Какое напряжение вырабатывает генератор на электростанции

Электрические генераторы электростанций вырабатывают электрическую энергию напряжением 6,3-36,75 кВ (в зависимости от типа генераторов). Передача электроэнергии в энергетической системе на большие расстояния с целью снижения потерь и капитальных затрат на построение электрических сетей производится на повышенном напряжении, поэтому электрическая энергия, вырабатываемая генераторами электростанций, перед передачей в энергосистему повышается до напряжения 110-750 кВ.

Энергосистема, в частности распределительные сети, строится таким образом, чтобы максимальная мощность генераторов электростанций соответствовала нагрузочной способности электрических сетей участка энергетической системы и, что не менее важно, чтобы она в полной мере обеспечивала потребности потребителей, в том числе и в случае отключения того или иного генератора от электрической сети.

Величина напряжения магистральных линий, по которым планируется передавать вырабатываемую генераторами электроэнергию в энергетическую систему, зависит от величины электростанции – количества и мощности генераторов. Если это крупная атомная электростанция (АЭС), которая отдает в систему несколько ГВт электрической энергии, то целесообразно ее подключить к системообразующим линиям напряжением 750 кВ, которые способны нести нагрузку величиной в десятки ГВт.

Меньшие по количеству отпускаемой электрической энергии тепловые электростанции (ТЭЦ, ТЭС) и гидроэлектростанции (ГЭС) связывают с энергетической системой линиями напряжением 110, 220, 330 или 500 кВ, в зависимости от мощности данных электростанций.

Устройство гидроэлектрической станции

Преобразование электрической энергии, вырабатываемой генераторами на электростанциях, в требуемое значение напряжения для дальнейшей передачи электроэнергии потребителям осуществляется на повышающих подстанциях.

На данных подстанциях устанавливаются повышающие трансформаторы или автотрансформаторы, которые в распределительных устройствах подстанции передают электроэнергию непосредственно на потребительские распределительные подстанции или в энергосистему по высоковольтным линиям.

Особенности включения и отключения генераторов от энергосистемы

Энергосистема – это сложная система, в которой все узлы между собой взаимосвязаны, в которой соблюдается баланс между производимой на электростанциях и потребляемой потребителями электрической энергии. Отключение генератора на электростанции может привести к нарушению этого баланса в том или ином участке энергосистемы.

Если в данном участке энергосистемы отсутствует возможность покрытия возникшего дефицита мощности, то это может привести к обесточению потребителей. Поэтому все плановые работы, предусматривающие отключение и включение в сеть генераторов электростанций, должны производиться с учетом особенностей и режима работы энергосистемы в целом и ее отдельных участков.

При рассмотрении режимов работы основной задачей является обеспечение максимальной надежности электроснабжения потребителей с учетом возможных аварийных ситуаций.

Исключение составляют аварийные отключения генераторов электростанций. Как и упоминалось выше, энергосистема строится таким образом, чтобы в случае отключения генератора от электрической сети была возможность покрытия возникшего дефицита мощности за счет увеличения количества вырабатываемой мощности на других электростанциях.

Также следует отметить особенности включения в сеть электрических генераторов. Перед включением генератора на параллельную работу с энергосистемой он должен предварительно синхронизироваться с данной энергетической системой. Процесс синхронизации генератора с системой заключается в достижении равенства частоты и напряжения, а также совпадения по фазе векторов напряжения генератора и электрической сети.

На электростанциях процесс синхронизации и дальнейшего контроля над режимом работы генераторов выполняется при помощи сложных устройств, которые работают преимущественно в автоматическом режиме.

Включение в сеть предварительно не синхронизированных с ней генераторов приводит к возникновению аварийных ситуаций, масштаб которых прямо пропорционален мощности включаемых в сеть генераторов.

Регулировка напряжения, выдаваемого генераторами в сеть, осуществляется при помощи устройств автоматического регулирования возбуждения (АРВ). Диапазон регулирования напряжения на генераторе при помощи устройств АРВ небольшой. При необходимости дополнительное регулирование напряжения производится путем изменения коэффициентов трансформации – при помощи устройств ПБВ и РПН, встроенных в трансформаторы (автотрансформаторы) распределительных подстанций.

Номинальное напряжение генератора крупных электростанций чаще всего бывает 6,3—24 кВ (исключением является 36, 75 кВ у синхронного генератора ТВМ-500).

