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

Колебания давления при гидравлическом ударе носят вол­ новой характер и описываются известными из физики волно­ выми уравнениями:

Общий интеграл этих уравнений показывает, что ударная волна состоит из прямой и обратной волн, накладывающихся одна на другую:

дината сечения трубопровода; х — время. Отсюда

т. е. изменение давления в потоке воды равно изменению ско­ рости потока, умноженному на волновую постоянную трубо­ провода, зависящую от материала, из которого он изготовлен.

Так как изменение скорости потока воды

где AQ— изменение расхода воды, м3/с; FTV— сечение трубопровода, м2, то

ЛЯ = aAQ

g F т р '

Относительное изменение давления при полном изменении расхода от максимального Q0 до нуля носит название ударной характеристики трубопровода:

Как видно, величина повышения давления может быть уменьшена, если изменять расход воды не внезапно, а с за­ медлением. Следовательно, изменяя скорость закрытия на­ правляющего аппарата, можно влиять на величину гидравли­ ческого удара и таким образом смягчить или предотвратить его нежелательные последствия.

101

Максимальное повышение давления, вычисляемое по фор­ муле (9), будет иметь место при прямом гидравлическом ударе, который возникает при времени закрытия направляю­ щего аппарата

2г

ления будет частичным. В этом случае гидравлический удар называют непрямым.

Обычно Гна = 2—8 с, а длина трубопровода 200—400 м, и так как аср = 1000 м/с, то Ттр = 0,4—0,8 с.

Допускаемые повышения давления в долях номинального напора

+Д/Удоп = (0,15 -0,5) Я п>

апонижения давления (отрицательный гидравлический удар) ~-д^доп = (0,4 - 0,75)

Если повышения давления превосходят указанные величи­ ны, к турбинному трубопроводу или к спиральной камере при­ страивают холостой сброс, который открывается при закры­ тии направляющего аппарата и затем, независимо от регули­ рующих воздействий, очень медленно закрывается, чтобы во­ дяной поток в напорном трубопроводе во избежание появле­ ния гидравлического удара замедлялся постепенно.

У турбин Пельтона (ковшовых) с этой же целью устанав­ ливают дефлекторы, которые при внезапном сбросе нагрузки направляются на струю и отклоняют ее от ковшей рабочего колеса, снимая таким образом вращающий момент с вала тур­ бины.

При указанных выше величинах повышения давления до­ стижима скорость изменения нагрузки от 150 до 500 МВт/мин в зависимости от параметров станции и турбин.

На некоторых гидростанциях с длиной напорного трубо­ провода больше 1000 м, где вероятно появление прямого гид­ равлического удара, кроме холостого сброса, который всту­ пает в действие обычно при полных сбросах нагрузки с ма­ шины, связывают регулятор скорости турбины с датчиком дав­ ления в напорном трубопроводе для ограничения скорости повышения нагрузки по гидравлическому режиму.

102

Г Л А В А V

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНЫХ НАГРУЗОК МЕЖДУ АГРЕГАТАМИ И СТАНЦИЯМИ

§ 29. Общие сведения

Нагрузки распределяют между агрегатами и станциями с учетом всех технических ограничений, накладываемых на ■оборудование станций ремонтами, аварийным или недоста­ точно надежным состоянием отдельных элементов, заводскими дефектами и особенностями отдельных агрегатов и устройств

(«узкие места») [12—16].

При этом принимается во внимание наличие топлива на ■складах тепловых станций и перспективы его получения, а для гидростанций согласуются краткосрочные режимы с длитель­ ными (ограничения по топливу и воде).

Наконец, в каждый данный момент нагрузку распределяют между отдельными агрегатами и станциями так, чтобы расход топлива в системе был наименьшим. Последнее выполнимо только при наличии достоверных энергетических характери­ стик оборудования.

Так как основным критерием оптимальности распределения является наименьший расход топлива, то при диспетчерском распределении нагрузки остальные составляющие себестои­ мости энергии обычно не учитываются. При задании электри­ ческой станции переменного графика нагрузки предполага­ ется, что изменения режима происходят мгновенно и не тре­ буют дополнительного расхода топлива, другими словами, переменный режим станции рассматривается как смена ряда установившихся режимов.

Диспетчер может воздействовать на расход топлива сле­ дующим образом.

1. Распределять нагрузку Р(т) между отдельными агрега­ тами или электростанциями с учетом их энергетических ха­ рактеристик B{(Pi), где Bi — часовой расход топлива.

2. Выводить из работы менее экономичные агрегаты в часы малой нагрузки и включать их в периоды роста нагрузки. При этом остановка агрегата производится только в том случае, если расход топлива на остановку и последующий пуск, зави­ сящий от продолжительности остановки Атг-, окажется меньше перерасхода топлива на неэкономичный режим при его непре­ рывной работе.

103

вие выгодности остановки примет вид

Здесь finyci;(Ат{) — зависимость пускового расхода топлива or продолжительности остановки Лп-

3. В гидротепловых системах нагрузка гидроэлектростан­ ций Ргэс (т) должна назначаться с учетом рациональной экс­

плуатации водохранилищ, а также наибольшего благоприятст­ вования для тепловых электростанций. В периоды маловодья гидростанции должны преимущественно вырабатывать энер­ гию во время пиков нагрузки, а при отсутствии ограничений по воде нагрузка их должна быть максимальной.

