76103

Определение располагаемой мощности турбогенератора ТГВ – 300

Лекция

Энергетика

К анормальным режимам работы синхронных машин связанные со значительными аварийными перегрузками или потерей возбуждения работа с недовозбуждением асинхронный ход работа при отказе системы охлаждения а также при появлении значительных несинусоидальности и несимметрии напряжения сети.

Русский

2015-01-28

76 KB

14 чел.

2 Определение располагаемой мощности

турбогенератора ТГВ – 300.

2.1 Режимы работы синхронных электромашин.

У синхронных машин различают нормальные и анормальные режимы. Под нормальными понимают режимы, которые допускаются длительно, без каких – либо ограничений. К ним относиться работа машин с различными нагрузками от минимально возможной по технологическим условиям до номинальной; работа с коэффициентами мощности, отличными от номинального значения; работа при отклонении напряжения на выводах генератора  в пределах +(-)5%  номинального; работа при отклонении   частоты в сети в пределах +(-)2,5% номинальной; температуры окружающей среды номинальной температуры и т. п. Допустимая загрузка генераторов по активной и реактивной мощности лимитируется их нормированной диаграммой мощности, определяемой по данным типовых испытаний конкретных типов генераторов в условиях энергосистемы (рисунок 2.1).

К анормальным режимам работы синхронных машин, связанные со значительными аварийными перегрузками или потерей возбуждения, работа с недовозбуждением, асинхронный ход, работа при отказе системы охлаждения, а также при появлении значительных несинусоидальности и несимметрии напряжения сети.

Аварийные допустимые перегрузки по току возбуждения генераторов и синхронных компенсаторов с косвенным охлаждением обмоток определяется допустимой перегрузкой статора. Для турбогенераторов с непосредственным водородным охлаждением обмотки ротора допустимая перегрузка по току возбуждения лимитируются определенными значениями.

Допустимая перегрузка по току возбуждения турбогенераторов других типов, а также синхронных компенсаторов устанавливается по данным заводов – изготовителей или по результатам испытаний этих машин в условиях энергосистемы.

Относительно малая допустимая продолжительность аварийных перегрузок объясняется тем, что постоянные времени нагрева обмоток ротора и статора синхронных машин, особенно с непосредственными системами охлаждения, малы.

Асинхронный режим синхронных машин возникает при потере возбуждения (обрыв сети возбуждения, шунтирование обмотки возбуждения непосредственно через резистор системы АГП или через обмотки возбудителя), а также при выпадении машины из синхронизма, связанном с возмущениями в энергосистеме (короткие замыкания, неполнофазные режимы, резкий сброс или наброс нагрузки и тому подобное).

      Гидрогенераторы имеют пологую, так называемую «мягкую» синхронную характеристику, причем с небольшим максимальным моментом (рисунок 2.2). Кроме того, у них обычно xd<1 и, следовательно, ток намагничивания больше номинального тока, поэтому они не допускают длительной работы в асинхронном режиме. При возникновении такого режима необходимо в зависимости от возникшей ситуации и местных условий либо немедленно восстановить возбуждение машины от рабочего или резервного источника возбуждения, либо машину от сети.

Турбогенераторы имеют относительно крутую «жесткую» асинхронную характеристику со значительным максимальным моментом, причем их xd>1. Поэтому для них по условиям нагрева статора допускается длительная работа в асинхронном режиме со сниженной нагрузкой. Расчеты и многочисленные эксперименты на электростанциях показали, что турбогенераторы с косвенной системой охлаждения могут нести в асинхронном режиме нагрузку до 50 – 70 % номинальной мощности длительностью до 30 минут. Турбогенераторы с непосредственной системой охлаждения могут нести нагрузку до 55% (машины типов ТВФ – 60, ТВФ – 100 с номинальным напряжением 10,5 кВ), а остальные турбогенераторы (серий ТВФ, ТВВ, ТГВ мощностью 60 – 300 МВт ) до 40% номинальной мощности. При этом для первой группы машин допустимая длительность составляет 30 минут, а для второй – 15 минут. В синхронном режиме синхронные машины потребляют значительную реактивную мощность из сети, что ведет к снижению напряжения на шинах электростанции.

