Файл: Усов С.В. Основы эксплуатации электрических станций конспект лекций.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.07.2024
Просмотров: 113
Скачиваний: 0
Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР
ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА П О Л И Т Е Х Н И Ч Е С К И Й И Н С Т И Т У Т имени М. И. КАЛИНИНА
С. В. УСОВ
ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ
Конспект лекций
Ленинград
1 9 7 4
foe. nV^in.Hgf)
^ r i Ji _____
w- m e o
Вконспекте описываются эксплуатационные режимы 'С о
временных мощных электрических станций. Исходя из дина
мических свойств нагрузки формулируются требования к ма невренности основного оборудования тепловых и гидроэлек трических станций и рассматриваются маневренные характери стики этого оборудования. Излагаются принципы распределе ния активных и реактивных нагрузок между агрегатами и станциями и основные правила выбора состава работающего оборудования. Сообщаются сведения о допустимых диапазо нах изменения нагрузки и возможных перегрузках паровых котлов, турбин и генераторов, а также о режимах турбо- и гидрогенераторов, отличающихся от нормальных.
Конспект предназначен для студентов электроэнергетикой, специализирующихся по электрическим станциям.
Р е ц е н з е н т ы — д. т. н., проф. Ленинградского института инженеров железнодорожного транспорта имени В. Н. Образ цова С. Д. Волобринский\ зав. кафедрой электрических машин Ленинградского политехнического института имени М. И. Ка линина академик АН ЭССР А. И. Вольдек.
Ленинградский политехнический институт имени М. И. Калинина, 1974
В В Е Д Е Н И Е
Предлагаемый вниманию читателя краткий курс эксплуа
тации электрических станций |
предназначается |
в качестве |
|||
первоначального учебника для |
студентов |
электроэнергетиче |
|||
ских специальностей. Это, с одной стороны, определило |
со |
||||
держание курса, а с другой — методику изложения. |
или |
||||
Эксплуатация — это использование |
оборудования |
||||
установки по назначению, т. е., |
в случае электрической стан |
||||
ции, для производства электрической и тепловой |
энергии и |
||||
обеспечения электро- и теплоснабжения потребителей. |
|
||||
Обычно |
к энергоснабжению |
предъявляются |
требования |
||
надежности, |
бесперебойности, |
высокого |
качества энергии и |
||
максимальной экономичности процессов производства и |
рас |
пределения. Эти требования определяют основной круг задач эксплуатации: перевозка, хранение и подготовка топлива, ра циональное расходование гидроресурсов, поддержание в ра ботоспособном состоянии и правильное использование обору дования, наконец, подготовка и систематическая тренировка оперативного персонала.
Из всех этих задач самой важной и сложной является веде ние режимов. Правильное ведение режимов предполагает зна ние технических возможностей оборудования, требует непре рывного наблюдения за его состоянием и предусматривает на значение режимов в соответствии с эксплуатационными ха рактеристиками турбин, котлов и генераторов, не допуская при этом отклонения рабочих параметров оборудования от нормы.
Особого внимания требуют режимы с переменной нагруз кой и переходные состояния оборудования — пуск и остановка (расхолаживание). Если эти режимы отклоняются от нор мальных, то результатом могут явиться повреждения обору дования, часто сопровождающиеся аварийным выходом из строя котлов, турбин и генераторов.
Учитывая это, основным содержанием курса эксплуатации были избраны переменные режимы оборудования электриче-
1* 3
ских станций, и в лекциях подробно рассматриваются методы распределения и регулирования нагрузки, факторы, ограничи вающие маневренность турбин и котлов, а также режимы, параметры которых отклоняются от нормальных.
Ввиду значительного взаимного влияния тепловых и элек трических режимов, в особенности в блочных установках, в необходимых случаях эти режимы рассматриваются со вместно.
В курсе эксплуатации уделяется также некоторое внима ние поведению нагрузки при отклонениях частоты и напряже ния от нормы, так как проявляющийся при этом так называе мый-«регулирующий эффект» нагрузки имеет большое значе ние для режимов электрических станций.
Разумеется, все вопросы эксплуатации не могли быть охвачены в кратком курсе, и поэтому он содержит лишь наи более существенные проблемы режимов и регулирования на грузок электрических станций.
Предполагается, что студенты, приступающие к изучению курса, уже знакомы с основными конструктивными типами энергетического оборудования, а также с принципиальными схемами тепловой, гидросиловой и электрической частей стан ций.
