142. Основное электрическое оборудование электростанций

Электрическая станция — совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории.

Существует множество типов электростанций. Отличия заключаются в технических особенностях и исполнении, а также в виде используемого источника энергии. Но несмотря на все различия большинство электростанций используют для своей работы энергию вращения вала генератора.

Станции разных типов объединены в Единую энергетическую систему, позволяющую рационально использовать их мощности, снабжать всех потребителей.

Основное оборудование электростанций

К основному оборудованию электростанций можно отнести:

• Синхронные генераторы- машина (механизм) переменного тока, которая преобразовывает определенный тип энергии в электроэнергию. К таким устройствам относят электростатические машины, гальванические элементы, солнечные батареи, термобатареи и т. п. Использование каждого вида из перечисленных приборов определяется их техническими характеристиками.;

• турбины-это механическая машина которая преобразует энергию (пара,воды)в механическую;

• котлы;

• трансформаторы-устройство для преобразования переменного тока с одним напряжением в переменный ток другого напряжения;

• распределительные устройства;

• двигатели;

• выключатели;

• разъединители;

• линии электропередач;

• средства автоматики и релейной защиты

143. Технологический процесс производства электрической энергии на гэс

Гидроэлектростанции (ГЭС) сооружают на реках, являющихся неиссякаемым источником энергии для электростанций. Они текут с возвышенностей в низины и, следовательно, способны совершать механическую работу. На горных реках сооружают ГЭС, используя естественный напор воды. На равнинных реках напор создается искусственно сооружением плотин, вследствие разности уровней воды по обеим сторонам плотины. Первичными двигателями на ГЭС являются гидротурбины, в которых энергия потока воды преобразуется в механическую энергию.

На ГЭС для получения электроэнергии используется энергия водных потоков. Первичными двигателями на ГЭС являются гидротурбины, которые приводят во вращение синхронные генераторы. Мощность, развиваемая агрегатом, пропорциональна напору Н и расходу воды Q

Напор Н создаётся разностью уровней воды с помощью плотины.

В электрической части ГЭС во многом подобны конденсационным станциям. ГЭС обычно удалены от центров потребления энергии, поэтому электроэнергия выдаётся на высоких и сверхвысоких напряжениях ( 110-500 кВ ).

Отличительная особенность ГЭС - небольшое потребление электроэнергии на собственные нужды, которое в несколько раз меньше, чем на ТЭС. Это объясняется отсутствием на ТЭС крупных механизмов собственных нужд.

Другая отличительная особенность - простая технология производства электроэнергии, что обуславливает лёгкую автоматизацию.

Пуск агрегата ГЭС занимает не более 50 секунд, поэтому резерв мощности в энергосистеме обеспечивается именно гидростанциями. КПД ГЭС обычно составляет 85-90%, а себестоимость электроэнергии в несколько раз меньше, чем на тепловых электростанциях.

Особую роль в современных энергосистемах занимают гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Эти электростанции имеют, как минимум, два бассейна - верхний и нижний с определёнными перепадами высот между ними. На ГАЭС устанавливаются обратимые агрегаты. В часы минимума нагрузки агрегаты переводят в двигательный режим, а турбины - в насосный. Потребляя мощность из сети, гидроагрегаты перекачивают воду из нижнего бассейна в верхний. В часы максимальных нагрузок, когда в системе дефицит мощности ГАЭС вырабатывает электроэнергию за счёт перепада уровней воды в бассейнах. В этот период станция работает как обычная ГЭС. Таким образом, применение ГАЭС позволяет выравнивать график нагрузок энергосистемы, что повышает экономичность тепловых станций

144. Устройство и принцип действия синхронного генератора

Синхронный генератор – это машина переменного тока, преобразовывающая какой-либо вид энергии в электрическую энергию.

Синхронными машинами называются электрические машины переменного тока у которых магнитное поле, созданное обмоткой переменного тока, вращается в пространстве с той же частотой, что и ротор, т.е синхронно с ротором.

Любая синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

Статор имеет общий принцип действия с асинхронником и мало отличается от него. Его железо собирается из пластин электротехнической стали, разделённых изолирующими слоями. В пазах размещается обмотка переменного тока. Наиболее распространён трёхфазный синхронный генератор. Провода обмоток надёжно крепятся и изолируются, поскольку через них подключается нагрузка.

