Файл: Усов С.В. Основы эксплуатации электрических станций конспект лекций.pdf

стоятельство является очень существенным и обязательно должно быть учтено при выборе способа пуска.

Асинхронный пуск прн пониженном напряжении, осуществ­ ляемый при помощи реактора, пускового автотрансформатора

.или с использованием специальных отпаек обмотки главного трансформатора, обладает другим недостатком: увеличенным временем пуска из-за относительно малых пусковых моментов, которые пропорциональны квадрату приложенного напряже­ ния.

Кроме того, следует учитывать, что при любых способах

.асинхронного пуска возникает проблема перегрева демпфер­ ных обмоток и для мощных машин (выше 100 MBA) может

•потребоваться применение непосредственного охлаждения

•стержней этих обмоток.

При частотном (синхронном) пуске генератор пускается при помощи ведущего генератора, подключаемого параллель­ но с пускаемым (ведомым) при очень малой частоте враще­ ния. Обе машины ускоряются затем синхронно до номиналь­ ной скорости вращения.

Момент, увлекающий при этом ведомую машину, является синхронизирующим моментом, который, как известно, тем больше, чем меньше угол между роторами ведущей и ведо­ мой машин:

Положительными сторонами частотного пуска является от­ сутствие чрезмерных пусковых токов, а также достаточно большие пусковые моменты, позволяющие даже не освобож­ дать рабочее колесо от воды. Однако относительно большая длительность пуска (10—15 мин) и затруднения, возникаю­ щие при пуске последнего агрегата станции, несколько сни­ жают достоинства этого способа.

В последнее время появилась разновидность названного способа, при котором для частотного пуска используют тири- ■сторный преобразователь частоты.

Как видно из пусковой схемы, изображенной на рис. 72, преобразователь частоты состоит из двух обычных тиристор­ ных преобразователей. Один из них ТП1, управляемый регу­ лятором тока, работает как выпрямитель, преобразуя трех­ фазный переменный ток в постоянный. Другой тиристорный преобразователь ТП2 работает как инвертор, преобразуя по­ стоянный ток в трехфазный переменный ток с частотой, кото­ рую можно изменять от очень малых значений до номиналь­ ной.

Тиристорная пусковая схема обладает определенными пре­ имуществами по сравнению с методом ведущего генератора,

■96

однако главный недостаток последнего (замедленный пуск) не устраняется.

В комбинированном методе объединены асинхронный и ча­ стотный способы пуска. Невозбужденный двигатель подклю­ чают к невозбужденному генератору, вращающемуся со ско­ ростью, составляющей 15—80% номинальной при фиксиро­ ванном открытии направляющего аппарата. Затем генератор возбуждается и появляющийся при этом асинхронный двига­ тельный момент заставляет ускоряться двигатель и тормозит генератор. По достижении относительной одинаковой скорости двигатель синхронизируется с генератором путем подачи воз­ буждения и дальше обе машины ускоряются турбиной до но­ минальной частоты вращения.

Рис. 72

Преимуществом этого метода по сравнению с частотным пуском является возможность использования возбудителя на валу, в то время как при частотном пуске обе машины долж­ ны возбуждаться еще в остановленном состоянии и поэтому обязательно требуется независимый источник возбуждения.

Другое преимущество заключается в более короткой дли­ тельности пуска всей станции в насосном режиме, так как ве­ дущий генератор не требуется останавливать между пусками отдельных .агрегатов. Это преимущество особенно заметно при многомашинных ГАЭС.

К недостаткам метода относят некоторый возможный пере­ грев демпферных обмоток, невозможность пуска генератором меньшей мощности и, наконец, трудность точного согласова­ ния величины подаваемого на ведущую машину возбуждения

смоментом, развиваемым турбиной.

Вметоде разгонного двигателя для пуска обратимого агре­ гата используется вспомогательный асинхронный двигатель с фазным ротором, смонтированный на валу главной машины и пускаемый от сети при помощи водяного реостата, присоеди­ ненного к обмотке ротора разгонного двигателя.

Мощность разгонного двигателя выбирается из соображе­ ний стоимости и приемлемой длительности пуска и находится

обычно в пределах от 1 до 10% мощности главного агрегата.

Метод разгонного двигателя является технически очень хорошим и ввиду его простоты и эффективности широко рас­ пространен в практике эксплуатации гидроаккумулирующих станций с обратимыми агрегатами.

К концу 1970 г. во всем мире находилось в эксплуатации и стадии строительства 35 ГАЭС с единичной мощностью обра­ тимых агрегатов свыше 100 MBA. Для 85 агрегатов этих стан­ ций пусковые методы распределялись следующим образом [10].

Если принять относительную стоимость пускового оборудо­ вания для способа разгонного двигателя за 1,0, то стоимость оборудования для асинхронного пуска при пониженном напря­ жении составит 1,5, для тиристорного пуска — 0,75, для ча­ стотного и комбинированного методов — 0,5 и для прямого асинхронного пуска — 0,1 [10]. Как видно, наиболее дешевый способ пуска имеет наименьшее распространение, что объяс­ няется его большими техническими недостатками.