Основные обозначения
R — радиус, м; d — диаметр, м;
L, I — длина, характерный размер, м; 6 — толщина, м;
F |
— площадь поперечного сечения, поверхность, м2; |
|
V |
— объем, м3; |
|
G |
— масса, кг; |
|
т — время, ч; с; |
м/ч; |
|
w — скорость, м/с; |
||
t — температура, |
°С; |
|
9 |
— температура пара, °С; |
A t— температурный перепад, °С;
Q — количество тепла, тепловой поток, кДж; кВт; <7 — удельный тепловой поток, кВт/м2;
р— давление, кгс/см2;
v— удельный объем, м3/кг;
р— плотность, кг/м3; г/см3;
а — коэффициент температуропроводности, м2/ч;
X — коэффициент теплопроводности, кВт/(м • град); с — теплоемкость, кДждкг • град);
а— коэффициент теплоотдачи, кВт/(м2-град);
А— аккумулирующая емкость, кДж/ (кгс/см2) ; I — энтальпия, кДж/кг;
г — теплота парообразования, кДж/кг;
оВ |
„ „ |
|
_ — критерии Био; |
|
|
D — нагрузка, производительность |
котла, расход пара, т/ч; кг/с; |
|
W — расход питательной воды, т/ч; |
кг/с; |
|
h — уровень, м; |
|
г — гидравлическое сопротивление, м; |
|
|
а — напряжение (механическое), кгс/мм2; |
мм/мм-град; |
|
е — линейный коэффициент теплового расширения, |
||
Е — модуль упругости, |
кгс/мм2; |
* |
п — частота (скорость) |
вращения, об/мин; |
|
ш — угловая частота вращения, рад/с; / — частота, Гц; М — момент вращения, Н • м;
J — момент инерции, кг • м2; GD2— маховой момент, т -м 2;
WK— кинетическая энергия, МВт • с; Т — постоянная времени, с;
Tj— инерционная постоянная, с;
Р — активная мощность, активная нагрузка, МВт;
Q — реактивная мощность, реактивная нагрузка, Мвар;
S — полная мощность, МВ • А;
U — напряжение, кВ;
/— ток, А;
/— плотность тока, А/мм2;
R — сопротивление постоянному току, Ом;
р — удельное сопротивление, Ом-см;
х— реактивное сопротивление, Ом; отн. ед.; s — скольжение, %; отн. ед.
|
|
Принятые сокращения |
|
|
АШ |
- антрацитовый штыб; |
|
|
|
БРОУ- |
- быстродействующее редукциоино-охладителыюе устройство; |
|||
ВД- |
- высокое давление; |
|
|
|
ВРЧ- |
верхняя радиационная часть; |
|
|
|
ГАЭС- |
- гидроаккумулирующая электростанция; |
|
|
|
ЗБТ |
-зона большой теплоемкости; |
|
|
|
НРЧ |
-нижняя радиационная часть; |
|
|
|
ОЭС |
-объединенная энергосистема; |
|
|
|
ПТЭ |
-правила технической эксплуатации; |
|
|
|
СРЧ |
-средняя радиационная часть; |
жидкостным |
охлаждением |
|
твв- |
-турбогенератор |
с непосредственным |
||
твм- |
статора н водородным охлаждением ротора; |
|
||
■турбогенератор |
с непосредственным |
жидкостным |
охлаждением |
|
ТВФ- |
статора и ротора; |
|
|
|
турбогенератор с косвенным охлаждением статора и непосредст |
||||
тгв- |
венным охлаждением ротора водородом; |
водородным |
охлаждением |
|
■турбогенератор |
с непосредственным |
|||
|
статора и ротора; |
|
|
|
ЦВД |
-цилиндр высокого давления; |
|
|
|
цнд- |
■цилиндр низкого давления; |
|
|
|
ЦСД |
- цилиндр среднего давления. |
|
|
Г Л А В А I
НАГРУЗКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ
§ 1. Общие сведения
Величина тепловой или электрической мощности, выраба тываемой электрической станцией в какой-либо момент вре мени, называется тепловой и соответственно электрической на грузкой станции.
В дальнейшем рассматривается только электрическая на грузка, так как именно эта нагрузка, зависящая от частоты и напряжения, влияет на характер поведения машин в переход ных и переменных режимах. Тепловая нагрузка значительно более инерционна, не меняется при колебаниях частоты и на пряжения и может приниматься постоянной при изменениях электрического режима станции.
Производство электрической энергии отличается от других промышленных производств, во-первых, тем, что величина по требляемой мощности не остается постоянной во времени. Она непрерывно меняется, так как зависит от режима потребления сотен тысяч и даже миллионов потребительских установок и токоприемников, одни из которых включаются, другие отклю чаются, нагрузка одних увеличивается, а в то же время на грузка других может уменьшаться или оставаться постоян ной, подчиняясь индивидуальным особенностям технологиче ского процесса или случайным воздействиям.
Во-вторых, генерирование электрической энергии должно происходить в тот самый момент, когда в ней возникает по требность, так как непосредственное аккумулирование энергии в промышленных масштабах невозможно. В лучшем случае энергию можно запасать косвенно, в резервуарах гидроэлек тростанций или на складах топлива тепловых станций.
