Файл: Церазов, А. Л. Электрическая часть тепловых электростанций учебник.pdf

Допускается до 2% для любого приемника электри­ ческой энергии. На зажимах асинхронных двигателей допускаемое значение напряжения обратной последова­ тельности (больше 2%) определяется влиянием откло­ нения напряжения прямой последовательности основной частоты, составом высших гармоник в несинусоидаль­ ном напряжении и величиной нагрузки на валу (п. 17 приложения к ГОСТ 13109-67).

Н е с и н у с о и д а л ь н о с т ь ф о р м ы к р и в о й н а ­ п р я ж е н и я характеризуется:

а) составом высших гармоник, каждая из которых определяется действующим значением

б) действующим значением всех высших гармоник,

равным I / U2^ , где предполагается отсутствие чет-

7=3

ных гармоник.

Допускается 5% действующего значения напряжения на зажимах любого приемника электрической энергии.

Здесь следует заметить, что если для приемника элек­ трической энергии высшие гармоники напряжения -сами по себе не оказывают отрицательного влияния, их нали­ чие дает неправильное представление о напряжении пер­ вой гармоники при контроле уровня напряжения по вольтметрам (без приборов гармонического анализа),

потому что U+1

Снижение напряжения прямой последовательности основной частоты может быть весьма опасным, напри­ мер, для работы асинхронных двигателей.

1-4. ПРЕИМУЩЕСТВА ОБЪЕДИНЕНИЯ СТАНЦИИ В СИСТЕМУ

Объединение всех потребителей электроэнергии в еди­ ную электрическую систему приводит к выравниванию графика нагрузки, что дает возможность более полно использовать оборудование электрической системы, уста­ новленную мощность электростанций, которая должна

15

быть рассчитана на максимальную мощность нагрузки. Объединение всех электростанций в систему позволя­ ет обеспечить быструю, маневренную взаимопомощь меж­ ду разными станциями при изменении нагрузки систе­ мы, аварийных повреждениях ее эледтентов. Работа элек­ трических станций на общую сеть, а не на отдельных потребителей электроэнергии дает возможность концен­ трировать производство электроэнергии, внедрять мощ­ ные наиболее экономичные энергетические агрегаты, об­ легчает управление работой системы, ее автоматизацию и кибернетизацию.

Централизованное распределение электроэнергии и концентрированное ее производство снижают капиталь­ ные затраты на единицу установленной мощности, экс­ плуатационные расходы и себестоимость электроэнер­ гии, позволяют форсировать развитие электроэнергетики.

Решение энергетических задач в рамках развития энергосистем позволяет комплексно подходить к исполь­ зованию топливных, водноэнергетических и иных ресур­ сов с учетом влияния производства электроэнергии на окружающую биосферу. Поэтому электрическая станция при проектировании, сооружении и эксплуатации долж­ на всегда рассматриваться как элемент большой элек­ трической системы и все решения по ее структуре, начиная с мощности агрегатов и, кончая устройствами регу­ лирования, схемой электрических соединений ее отдель­ ных элементов, должны приниматься с учетом общеси­ стемного подхода к этой станции как элементу большой и сложной системы. Это важнейшее обстоятельство чи­ татель должен иметь в виду постоянно при изучении всех разделов данного учебника.

Гла в а в т о ра я

СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

2-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В наиболее распространенных конструкциях мощных синхронных электрических машин на неподвижной части машины (статоре) располагается трехфазная обмотка переменного тока. Обмотка статора закладывается в па­ зы активной стали статора, набранной из пластин элек­ тротехнической стали (рис. 2-1,а).

На вращающейся части синхронной машины (рото­ ре) располагается обмотка возбуждения, питаемая по-

16

Число пар полюсов связано с частотой переменного тока и частотой вращения ротора синхронной машины следующим образом:

богенераторы и синхронные двигатели, имеющие частоту

Увеличение бочки ротора сопряжено с трудностями со­ здания больших поковок необходимой механической прочности.

Максимальная длина бочки ротора ограничивается величиной 6,5 м, общая длина ротора с валом между подшипниками 12 м. Последнее определяется необходи­ мостью уменьшения прогиба вала ротора и удаления критической частоты вращения ротора от номинальной частоты вращения (а также от его половинной частоты) во избежание совпадения частот колебаний несбаланси-

18

рованных механических сил с собственной частотой по­ перечных колебаний ротора.

Ротор с явновыраженными полюсами имеют гидроге­ нераторы, синхронные компенсаторы и синхронные дви­ гатели с частотой вращения до 1 500 об/мин. В этом слу­ чае обмотка возбуждения выполняется в виде катушек прямоугольного сечения, размещенных на сердечниках полюсов и удерживаемых от центробежных сил полюс­ ными наконечниками (рис. 2-1,б).