Опасным для синхронной машины является отказ в работе системы охлаждения. В этом случае машина должна быть быстро разгружена или отключена от сети.

 

2.2 Технические и конструктивные данные турбогенератора.

Для выработки электроэнергии на электростанциях применяют синхронные генераторы трехфазного переменного тока. Различают турбогенераторы (первичный двигатель – паровая или газовая турбина) и гидрогенераторы (первичный двигатель – гидротурбина).

Турбогенератор представляет собой быстроходную горизонтальную электрическую машину с неподвижным статором и вращающимся цилиндрическим неявно полюсным ротором (рисунок 2.3). Большая частота вращения обусловлена тем, что с ее повышением возрастает экономичность работы паровых турбин, и уменьшаются габариты генераторов. В соответствии с частотой переменного тока 50 Гц отечественная промышленность изготавливает в основном двухполюсные турбогенераторы с номинальной частотой вращения 3000 об/мин. Это позволило ввести стандартную шкалу мощностей турбогенераторов: 2,5; 4; 6; 12; 32; 63; 110; 160; 220; 320; 500; 800; 1000; 1200; 1600; 2000 МВт.

В некоторых случаях предельная частота вращения турбоагрегата определяется турбиной и должна быть меньше 3000 об/мин. Меньшая частота вращения вала турбины позволяет применить в выхлопных ступенях лопатки большей длины, способные пропускать значительно больше пара, и увеличить таким образом предельную мощность турбины, ограниченную механическими напряжениями в материале лопаток последних ступеней. Необходимость увеличения площади выхлопа возникает при конструировании особо мощных машин.

В активной части ротора, по которой проходит основной магнитный поток, фразируются пазы, заполняемые катушками обмотки возбуждения. В пазовой части обмотки закрепляют немагнитными легкими, но прочными клиньями из дюралюминия. Лобовая часть не лежащая в пазах, предохраняется от смещения под действием центробежных сил с помощью бандажа. Бандажи являются наиболее напряженными в механическом отношении частями ротора и обычно выполняются из магнитной высокопрочной стали. По обеим сторонам ротора на его валу устанавливают вентиляторы (чаще всего пропеллерного типа) , обеспечивающие циркуляцию охлажденного газа в машине.

В турбогенераторах роль успокоительной обмотки выполняют массивные бочки ротора и металлические клинья, закрывающие обмотку возбуждения в пазах.

Статор турбогенератора имеет стальной корпус, который с торцов закрыт сварными швами. Корпус турбогенератора с водородным охлаждением должен быть газонепроницаемым и механически прочным. Сердечник статора состоит из отдельных пакетов, собранных с целью уменьшения вихревых токов из изолированных лаком листов стали толщиной 0,5 мм и имеющих форму сегмента. В машинах небольшой мощности используется горячекатаная сталь, а в генераторах мощностью более       100 МВт – холоднокатаная электротехническая сталь, последняя имеет повышенную магнитную проницаемость и пониженные удельные потери. Применение холоднокатаной электротехнической стали позволяет так же значительно уменьшить размеры сердечника и соответственно уменьшить расход меди для обмотки.

1 Тип генератора                                                        ТГВ – 300 – 2У3

2 Номинальная мощность, МВт                               300

3 Номинальное напряжение статора, кВ                 20

4 Полная мощность, МВА                                        353

5 cosφном                                                                                                                           0,85

6 Ток статора номинальный, кА                              10,2

7 Номинальная частота тока, Гц                              50

8 Номинальное число оборотов ротора, об/мин     3000

9 ОКЗ                                                                           0,505

10 Номинальное напряжение ротора, кВ                  420

11 Ток ротора холостого хода, А                               1060

12 Номинальный ток ротора, А                                  3050

13 Сверхпереходное сопротивление         0,195

14 Схема соединения статора                                     

Габариты: масса общая без возбудителя и фундаментных плит – 349 т, масса ротора – 55,8 т, масса статора – 266 т.

2.3 система охлаждения и система возбуждения ГГ.