§ 27. Регулировочный диапазон гидротурбины

Хотя изменения нагрузки гидротурбины и не ограничива­ ются температурными режимами, они не могут быть произ­ вольными. Пределы ее изменения ограничиваются явлением, кавитации, а также экономическими соображениями.

Кавитацией называют возникновение в водяном потоке местных понижений давления до давления парообразования, испарение воды в этой зоне и образование кавитационных пу­ зырьков, заполненных парами воды и воздухом. При после­ дующем перемещении этих пузырьков в зону более высокого давления водяные пары конденсируются, стенки пузырьков сближаются, сжимая находящийся в них воздух до очень вы­ соких давлений в сотни и даже тысячи атмосфер, и начина­ ются вибрации воздуха со звуковой частотой. Вибрации пере­ даются поверхности рабочего колеса и турбинной камеры и вызывают значительный эрозийный износ металла. Этим и опасен режим кавитации для гидротурбины, почему его и ре­ комендуют избегать.

Если обозначить #бар барометрическое давление, которое на уровне моря равно 10,3 м вод. ст., через Нотс— высоту от-

98

сасывания, или статический вакуум в зоне максимального разрежения в турбине, а через Hwm— максимальный динами­ ческий вакуум в турбине, то условие безкавитационного режи­ ма может быть записано следующим образом [11]:

т. е. наименьшее абсолютное давление в турбине ЯМШ1 должно быть всегда больше давления парообразования # ыас при дан­ ной температуре окружающей среды.

Как видно из выражения (8), возникновение кавитации прямо связано с режимом турбины, так как абсолютное давление в ней зависит от величины динамического ваку­ ума Я д 1Ш.

При уменьшении нагрузки динамический вакуум возрас­ тает за счет нарушения ламинарности потока и появления в нем значительных местных ускорений частиц воды, при увели­ чении нагрузки сверх некоторого критического предела также наблюдается возрастание динамического вакуума за счет общего повышения абсолютной скорости водяного потока, а также за счет частичного нарушения его ламинарности.

Обычно нижний предел нагрузки, при котором исчезает ка­ витация, равен 10—15% номинальной мощности гидротурби­ ны, и эту величину принято считать техническим минимумом ее нагрузки.

Кавитация возникает также при перегрузке машины, и, хотя по другим причинам гидротурбина допускает увеличение нагрузки за счет повышения напора, предел перегрузки ограничивается именно ка­ витационным режимом. В большинстве случаев кави­ тация возникает при нагруз­ ках, превосходящих 110% Ри, и поэтому десятипро­ центную перегрузку можно считать вполне допустимой.

Иногда кавитация возни­ кает и в середине регулиро­ вочного диапазона турбины, примерно между 60 и 75% номинальной мощности. Тогда указывают эту зону как зону нежелательной

нагрузки и при регулировании стремятся избегать работы тур­ бины с такими нагрузками.

В условиях эксплуатации определение зоны нежелательной нагрузки по условиям кавитации несложно, так как наложе­ ние множества кавитационных ударов приводит к появлению грохочущего звука и кавитационный режим турбины легко оп­ ределить на слух.

Существуют также экономические ограничения диапазона регулирования гидротурбин, которые определяются характе­ ром изменения потерь в них при изменениях нагрузки.

Наглядно эти изменения видны на кривых к. п. д. турбин (рис. 73). Наиболее широкий диапазон регулирования с уче­ том потерь имеют поворотно-лопастные турбины, а наиболее узкий — радиально-осевые.

§ 28. Скорость изменения нагрузки гидротурбины

Регулирование нагрузки гидротурбины связано с измене­ нием расхода воды через турбину и, следовательно, с измене­ нием скорости ее движения.

Известно, что изменение скорости движения воды, напри­ мер, в трубопроводе вызывает изменение давления противо­ положного знака. Если скорость воды уменьшается, давление в трубопроводе растет. Если направляющий аппарат открыва­ ется и расход воды увеличивается, давление падает.

Это явление носит название гидравлического удара и зна­ чительно усложняет регулирование нагрузки турбин, а в неко­ торых случаях может оказаться опасным для их прочности. Например, при повышении скорости вращения турбины регу­ лятор прикрывает направляющий аппарат, и вследствие этого напор повышается на величину, обусловленную появлением гидравлического удара. Расход воды через турбину уменьша­ ется при этом не до величины Q, = Q0— AQ, как это требова­ лось по условиям регулирования, а до Q / = Qi — AQ + iAQ', причем здесь a Q '— добавочный расход воды, вызванный по­ вышением напора из-за появления гидравлического удара. При некоторых определенных соотношениях размеров трубо­ провода это явление может привести в первый момент про­ цесса регулирования к тому, что мощность турбины не умень­ шается, а даже возрастает или остается в течение некоторого времени постоянной, прежде чем она начнет следовать за ре­ гулятором. По крайней мере, в обоих случаях требуемое из­ менение мощности турбины будет замедлено.

Таким образом, явление гидравлического удара может привести к тому, что турбина по сигналу «разгрузить» в пер­ вый момент начнет набирать мощность, вследствие чего регу­ лятор усилит сигнал-на закрытие и вызовет сильное перерегу­ лирование.

100