3 Автоматичне регулювання частоти і активної потужності турбо - і гідроагрегатів
3.1 Призначення автоматичного регулювання частоти і активної потужності
Електрична енергія виробляється, розподіляється і використовується в основному на змінному струмі, і його частота, що виміряється в герцах, разом з напругою є важливим параметром режиму роботи електроенергетичної системи (ЕЕС). В Радянському Союзі прийнята номінальна частота f =50 Гц, на яку розраховані всі споживачі електричної енергії. При цій частоті вони працюють в оптимальних умовах.
Відхилення частоти у бік зниження приводить до збільшення втрат і зменшення надійності роботи ряду елементів ЕЕС, підвищення частоти позначається також негативно на режимі роботи ЕЕС; через це допустиме відхилення частоти нормується. В СРСР діє ГОСТ 13109-67, в якому допустимі відхилення частоти обмежуються значеннями ±0,1 Гц (0.2%).
Друга особливість виробництва електричної енергії в ЕЕС обумовлює необхідність безперервної підтримки балансу потужностей, яка генерується і споживається. Порушення балансу активних потужностей викликає відхилення частоти у всій ЕЕС, тому частота є узагальненим системним параметром, що характеризує відповідність виробництва і споживання електричної енергії в ЕЕС, в об’єднаних енергетичних системах (ОЕС) і Єдиній енергетичній системі країни (ЄЕС).
Виробництво електричної енергії на електричних станціях (ЕС) здійснюється перетворенням одного виду енергії в інший. На теплових і атомні ЕС (ТЕС, АЕС) відбувається триступінчате послідовне перетворення енергії: парогенератор - парова турбіна - синхронний генератор.На гідравлічних ЕС має місце двоступінчате перетворення: гідравлічна турбіна - синхронний генератор.
Автоматичне регулювання частоти і потужності відбувається в першу чергу шляхом дії на турбіну агрегату, що складається з турбіни і синхронного генератора.
Постійність частоти змінного струму f і кутової частоти обертання вектора напруги ωЕ = 2πƒ визначається постійністю частоти обертання всіх агрегатів, працюючих паралельно. Частота обертання валу агрегату вимірюється числом обертів в хвилину, залежить від частоти змінного струму f і числа пар полюсів генератора p і рівна n=60ƒ/р. Кутова частота обертання валу ωм=2nf/р.
Як видно, швидкісні показники агрегату залежать від його конструкції і частоти змінного струму. При дослідженнях режиму роботи агрегату по частоті і активній потужності швидкісні показники і частота виражаються у відносних одиницях при прийнятих базисних значеннях.
Частота обертання генератора і потужність, яку він розвиває, в загальному випадку залежать від кількості енергоносія, що вводиться в турбіну, за одиницю часу, його потенційної енергії і ККД турбіни. Характер зміни цих величин і їх взаємозв'язок залежать від режиму роботи агрегатів на ЕС. Звичайно має місце один з наступних трьох режимів (рис. 3.1).
Робота агрегату на холостому ходу (вимикач Q1 вимкнений) . Цей режим звичайно передує ввімкненню агрегату на паралельну роботу з іншими агрегатами і завжди сприяє його пуску і зупинці. Для цього режиму характерна тільки зміна частоти обертання при зміні кількості енергоносія, що вводиться, оскільки потужність, що розвивається турбіною, зумовлена відносно малими втратами холостого ходу.
Робота агрегату (групи агрегатів) на ізольоване навантаження (включені Q1 і Q2). В цьому режимі зміна кількості енергоносія, що подається в турбіну, призводить до зміни частоти обертання і потужності агрегату, якщо незмінне по складу навантаження змінює свою потужність при зміні частоти за рахунок регулюючого ефекту навантаження (гл. 5). Такий режим може виникнути на ТЕЦ, що мають споживача на генераторній напрузі при порушенні зв'язку з ЄЕС.
Робота генератора в потужній ЕЕС (ввімкнені всі вимикачі), коли зміна потужності агрегату не може порушити системний баланс потужності. В цьому режимі зміна кількості енергоносія приводить до зміни потужності агрегату при постійній частоті обертання.
Зміна кількості енергоносія, що подається в турбіну, здійснюється регулюючим органом турбіни. Для парових турбін, що мають різні схеми паророзподілення (дросельне, соплове і ін.), в загальному випадку регулюючим органом служить паровпускний (дросельний) клапан або група клапанів, відкриття яких як координата управління позначається h.
Рисунок. 3.1 - Схема, що ілюструє режими роботи