Система охлаждения.

При непосредственной системе охлаждения охлаждающая среда непосредственно соприкасается с медью обмоток, благодаря чему основная часть тепла, выделяемого в меди, отводиться непосредственно к охлаждающей среде, минуя изоляцию и сталь.

В непосредственных системах охлаждения в качестве охлаждающей среды используют водород, воду и масло. Большая эффективность непосредственного охлаждения обмоток позволила при тех же размерах генератора лучше использовать активные материалы: увеличить плотность тока в обмотках и соответственно мощность генератора более чем в 3 раза. Отечественная промышленность изготавливает несколько серий турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток – ТВФ, ТГВ, ТЗВ, ТЗМ. У генераторов серии ТГВ для статора и ротора применяется непосредственное водородное охлаждение (рисунок 2.4 и рисунок 2.5).

1 – регулирующий клапан, через который осуществляется автоматическая подпитка химоочищенной водой.

2 – насосы, необходимые для обеспечения расхода воды, один из них находиться в резерве.

3 – теплообменники, включаемые дополнительно при необходимости, питаемые циркуляционной водой.

4 – теплообменник, в котором происходит охлаждение химоочищенной воды конденсатом турбины.

5 – предохранительный клапан.

Возбуждение синхронных генераторов.

Обмотки роторов синхронных генераторов получают питание от специальных источников постоянного тока, называемых возбудителями. Мощность возбудителей составляет 0,3 – 1 %  мощности генератора, а номинальное напряжение – от 100 до 650 В.Современные системы возбуждения кроме возбудителя содержат большое количество вспомогательного оборудования. Совокупность возбудителя, вспомогательных и регулирующих устройств принято называть системой возбуждения.

Системы возбуждения должны быть надежными и экономичными, допускать регулирование тока возбуждения в необходимых пределах, быть достаточно быстродействующими, а также обеспечивать потолочное возбуждение при возникновении аварии в сети.

Регулируя ток возбуждения, изменяют напряжение синхронного генератора и отдаваемую им в сеть реактивную мощность. Регулирование возбуждения генератора позволяет повысить устойчивость параллельной работы.

При глубоких снижениях напряжения, которые имеют место, например, при коротких замыканиях, применяется форсировка (быстрое увеличение), возбуждения генераторов, что способствует прекращению электрических качаний и сохранению устойчивости параллельной работы генераторов. Кроме того, быстродействующее регулирование и форсировка возбуждения повышают надежность работы релейной защиты и облегчают условия самозапуска электродвигателей собственных нужд электростанций.

Важнейшими характеристиками системы возбуждения являются: быстродействие, определяемое скоростью нарастания напряжения на обмотке ротора при форсировке V = 0.632(UU)/U, и отношение потолочного напряжения к номинальному напряжению U/U=k – так называемая кратность форсировки.

Системы возбуждения генераторов можно разделить на две группы: независимое возбуждение и самовозбуждение (зависимое возбуждение).

К первой группе относятся все электромашины возбудители постоянного  и переменного тока, сопряженные с валом генератора. Вторую группу составляют системы возбуждения, получающие питание непосредственно от выводов генератора через специальные понижающие трансформаторы.

Системы самовозбуждения менее надежны, чем системы независимого возбуждения, поскольку в них работа возбудителя зависит от режима сети переменного тока.

Для турбогенераторов мощностью от 300 – 800 МВт применяется система самовозбуждения со статическими выпрямителями (рисунок 2.6). Эти схемы являются быстродействующими.

 

2.4 Определение расчетного значения номинального тока ротора.

1 Строиться характеристика холостого хода (ХХХ).

2 Строиться характеристика короткого замыкания (ХКЗ).

3 Откладывается направление тока статора, при номинальном коэффициенте мощности.

4 Определяем падение напряжения ΔU2= jxσ*I*ст2=j0.199*1.05=0,1891, где                      jxσ=1,15*xd”-0,025=1,15*0,195-0,025=0,199.

5 Отложить напряжение статора  U*ст2=0,95.

6 Отложить ΔU2 под углом 90° по отношению к направлению тока статора и определить ЭДС в зазоре.