Номинальный ток статора определяют из выражения:

Номинальный коэффициент мощности обычно равен 0,8—0,9.

Коэффициент полезного действия генераторов при номинальной нагрузке и номинальном коэффициенте мощности колеблется в пределах 0,9—0,95.

С уменьшением нагрузки и коэффициента мощности КПД генератора уменьшается.

На гидроэлектростанциях частота вращения гидротурбин обычно лежит в пределах 50—750 об/мин и определяется в основном величиной гидравлического напора, мощностью и конструкцией гидротурбины.

На крупных отечественных гидроэлектростанциях установлены, главным образом, агрегаты с частотой вращения 62,5—125 об/мин. Гидроагрегаты на такие частоты вращения имеют большее число полюсов, Так, при частоте вращения 62,5 об/мин и частоте тока 50 Гц ротор гидрогенератора имеет:

р = 50*60/62,5 = 48 пар полюсов.

Вследствие большого числа полюсов и сравнительно небольшой частоты вращения роторы генераторов выполняют с явно выраженными полюсами.

Гидрогенераторы выпускаются мощностью 8—640 МВт с номинальным напряжением 3,15—21 кВ.

Возбуждение синхронных генераторов

Для питания обмотки ротора используется машинное или вентильное возбуждение.

Мощность источника возбуждения составляет 0,3—1 % мощности синхронного генератора, напряжение возбуждения 115— 630 В. Системы возбуждения со статическими преобразователями в настоящее время являются основными для крупных синхронных машин.

Системы охлаждения

Нагрев генераторов есть следствие потерь энергии в обмотках статора и ротора, следствие потерь в стали статора, механических потерь (потерь на трение и вентиляцию). Для отвода тепла используются различные системы охлаждения.

При косвенном охлаждении в качестве охлаждающего вещества используются воздух или водород. Простейшим случаем такого охлаждения является проточное воздушное охлаждение, при котором холодный воздух проходит через генератор, поглощает выделяющееся там тепло и затем выбрасывается наружу.

При непосредственном охлаждении охлаждающее вещество (водород, вода, масло) проходит непосредственно по обмоткам, что является наиболее эффективным способом охлаждения турбогенераторов.

Генераторы имеют относительно большие геометрические размеры. Для них чаще применяется косвенная система воздушного охлаждения (есть машины с самовентиляцией и с независимым охлаждением).

«Электроснабжение строительно-монтажных работ», Г.Н. Глушков

Подвесные изоляторы предназначаются для крепления проводов воздушных линий (BЛ). Для BЛ применяются следующие типы изоляторов: при напряжении 6—10 кВ — штыревые фарфоровые и стеклянные ШФ 6-А и ШФ НО-А, ШФ 10-5, ШСС-10 и ШССЛ-10; при напряжении 20—35 кВ — штыревые фарфоровые ШФ 20-А, ШФ 20-Б, ШФ 35-А, ШФ 25-Б, ШФ 35-В, СШ-35; при напряжении от…

Трансформаторы напряжения рассчитываются на номинальное напряжение вторичной обмотки 100 В (при номинальном напряжении, приложенном к первичной обмотке). На рисунке ниже – а показаны внешний вид одной из конструкций трансформатора напряжения и схема включения (на рисунке ниже б, в). Трехфазный трансформатор напряжения а — общий вид; б и в — схемы включения измерительных приборов. Включение измерительных…

Для защиты электрических устройств от перенапряжения применяются молниеотводы и разрядники. При грозовом разряде вблизи воздушной линии электропередачи в проводах линии индуктируется напряжение, измеряемое десятками тысяч и даже миллионами вольт. Волны перенапряжений, распространяясь по проводам линии, могут причинить большой ущерб электроустановкам, с которыми связана ЛЭП. В зависимости от необходимых мер противогрозовой защиты все сооружения разделяются на…

При возникновении на токоведущих частях установки перенапряжения искровые промежутки пробиваются, и перенапряжение оказывается приложенным к вилитовым дискам. При этом сопротивление вилита резко уменьшается, и волна перенапряжения отводится в землю. При восстановлении нормального напряжения восстанавливается диэлектрическая прочность вилита, и ток на землю прекращается. Шины В распределительных устройствах применяются медные, алюминиевые и стальные шины. Медь отличается относительно…

Выключатели бакового типа в последнее время все больше вытесняются масляными выключателями горшкового типа с малым объемом масла (смотрите рисунок ниже), которые значительно компактнее и безопаснее в отношении взрыва. Каждая фаза трехфазного выключателя расположена в отдельном стальном цилиндре (горшке) 3, закрепленном на опорных изоляторах 2, установленных на общей заземленной стальной раме 1. Когда выключатель включен, ток…

Сегодня я расскажу о том, что мало кто из обычных людей знает о ГЭС.