Ротор выполняется с явно выраженными полюсами или без выступающих полюсов. Виды полюсов синхронного генератора: а) – выступающие; б – неявно выраженные Первые делаются для тихоходных машин, например, с гидравлическими турбинами. Для вращающихся с большой скоростью генераторов переменного тока принцип действия заключается в применении более прочных неявно выраженных полюсов. СГ может работать в режимах двигателя или генератора переменного тока. Важно, какой здесь применяется способ охлаждения. Обычно на валу устанавливаются крыльчатки, охлаждающие ротор с обеих сторон. Воздух перед вентиляцией проходит через фильтр. В замкнутой системе циркулирует один и тот же воздух, проходя через теплообменники. Более эффективным охлаждающим агентом является водород, в 14,5 раз более лёгкий, чем воздух. Принцип охлаждения у него аналогичный. Обмотки генератора переменного тока выводятся концами на его распределительную коробку. Для трёхфазных – соединение производится в звезду или в треугольник. Синхронный генератор преимущественно обеспечивает поддерживание синусоидального переменного напряжения. Это достигается изменением формы полюсных наконечников, а неявнополюсный ротор имеет определённое расположение витков в его пазах.

Принцип работы агрегата.Работа синхронного генератора осуществляется по принципу электромагнитной индукции. Во время холостого движения якорная (статорная) катушка разомкнута, поэтому магнитное поле агрегата формируется одной обмоткой ротора. Когда ротор крутится от проводного мотора, у него присутствует постоянная частота, роторное магнитное поле перемещается через проводники обмоток фаз статора и осуществляет наводку повторяющихся переменных токов – электродвижущую силу (ЭДС). ЭДС носит синусоидальный, несинусоидальный либо пульсирующий характер.

Обмотка возбуждения предназначается для создания в генераторе первоначального магнитного поля, чтобы навести в катушку якоря электрическую движущую силу. В случае если якорь синхронного генератора приводят в движение путем вращения с определенной скоростью, затем возбуждают источником постоянных токов, то поток возбуждения переходит через проводники катушек статора, и в фазах катушки индуцируются переменные ЭДС.

145. Сравнительный анализ синхронного и асинхронного генераторов

Устройство синхронного генератора

Синхронный генератор состоит из  статора, ротора и блока управления.

Статор  и ротор  выполнены   из  тонких пластин из электротехнической стали, хорошо проводящих магнитный поток и плохо — электрические вихревые токи.

Витки статорной обмотки размещены в пазах статора равномерно по окружности. Для однофазного генератора — одна фазная обмотка,  для трёхфазного генератора — три  фазные обмотки, соединённые в звезду или треугольник и сдвинутые по окружности одна относительно другой на 120 градусов.

Ротор  представляет собой  явнополюсный  биполярный электромагнит постоянного тока.

Обмотка  ротора соединена  через  два  щёточные узла,  представляющие пару «щётка — кольцо», с блоком управления. Последний  осуществляет  её питание постоянным током и обеспечивает необходимые электрические связи для автоматического регулирования.   Устройство асинхронного генератора

Асинхронный генератор состоит из статора и ротора.

Статор  имеет такое же устройство, как и у синхронного генератора. Его обмотка также может быть однофазной или трёхфазной.

Ротор   короткозамкнутый: токопроводящая часть ротора выполнена из алюминия и напоминает беличью клетку.

 Сравнительный анализ

У синхронного генератора величина напряжения и частота поддерживаются с высокой точностью, в то время как у асинхронного они изменяются в относительно большом диапазоне.

Синхронный генератор,   будучи источником реактивной мощности (из-за конструктивных особенностей этого вида электрических машин), не боится перегрузок переходных режимов, связанных с пуском под нагрузкой из потребителей этой реактивной мощности — всех электробытовых  приборов и электроинструмента, содержащих электродвигатели. 

 Асинхронный генератор, сам являясь потребителем реактивной мощности, перегрузок при пуске под нагрузкой с потребителями реактивной  мощности боится больше — имеется  вероятность протекания больших токов и перегрева  статорной обмотки. Для ликвидации этого недостатка профессиональные асинхронные генераторы снабжены пусковыми конденсаторами, которые после стабилизации величины тока статора  через  несколько секунд после пуска отключаются.

Синхронный   генератор,  в отличие от асинхронного, меньше  боится  электрических  перегрузок  в установившемся режиме, поскольку снабжён  системой  автоматического регулирования через обратную связь по току и напряжению. 

В асинхронном генераторе сила сцепления электромагнитных полей ротора и статора искусственно не  регулируется, а имеет значение, описываемое естественной характеристикой. Несмотря на некоторые слабые стороны, асинхронные генераторы завоевали себе популярность  более простой  конструкцией, неприхотливостью, отсутствием необходимости квалифицированного технического обслуживания и сравнительной дешевизной.