7 Определить первую составляющую тока ротора необходимую для получения требуемого напряжения на статоре в режиме ХХ.

8 ОА2= I*рот2 (U*ст2). Данный ток смещен относительно Е *2 на  90°,поэтому положение ОА2 уточняется путем перемещения влево вверх до тех пор пока угол между ним и Е *2 не станет равным 90°.

8 Определим вторую составляющую тока ротора  I*рот2 (U*ст2), необходимую для компенсации магнитного потока статора, используется ХКЗ и соответствующий  I*ст2=1.05 данного режима. Составляющая  ОВ2  необходимо скорректировать, чтобы исключить двойной учет потокорассеяния, который  косвенно уже учтен в отрезке ОА2 , для этого определим ток возбуждения по ХХХ необходимый для получения ΔU2. Скорректированное значение второй составляющей тока ротора будет равняться I*рот2 (I *ст2)=С2В2. Отрезок С2В2 откладывается из точки А2’ параллельно направлению тока статора.  

I*рот2=ОД2, Iрот2= I*рот2* I*ротхх.

Подобные построения выполняются для I*ст1=1,0 U*ст1=1,0; I*ст3=0,95, U*ст3=1,05, при номинальном коэффициенте мощности.

После проведения построений, получены следующие результаты:

I*рот1=2,625,

I*рот2=2,8,

I*рот3=2,975.

Тогда I*рот=2,975, Iрот= I*рот2* I*ротхх=2,975*1060=3,154 А.

Ошибка составляет: ε=( Iрот Iрот спр) *100%/ Iрот спр=

=(3,154-3,05) *100%/3,05=3,393 %.

Так как ошибка меньше допустимой, то в дальнейших расчетах принимаем       Iрот ном= Iрот спр.

2.5 Построение регулировочных характеристик и диаграммы располагаемой мощности ТГ – 300  и ее анализ.

Построение регулировочных характеристик

1 Выполняем построение диаграмм Потье, аналогично построениям в пункте 2.4 для cosφ=0; cosφ=0,3; cosφ=0,6; cosφ=0,8; cosφ=1,0, в каждого cosφ при I*ст=0,25; I*ст=0,5; I*ст=0,75; I*ст=1,0; I*ст=1,05. По результатам построения заполняем таблицу 2.1. Необходимо построить 5 регулировочных характеристик для каждого cosφ.

2 По регулировочным характеристикам определили:

I*ст доп 0=8,25 кА;

I*ст доп 0,3=8,6 кА;

I*ст доп 0,6=9,15 кА;

I*ст доп 0,8=10,1 кА.  

Построение диаграммы располагаемой мощности ТГ – 300 и ее анализ.

1 Строим ограничение по Рном.

2 Строим ограничение радиусом, равным Sном G.

3 Строим под соответствующим углом Sдоп= 1,732*I*ст доп* U*зад* Uном ст.

Sдоп1= 1,732*I*ст доп0* U*зад* Uном ст=1,732*8,25*20*1,02=291,5 кА;

Sдоп2= 1,732*I*ст доп0,3* U*зад* Uном ст=1,732*8,6*20*1,02=303,87 кА;

Sдоп3= 1,732*I*ст доп0,6* U*зад* Uном ст=1,732*9,15*20*1,02=323,3 кА;

Sдоп1= 1,732*I*ст доп0,76* U*зад* Uном ст=1,732*10,1*20*1,02=356,87 кА.

В результате построений определили Рдоп макс=80 кВт и Рдоп мин=62 кВт;  Qдоп макс=66 кВт и Qдоп мин=60 кВт.

2.7 Выводы.

1 Под нормальными понимают режимы, которые допускаются длительно, без каких – либо ограничений. К анормальным режимам работы синхронных машин, связанные со значительными аварийными перегрузками или потерей возбуждения, работа с недовозбуждением, асинхронный ход, работа при отказе системы охлаждения, а также при появлении значительных несинусоидальности и несимметрии напряжения сети.