4. Уменьшать потери в сети путем оптимального распреде­ ления реактивной нагрузки (Эреакт(т) между генераторами гг

синхронными компенсаторами, поддержания оптимальных уровней напряжения в узловых пунктах системы, установки: оптимальных коэффициентов трансформации трансформато­ ров, выбора наивыгоднейшей конфигурации сети и, наконец,, путем задания оптимальной программы обменных мощностей.

Каждая из перечисленных задач представляет значитель­ ные трудности для решения из-за их многомерности (сотни переменных величин), а также из-за многочисленных взаим­ ных связей и взаимного влияния большинства рассматривае­ мых переменных.

В основном уравнении баланса активных мощностей, кото­ рый должен при нормальной работе системы соблюдаться в. каждый момент времени,

Тр = 2 р М ~ 2 р№ ~ я пог(т) = о,

*j

Pi(т) обозначает мощность, вырабатываемую станцией i;

ных тепловых электростанций, но и гидростанций с водохра­ нилищами, гидроаккумулирующих станций, гидростанций на бытовом стоке, ТЭЦ, тепловых станций с ограничениями рас­ хода топлива, а также обменные мощности. При распределе­ нии нагрузки между этими станциями следует учитывать их расходные характеристики, а также вынужденные условия,, ограничивающие расход топлива на ТЭС и воды на ГЭС.

Выработка энергии тепловых станций с ограниченным рас­ ходом топлива, ГЭС с водохранилищем и ГАЭС определяется изопериметрическими условиями:

J ?а(Ра) = Яа-

О

104

Если а — ТЭС, то

<?(Р) = ВТЭС(РТЭС) т/ч;

Г

J ВТЭС(РТЭС) dt = 9тэс = -^огр Т,

где 5 0гр— расход топлива за период времени Т (сутки), огра­ ниченный по условиям запасов топлива.

Если а — ГЭС, то

<Р(^) = <3гэс(р гэс) м3/4'-

т

J Фгэс^гэс) — 9гэс = ^ГЭС м3»

где Егэс — объем воды, который возможно израсходовать за период времени Т (сутки) по условиям запаса воды в водо­ хранилище ГЭС.

При наличии в системе гидроэлектростанций с большим временем наполнения водохранилищ определение располагае­ мых объемов воды проводится для больших периодов, порядка квартала или года, в связи с чем многие параметры процесса обязательно рассматриваются как параметры стохастическогопроцесса, а эксплуатация системы ведется с учетом планиро­ вания этих параметров.

Нагрузку ТЭЦ и гидростанций, работающих на бытовом стоке, обычно принимают вынужденной (заданной), что в не­ которой степени упрощает решение общей задачи.

Потери в сети Рпот(т) являются сложной функцией актив­ ной и реактивной мощности станций и потребителей, выбран­ ных коэффициентов трансформации трансформаторов, уров­ ней напряжения в узлах, а также конфигурации сети (экс­ плуатационной схемы). Учет потерь в сети вносит дополни­ тельные усложнения в уравнения баланса реактивной мощ­ ности

?Q= 2 Qi(*) - 2 ОД*) - Qnoxtt) = о,

»i

которые здесь не рассматриваются подробно.

Значения всех переменных величин ограничены еще и тех­ ническими пределами, причем эти ограничения выражаются обычно неравенствами. К ним относятся ограниченные пре­ делы колебания напряжения (Um мии— Цпмакс), недопусти­ мость перегрузки отдельных элементов системы по току ( A n n ^ A n n м а к с ) 1ограниченные пределы изменения реактивной мощности генераторов и т. д.

Несмотря на мощную вычислительную технику, имею­ щуюся в распоряжении энергосистем, задача определения

105.

оптимального режима системы в ее полном объеме в настоя­ щее время еще не решается как единая системная задача из-за ее многомерности и отсутствия надежных математиче­ ских методов для нахождения минимального значения слож­ ного функционала, содержащего непрерывные и дискретные переменные стохастической природы.

Существующая практика сводится к отказу от высокой точности решения, принятию ряда допущений и разделению задачи нахождения оптимального режима в широком и общем смысле на несколько меньших и более узких задач с после­ дующим учетом явно выраженных обратных связей между отдельными результатами.

К числу таких отдельных задач, решение которых всегда необходимо для эксплуатации, относятся:

1) наивыгоднейшее распределение нагрузок;

2) диспетчерский график регулирования водохранилищ ГЭС;

3)остановка агрегатов в горячий резерв и выбор состава оборудования;

4)оптимальная программа обменных мощностей;

5)наивыгоднейший режим отдельных ГАЭС и т. д.

§ 30. Наивыгоднейшее распределение нагрузок

Задача наивыгоднейшего распределения нагрузок обычно ограничивается распределением суммарной активной нагруз­ ки системы между агрегатами и станциями системы при за­ данном составе работающего оборудования [12, 13].

Ее решение сводится к нахождению относительного мини­ мума функции

min £ 5,(Р ()

при условии

которое должно соблюдаться в каждой точке Р графика сум­ марной активной нагрузки системы Р{т).

Результатом является уравнение наивыгоднейшего распре­ деления

или иначе

106