Преимущества объединения станций в систему

Объединение всех потребителей электроэнергии в единую электрическую систему приводит к выравниванию графика нагрузки, что дает возможность более полно использовать оборудование электрической системы, установленную мощность электростанций, которая должна быть рассчитана на максимальную мощность нагрузки. Объединение всех электростанций в систему позволяет обеспечить быструю, маневренную взаимопомощи между разными станциями при изменении нагрузки системы, аварийных повреждениях ее элементов. Работа электрических станций на общую сеть, а не на отдельных потребителей электроэнергии дает возможность концентрировать производство электроэнергии, внедрять мощные наиболее экономичные энергетические агрегаты, облегчает управление работой системы, ее автоматизацию и кибернетизацию.

Централизованное распределение электроэнергии и концентрированное ее производство снижают капитальные затраты на единицу установленной мощности, эксплуатационные расходы и себестоимость электроэнергии, позволяют форсировать развитие электроэнергетики.

Решение энергетических задач в рамках развития энергосистем позволяет комплексно подходить к использованию топливных, водноэнергетических и иных ресурсов с учетом влияния производства электроэнергии на окружающую биосферу. Поэтому электрическая станция при проектировании, сооружении и эксплуатации должна всегда рассматриваться как элемент большой электрической системы и все решения по ее структуре, начиная с мощности агрегатов и, кончая устройствами регулирования, схемой электрических соединений ее отдельных элементов, должны приниматься с учетом общесистемного подхода к этой станции как элементу большой и сложной системы. Это важнейшее обстоятельство читатель должен иметь в виду постоянно при изучении всех разделов данного учебника.

Глава 2

СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Общие сведения

В наиболее распространенных конструкциях мощных синхронных электрических машин на неподвижной части машины (статоре) располагается трехфазная обмотка переменного тока. Обмотка статора закладывается в пазы активной стали статора, набранной из пластин электротехнической стали (рис. 2-1,а).

На вращающейся части синхронной машины (роторе) располагается обмотка возбуждения, питаемая постоянным током. Конструкция ротора может быть неявнополюсной при одной паре полюсов на роторе(рис.2-1,б) и явнополюсной при большом числе пар полюсов на роторе (рис. 2-1,в).

Рис. 2.1 Конструктивные элементы синхронных электрических машин.

Число пар полюсов связано с частотой переменного тока и частотой вращения ротора синхронной машины следующим образом:

pn=60 f (2-1)

где р—число пар полюсов; п—частота вращения ротора, об/мин; f—частота переменного тока, Гц.

Ротор с неявновыраженными полюсами имеют турбогенераторы и синхронные двигатели, имеющие частоту вращения 3000 об/мин.

Такой ротор представляет собой цилиндр из стали высокой прочности. В бочке ротора вдоль цилиндра профрезерованы пазы, в которые заложена обмотка возбуждения (рис.2-1,6), изготовленная из полосовой меди 3 (рис.2-2). Полосы изолируются микалентой. От стали ротора обмотка изолируется

миканитовыми пластинками 4.

Для удержания от центробежных сил обмотка ротора укрепляется в пазах металлическими клиньями 5. Лобовые части обмоток укрепляются с помощью стальных массивных бандажей или капп.

Диаметр бочки ротора не превышает 1250 мм. Увеличение бочки ротора сопряжено с трудностями создания больших поковок необходимой механической прочности.

Максимальная длина бочки ротора ограничивается величиной 6,5 м, общая длина ротора с валом между подшипниками 12 м. Последнее определяется необходимостью уменьшения прогиба вала ротора и удаления критической частоты вращения ротора от номинальной частоты вращения (а также от его половинной частоты) во избежание совпадения частот колебаний несбалансированных механических сил с собственной частотой поперечных колебаний ротора.

Ротор с явновыраженными полюсами имеют гидрогенераторы, синхронные компенсаторы и синхронные двигатели с частотой вращения до 1 500 об/мин. В этом случае обмотка возбуждения выполняется в виде катушек прямоугольного сечения, размещенных на сердечниках полюсов и удерживаемых от центробежных сил полюсными наконечниками (рис. 2-1,в).