Параметры, характеризующие возможность длитель­ ной безаварийной работы турбогенератора при расчет­ ных условиях внешней среды, называют номинальными. На щитке генератора указаны: тип генератора, число фаз, частота тока, номинальная мощность в виде актив­

ной мощности, кВт, Рпом— ~\fЗНномЛюм cos срном и в виде

полной (кажущейся) мощности, кВА, 5 НОм = V ЗНномАюм! линейное напряжение, В; схема соединения фаз статора (звезда или треугольник); ток статора, А; напряжение возбуждения, В; ток ротора, А; коэффициент мощности; частота вращения, об/мин; классы изоляции обмоток ста­ тора и ротора; к. п. д., %; давление охлаждающих ве­ ществ.

Номинальная мощность и частота вращения связаны с геометрическими размерами машины [Л. 2, 3]. Извест­ но, что электромагнитная мощность всякой электрической машины

мотке; Ф — магнитный поток, сцепленный с обмоткой. Приняв во внимание, что ф —ВЛф, I — JFW, где В —

среднее значение магнитной индукции в пределах площа­

В выражении (2-3) произведение wFw = FM представ­ ляет собой общее сечение меди всех витков, произведе­ ние сечений Fu и Fф пропорционально четвертой степени линейных размеров машины I, т. е.

Pa=JBnfi. (2-4)

Рассмотрим ряд машин возрастающей мощности, по­ добных по своим геометрическим формам и имеющих

одинаковые плотности тока и магнитные индукции. Тогда из (2-4) следует, что линейные размеры машин пропор­ циональны корню четвертой степени из Р0/п:

< 2 ' 5 >

Так как момент вращения машины М Рэ/п, то (2-5) можно записать в виде 1==уМ.

Это означает, что в ряде машин возрастающей мощ­ ности, имеющих неизменные плотности тока и величины магнитных индукций, линейные размеры растут пропор­ ционально корню четвертой степени из их номинального момента вращения.

Для ряда электрических машин с одинаковой часто­ той вращения (а также для трансформаторов)

Эта закономерность дает возможность сделать ряд важных выводов. Поскольку масса активных материа­ лов (меди и стали) пропорциональна их объему (т. е. I3), значит для ряда подобных машин масса

Для такого же ряда машин можно считать стоимость активных материалов машины С и потери П в них про­ порциональными массе активных материалов, следова­ тельно,

Для сопоставления электрических машин введем ве­ личины массы, стоимости и потерь, приходящиеся на единицу мощности машины. Согласно (2-7) — (2-9)

G f P 3^ C l P 3 ^ n f P 3 ^ f F / P a= * l l f P ~ a, (2-Ю )

т. е. в ряде подобных машин масса,стоимость ипотери, приходящиеся на единицу мощности, обратно пропор­ циональны корню четвертой степени из мощности ма­ шины.

20

Таким же образом из (2-7) — (2-9) следует, что сум­ марные масса Gh, стоимость Ch и потери Пк для k оди­ наковых машин всегда больше массы, стоимости и по­ терь одной машины, изготовленной на суммарную мощ­

ность:

в электрических системах является укрупнение мощно­

стей единичных синхронных генераторов.

Теперь обратимся к величинам В и /, которые были приняты одинаковыми для подобного ряда машин. Из выражения (2-4) видно, что при фиксированных разме­ рах машины можно добиться увеличения ее мощности

увеличением В и /.

Увеличение магнитной индукции позволяет снизить количество используемой электротехнической стали, но влечет за собой увеличение потерь в стали на гистерезис

ивихревые токи. Эти потери пропорциональны квадрату индукции и частоте в степени около^ 1,3. Кроме того, увеличение индукции влечет за собой увеличение тока возбуждения и соответственно увеличение потерь в ро­ торе. Оптимальная величина магнитной индукции выби­ рается с учетом качества электротехнической стали, типа

имощности машины. Для генераторов средней и боль­ шой мощности она находится в пределах 0,5 1,1 Вб/м .

Допустимая величина плотности тока зависит от нагревостойкости применяемых изоляционных материалов

иусловий охлаждения электрических машин. С развити­ ем систем охлаждения у крупных машин используемая

плотность тока выросла от 2—3 А/мм2 до 7—12 А/мм2 в обмотках статора и до 15 А/мм2 в обмотках ротора. В настоящее время увеличение единичной мощности тур­ богенераторов с применением интенсивного охлаждения происходит при практически установившихся габаритах

машин.

2-2. СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ

Нагрев турбогенераторов определяется потерями мощ­ ности в обмотках статора и ротора, потерями в стали статора, потерями механическими (потери на трение и вентиляцию). Для отвода тепла от активных материалов

21