Сейчас я нахожусь на стройплощадке Усть-Среднеканской ГЭС, которая расположена в 400 километрах от Магадана. Подробно о ГЭС и строительстве я ещё расскажу, а сегодня несколько любопытных фактов.

1. ГЭС — возможно единственный крупный инженерный объект, который начинает эксплуатироваться задолго до окончания строительства. На Усть-Среднеканской ГЭС ещё не до конца возведена плотина, не до конца построен машинный зал, а первые два гидроагрегата из четырёх уже вырабатывают электричество.

2. Пока ГЭС строится, в её гидроагрегатах работают временные рабочие колёса, рассчитанные на малый напор воды. Когда плотина будет достроена, напор воды повысится и временные колёса заменят постоянными для высокого напора с другой формой лопастей.

3. Несмотря на то, что строительство ГЭС очень дорогое удовольствие, многие ГЭС окупаются ещё до того, как их достраивают до конца. Кстати, Усть-Среднеканская ГЭС продаёт электричество по 1.10 руб за кВтч.

4. Перед тем, как попасть на турбину ГЭС, вода закручивается с помощью огромной стальной улитки — спиральной камеры. Сейчас на Усть-Среднеканской ГЭС как раз заканчивается монтаж спиральной камеры третьего энергоагрегата и мне удалось увидеть и сфотографировать её. Когда энергоагрегат будет достроен, гигантская улитка окажется в толще бетона.

Чтобы осознать размеры конструкции, обратите внимание на рабочих, занимающихся монтажом спиральной камеры.

5. Рабочее колесо гидроагрегата всегда крутится с одинаковой скоростью, обеспечивая стабильную частоту 50 герц. Для меня всегда было загадкой, как поддерживается стабильная скорость вращения. Оказалось, просто с помощью изменения потока воды. Лопатки, управляемые компьютером, постоянно находятся в движении, уменьшая и увеличивая поток воды. Задача системы добиться точной скорости вращения независимо от усилия, с которым крутится вал генератора (а оно зависит от вырабатываемой мощности).

6. Напряжение, выдаваемое генератором, регулируется с помощью изменения напряжения возбуждения. Это постоянное напряжение, которое подаётся на электромагнит ротора. При этом напряжение, которое генерируется обмоткой статора зависит от силы магнитного поля. На фото у меня над головой вращается многотонный ротор.

7. Генератор ГЭС вырабатывает напряжение 15.75 кВ. На Усть-Среднеканской ГЭС установлены генераторы, имеющие номинальную мощность 142.5 МВт (142500000 Вт) и ток в проводах, отводящих выработанное электричество от генератора, может достигать 6150 А. Поэтому эти провода, а точнее шины, имеют огромное сечение и заключены вот в такие трубы.

Любая коммутация при таких токах превращается в большую проблему. Вот так выглядит простой выключатель. Конечно, на токе в шесть тысяч ампер и напряжении пятнадцать тысяч вольт он становится совсем непростым.

8. Повышающие трансформаторы обычно стоят на улице за машинным залом ГЭС (для передачи потребителям напряжение, полученное с генераторов, повышается чаще всего до 220 кВ).

9. По проводам линий электропередач передаётся не только электроэнергия на частоте 50 Гц, но и информационные сигналы на высокой частоте. С помощью них, например, можно с высокой точностью определить место аварии на ЛЭП. На электростанциях и подстанциях ставятся специальные фильтры высокочастотного сигнала. Наверняка, вы такие штуки видели, но вряд ли знали, для чего они.

10. Вся коммутация на высоких напряжениях происходит в среде элегаза (фторид серы, имеющий очень низкую электропроводность), поэтому провода выглядят, как трубы и электрика больше напоминает сантехнику. 🙂

Оцените статью
Добавить комментарий