, потребляемой генератором из сети в режиме недовозбуждения определяются устойчивостью электрических систем. Пределы устойчивой работы зависят от параметров данного генератора и электрической системы, а также от способа регулирования возбуждения. При работе станции на шины бесконечной мощности определение предела передаваемой мощности генератора в режиме недовозбуждения производится по формуле идеального предела мощности при постоянной синхронной ЭДС, то есть при отсутствии автоматического регулирования возбуждения генераторов системы:

(1),

где Xd?-синхронной индуктивное сопротивление генераторов станции совместно с внешним сопротивлением Хс от шин генераторного напряжения до шин системы бесконечной мощности, на которой поддерживается напряжение U.

Синхронная ЭДС с учетом отрицательного знака реактивной мощности в режиме недовозбуждения генератора определяется из выражения:

(2).

Значение этой ЭДС, получаемое из выражения (1) идеального предела мощности, равно , и при запасе устойчивости 15% равно

(3).

Решая совместно уравнения (2) и (3) получим следующее выражение для реактивной мощности генератора (или станции) включенного на шины неизменного напряжения U энергосистемы за сопротивлением

: (4),

где Q - предельная величина реактивной мощности генераторов в режиме недовозбуждения при заданной величине активной нагрузки станции Р0. При Р0=0 получается максимальное значение реактивной мощности, потребляемой генератором в режиме холостого хода или в режиме компенсатора (точка n на рисунке 1):

(5).

Подставив в выражение (4) значение Q=0, находим (за пределами рисунка) точку пересечения прямой линии Q=f(P0), определяемой выражением (4), с осью абсцисс:

(6).

Отрезок ch прямой, проведенной через полученные две точки r и d, является линией ограничения реактивной мощности генератора в режиме недовозбуждения по условиям устойчивости (с коэффициентом запаса 1,15). Построение линии ограничения реактивной мощности генератора насосно-аккумулирующей ГЭС, работающего в режиме недовозбуждения синхронного двигателя, производится по этим же формулам. Приведенные формулы справедливы для генераторов, работающих в различных режимах без АРВ. Если же генератор снабжен АРВ пропорционального действия, приспособленным для регулирования недовозбужденных синхронных машин, то в этих формулах вместо значения Xd подставляется значение переходного сопротивления X'd.

турбогенератор компенсатор мощность нагрузка

4. Потери активной мощности, обусловленные реактивной нагрузкой генераторов

В энергосистемах основным источником реактивной мощности являются генераторы.

Если в зарубежных энергосистемах электростанции производят 30-50% всей потребляемой реактивной мощности, то в энергосистемах стран СНГ доля электростанций в балансе реактивной мощности составляет 70-90%. Поэтому часть генераторов пиковых станций не останавливается в резерв, а работает специально для покрытия реактивной нагрузки потребителей. На пиковой станции различают два вида источников реактивной мощности: совмещенные и специальные. Совмещенными источника являются те генераторы, которые вырабатывая активную мощность производят также реактивную как попутный продукт.

Потери активной мощности на производство реактивной в совмещенных источниках невелики: они равны 0,003-0,01 кВт/кВАр. В технико-экономических расчетах ими обычно пренебрегают.

Специальные источники реактивной мощности - это конденсаторы, асинхронные компенсаторы и генераторы, работающие в данный момент только для выработки реактивной мощности. Потери в этих генераторах, механические потери в ткрбинах и расходы энергии на собственные нужды обусловлены производством недостающей реактивной мощности.

В этом случае удельные потери составляют 0,030,06 кВт/кВАр, то есть в 610 раз больше, чем в совмещенных источниках. Потери мощности в генераторе при любой его нагрузке состоят из трех основных слагающих:

1) постоянные потери Рпост (на трение, на перемагничивание, на вентиляцию);

2) переменные потери в статоре РС, пропорциональные квадрату тока в обмотке статора;

3) переменные потери в роторе РВ, пропорциональные квадрату тока в роторе (возбуждение).

Таким образом, суммарные потери в номинальном режиме равны:

РГН=Рпост+РСН+РВН.

При нагрузке генератора S отличной от номинальной Sн потери равны:

;

Часть этих потерь связана с активной мощностью генератора, часть с реактивной.

Список литературы

1. Баркан Я. Д. «Эксплуатация электрических систем», Москва 1990г.

2. ПТЭ Электрических сетей России, Москва 2003г.

3. Мандрыкин С. А., Филатов А. А. «Эксплуатация и ремонт электрооборудования станций и систем», Москва 1990г.

4. Филатов А. А. «Оперативное обслуживание электрических ПС», Москва 1990г.

5. Учебная литература по ЭЧС. Авторы: Васильев А. А., Неклепаев Б. Н., Усов С. В.

6. Дорошев К. И. «Эксплуатация КРУ 6-220 кВ», Москва 1987г.

Размещено на Allbest.ru