Гидрогенераторы имеют пологую, так называемую «мягкую» синхронную характеристику, причем с небольшим максимальным моментом. Кроме того, у них обычно xd<1 и, следовательно, ток намагничивания больше номинального тока, поэтому они не допускают длительной работы в асинхронном режиме. При возникновении такого режима необходимо в зависимости от возникшей ситуации и местных условий либо немедленно восстановить возбуждение машины от рабочего или резервного источника возбуждения, либо машину от сети.

2 Синхронный генератор ТГВ – 300 – 2У3

Габариты: масса общая без возбудителя и фундаментных плит – 349 т, масса ротора – 55,8 т, масса статора – 266 т.

3.1 Для турбогенераторов мощностью от 300 – 800 МВт применяется система самовозбуждения со статическими выпрямителями.

3.2 У генераторов серии ТГВ для статора и ротора применяется непосредственное водородное охлаждение.

4 После проведения построений, получены следующие результаты:

I*рот1=2,625,

I*рот2=2,8,

I*рот3=2,975.

Расчетное значение Iрот ном=3050 А и погрешность по отношению к паспортному значению составляет ε=3,393 %.

5.1 С помощью предварительных построений были построены регулировочные характеристики.

По регулировочным характеристикам определили:

I*ст доп 0=8,25 кА;

I*ст доп 0,3=8,6 кА;

I*ст доп 0,6=9,15 кА;

I*ст доп 0,8=10,1 кА.  

5.2 В результате построений определили по диаграмме располагаемой мощности Рдоп макс=3050 кВт и Рдоп мин=282 кВт;  Qдоп макс=210 кВт и Qдоп мин=187,5 кВт; от 0° – 32° ограниченна Рном; 32° – 38° ограниченна  Iст может выдавать полную номинальную мощность; 40° – 90° ограниченна  Iрот доп .


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83420. А. Барто «Лебединое горе». Пословицы. Е. Благинина «Елка». Загадки 44.5 KB
  Работать над содержанием произведений. Формировать навыки выразительного чтения. Развивать познавательный интерес, связную речь, мышление, умение анализировать. Обогащать словарный запас. Воспитывать любовь к природе, желание приходить на помощь, сочувствие к чужому горю; чувства любви и дружбы.
83421. «Риторика та поезія» С.Я. Маршак 28.5 KB
  Реалізувати пропедевтичні знання про поетичну творчість дитячого поета С.Я. Маршака через методи інтерактивного навчання, розвивати уміння відрізняти риторичні не словесні засоби спілкування від літературних (поетичних)засобів, закріплювати уміння декламувати вірш з риторичними засобами...
83422. Здається, байка просто бреше, а справді ясну правду чеше. Л.Глібов «Лебідь, Щука і Рак», «Коник-стрибунець» 37 KB
  Ознайомити дітей із жанром байки; розвивати способи і види читання байки вчити передавати в інтонації характери дійових осіб оцінювати їхні вчинки виявляти мотиви їхньої поведінки; виховувати в дітей товариськість любов до праці. Сьогодні ми ознайомимося з новим розділом Байки.
83423. У різні пори року приваблива земля 237.5 KB
  У зелених пишних шатах у яскравому вінку прийшла до нас весна. Не забула весна заглянути і в ліс посіяла там травицю пролісками заквітчала галявини задзвеніла піснями пташок. Весна стала господаркою і в нашому краї а земля дочекалася працелюбних рук.
83424. Два різних світи – одне ціле. Програма виховної роботи 340 KB
  Дорослішання сучасної молоді відбувається в складних умовах. Нестабільність сімейного інституту, неактуальність традиційної підготовки молоді до шлюбу диктують необхідність використання спеціальних заходів для надання допомоги дітям в усвідомленні своєї статевої приналежності, формування адекватного...
83425. Розважально-пізнавальна програма. Сім’Я. Сім’Я. Сім’Я 105 KB
  А зараз з великим задоволенням разом рушимо вперед. Кожному з вас доведеться сім разів проявити себе. Оскільки в сім’ї тільки починає складатися життєвий досвід дитини, тому, проявляючи своє Я, він має право звернутися по допомогу або до мами, або до тата, а, може, і до обох відразу.