Параметры, характеризующие возможность длительной безаварийной работы турбогенератора при расчетных условиях внешней среды, называют номинальными. На щитке генератора указаны: тип генератора, число фаз, частота тока, номинальная мощность в виде активной мощности, кВт, и в виде полной (кажущейся) мощности, кВА, линейное напряжение, В; схема соединения фаз статора(звезда или треугольник); ток статора. А; напряжение возбуждения, В; ток ротора, А; коэффициент мощности; частота вращения, об/мнн; классы изоляции обмоток статора и ротора; к. п. д., %; давление охлаждающих веществ.

Номинальная мощность и частота вращения связаны с геометрическими размерами машины [Л. 2, 3]. Известно, что электромагнитная мощность всякой электрической машины

P_э≡EI (2-2)

где Е—э. д. с. ее обмотки; I—ток в обмотке.

В свою очередь, E≡Фn, где ω—число витков в обмотке; Ф—магнитный поток, сцепленный с обмоткой.

Приняв во внимание, что Ф=F_фB , I=JF,где В— среднее значение магнитной индукции в пределах площади, охватываемой витками; J—плотность тока; F_ω—сечение витка, соотношение (2-2) можно записать в виде

P_э≡F_фFBnJ (2-3)

В выражении (2-3) произведение F =F_м представляет собой общее сечение меди всех витков, произведение сечений F_м и F_ф пропорционально четвертой степени линейных размеров машины l, т. е.

Pэ≡JBnl⁴ (2-4)

Рассмотрим ряд машин возрастающей мощности, подобных по своим геометрическим формам и имеющих одинаковые плотности тока и магнитные индукции. Тогда из (2-4) следует, что линейные размеры машин пропорциональны корню четвертой степени из Рэ/п:

Так как момент вращения машины M≡Pэ/n то (2-5) можно записать в виде

Это означает, что в ряде машин возрастающей мощности, имеющих неизменные плотности тока и величины магнитных индукций, линейные размеры растут пропорционально корню четвертой степени из их номинального момента вращения.

Для ряда электрических машин с одинаковой частотой вращения (а также для трансформаторов)

Эта закономерность дает возможность сделать ряд важных выводов. Поскольку масса активных материалов (меди и стали) пропорциональна их объему (т. е. l³), значит для ряда подобных машин масса

Для такого же ряда машин можно считать стоимость активных материалов машины С и потери П в них пропорциональными массе активных материалов, следовательно,

Для сопоставления электрических машин введем величины массы, стоимости и потерь, приходящиеся на единицу мощности машины. Согласно (2-7)—(2-9)

G/P_э≡C/P_э≡П/P_э≡ / P_э=1/ (2-10)

т. е. в ряде подобных машин масса, стоимость и потери, приходящиеся на единицу мощности, обратно пропорциональны корню четвертой степени из мощности машины.

Таким же образом из (2-7)—(2-9) следует, что суммарные масса С_R, стоимость G_R и потери П_R для R одинаковых машин всегда больше массы, стоимости и потерь одной машины, изготовленной на суммарную мощность:

G_k/G₁≡C_k/C₁≡П_k/П₁≡

Поэтому одним из основных направлений развития в электрических системах является укрупнение мощностей единичных синхронных генераторов.

Теперь обратимся к величинам B и J, которые были приняты одинаковыми для подобного ряда машин. Из выражения (2-4) видно, что при фиксированных размерах машины можно добиться увеличения ее мощности увеличением B и J.

Увеличение магнитной индукции позволяет снизить количество используемой электротехнической стали, но влечет за собой увеличение потерь в стали на гистерезис и вихревые токи. Эти потери пропорциональны квадрату индукции и частоте в степени около 1,3. Кроме того, увеличение индукции влечет за собой увеличение тока возбуждения и соответственно увеличение потерь в роторе. Оптимальная величина магнитной индукции выбирается с учетом качества электротехнической стали, типа и мощности машины. Для генераторов средней и большой мощности она находится в пределах 0,5—1,1 Вб/м².

Допустимая величина плотности тока зависит от нагревостойкости применяемых изоляционных материалов и условий охлаждения электрических машин. С развитием систем охлаждения у крупных машин используемая плотность тока выросла от 2—3 А/мм² до 7—12 А/мм² в обмотках статора и до 15 А/мм² в обмотках ротора. В настоящее время увеличение единичной мощности турбогенераторов с применением интенсивного охлаждения происходит при практически установившихся габаритах машин.

Дата добавления: 2016-06-05; просмотров: 1980;