Наконец, в-третьих, следует отметить непрерывность по требления, которое никогда не прекращается и вынуждает электрические станции работать также непрерывно, не оста навливая производства энергии.
7
Эти три особенности производства электрической энергии: изменение величины нагрузки, совпадение моментов производ ства и потребления и непрерывность потребления — создают для электрических станций значительные трудности, которые особенно велики для современных мощных тепловых станций.
Чтобы преодолеть эти трудности и организовать рацио нальное ведение производственного процесса на станциях, не обходимо тщательное изучение потребления, активное воздей ствие на характер этого потребления и не менее тщательное его планирование (прогнозирование).
План (график) работы электрической станции составляют на каждые сутки с указанием предполагаемой нагрузки каж дого часа, а учет ведут непрерывно при помощи регистрирую-) щих приборов, а также специализированных устройств сбора
иобработки информации.
Всовременных системах функции сбора информации о на грузках и режимах возлагаются на ЦВМ, которые устанавли ваются на диспетчерском пункте энергосистемы и, обеспечивая накопление данных в памяти машины, позволяют воспроизво дить режим системы в реальном масштабе времени, а также сопоставлять его с прогнозом.
Эти же вычислительные машины обеспечивают последую щую обработку данных о нагрузках и составление суточного графика нагрузок по специально разработанным программам. Одновременно с прогнозированием общесистемного графика нагрузки ЦВМ осуществляют наивыгоднейшее распределение его между электростанциями энергосистемы с учетом их энер гетических характеристик.
При прогнозировании графиков нагрузки невозможно предвидеть все случайные колебания мощности около ее сред него значения, называемые флуктуациями нагрузки и завися щие от случайных причин. Эти флуктуации имеют очень боль шое значение с точки зрения техники регулирования нагрузки в системе, и их характер должен быть хорошо изучен для правильного выбора параметров системы регулирования. Но при прогнозировании графиков они не учитываются, а нагруз ка задается по средним (обычно для одного часа) значениям.
Тенденция изменения этой средней нагрузки достаточна устойчива для каждой энергосистемы. Она определяется ха рактером потребителей, соотношением резко отличающихся друг от друга осветительно-бытовой и промышленной состав ляющих нагрузки и представляет твердую основу для прогно зирования нагрузки электрических станций и энергетических систем.
При прогнозировании часовых нагрузок обычно приме няют вероятностно-статистические методы. Одна из схем ис пользования статистических данных по нагрузкам заключа-
8
ется в том, что суммарная нагрузка системы P(k, h) за ана логичные дни недели (к) и часы суток (h) представляется в. виде четырех составляющих:
Р{к, /г) = P0CB(k, h) + APocs{k, h) + Pnp(k, h) + AP0B1(k, A),
где P0Cn{k, h ) — осветительно-бытовая нагрузка |
в h |
часов |
|
/г-го дня при нормальных погодных условиях; AP0CB(k, |
h) — |
||
изменение осветительно-бытовой нагрузки при |
отклонениях |
||
погодных условий от нормы; Рщ>(к, h ) — промышленная |
на |
||
грузка; APom{k, h) — ошибка в определении суммарной |
на |
||
грузки. |
|
|
|
Первая составляющая суммарной нагрузки Росъ(к, /г) на
ходится |
как произведение средней недельной нагрузки |
Роев ср на |
корреляционные коэффициенты щ, характеризую |
щий отклонение средней нагрузки расчетного дня по отноше нию к средней недельной нагрузке, и а2, характеризующий от клонение абсолютной нагрузки расчетного часа по отноше нию к среднесуточной нагрузке:
Р ocb( ^ i к') ““ Росв ср^1^2*
Вторая составляющая АР0Съ{к, h) определяется при по мощи регрессионных соотношений между максимальными на грузками и температурой воздуха:
AP0CB(k, Л) = 1\p A tf,
i
где pi — реакция осветительно-бытовой нагрузки на измене ние температуры воздуха.
В некоторых случаях учитывают также влияние скорости ветра w на нагрузку, и тогда второй член равенства прини мает вид
ЬР0Ж |
h) = UpAt* + 2 qtm? (t? - t°), |
||
|
i |
i |
|
где qi — реакция |
осветительно-бытовой нагрузки на измене |
||
ние скорости ветра; t° — прогнозируемая |
температура воз |
||
духа; tc°— температура воздуха, |
при которой ветер практи |
||
чески не влияет на изменение нагрузки. |
|
||
Составляющая промышленной |
нагрузки |
определяется по> |
заявкам потребителей с учетом корреляционных коэффициен тов Ь\, характеризующего отклонение средней промышленной нагрузки расчетного дня по отношению к средней недельной промышленной нагрузке, и Ь%, характеризующего отклонение нагрузки расчетного часа по отношению к среднесуточной на грузке:
РВр(к, к) ■ ^прср^1^2‘