Мощность гидрогенератора чем определяется

ЭНЕРГИЯ И МОЩНОСТЬ ГЭС

Энергия, используемая ГЭС, может быть определена из (3.3) путем замены Н_уч на напор Н (3.6) или по (3.7). Однако на ГЭС выработку энергии и мощность принято измерять на выводах гидрогенератора, поэтому энергия и мощность ГЭС будут определяться с учетом коэффициентов полезного действия гидротурбины и электрогенератора.

Мощность на валу гидротурбины (кВт) определяется как

где Q_T — расход воды через гидротурбину, м 3 /с; Н — напор
турбины с учетом потерь по (5.6) или (5.7); — коэффициент
полезного действия (КПД) турбины (у современных
крупных гидротурбин n_т = 0,93—0,96).
Электрическая мощность гидрогенератора

где — КПД гидрогенератора, обычно равный 0,97.

Регулирование мощности агрегата ГЭС производится измене-
нием расхода воды, проходящей через гидротурбину. Мощность:
ГЭС в i-й момент времени равна

где — расход ГЭС, напор ГЭС и КПД ГЭС в i-й момент времени. Выработка электроэнергии ГЭС (кВт • ч) за период времени Т(ч) определяется как

В качестве расчетного периода T рассматриваются час, сутки, неделя, месяц, год.

Годовая выработка электроэнергии ГЭС не является постоянной величиной, а изменяется в зависимости от объема стока, поступившего в водохранилище, степени его регулирования и условий эксплуатации ГЭС. При годичном регулировании годовая выработка электроэнергии ГЭС, как правило, существенно колеблется — в основном за счет энергоотдачи в паводковый период.

При многолетнем регулировании неравномерность выработки электроэнергии по годам бывает незначительной.

Очевидно, что электрическая мощность, подведенная к потребителю, меньше мощности, производимой гидроэлектростанцией, Сумма всех потерь при передаче электрической мощности от ГЭС до потребителя и при многократных преобразованиях ее в повышающих и понижающих трансформаторах можно оценить при помощи КПД системы передачи и преобразований Обычно составляет 0,92—0,93.

Установленная мощность ГЭС определяется как сумма

номинальных (паспортных) мощностей установленных на ней генераторов. Она соответствует максимальной мощности, которую может развить гидроэлектростанция.

Источник

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАЛЫХ ГЭС

Расчет мощности малых ГЭС

Принимаемая в проектной документации мощность гидроэлектростанции — основной параметр, характеризующий ее как объект генерации электроэнергии.

Мощность малой ГЭС на конкретный момент времени определяется по формуле:

где:
Q — расход воды, протекающий через гидротурбины ГЭС (м 3 /с);
H — напор воды (м);
η_турб — КПД турбины;
η_ген — КПД генератора.

Размерность мощности, получаемой по данной формуле — кВт.

Для проекта малой ГЭС наиболее важными исходными данными при расчете выработки являются расходы воды. Их получают на основе имеющегося гидрологического ряда наблюдений на близкорасположенном водомерном посту реки.

Максимальная мощность малой ГЭС, называемая установленной мощностью, рассчитывается по модифицированной формуле:

Q_макс — максимально возможный расход воды, который способны пропустить агрегаты ГЭС;
H_расч — расчетный напор воды, представляющий собой средневзвешенный напор за определенный отрезок времени.

Выработка представляет собой объем электроэнергии, вырабатываемой малой ГЭС. Выработка представляется в кВ·ч и рассчитывается для определенного периода времени (обычно — один год). Основная формула:

где:
N_i — ряд мощностей в течение расчетного периода времени T;
t_i — ряд временных промежутков, соответствующих N_i и в сумме равных расчетному периоду времени T.

Источник

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

ТИПЫ И ПАРАМЕТРЫ ГИДРОГЕНЕРАТОРОВ

Гидрогенератор обычно имеет общий вал с гидравлической турбиной. Гидрогенератор преобразует механическую энергию гидравлической турбины в электрическую энергию. На гидроэлектростанциях СССР, как правило, применяются трехфазные синхронные генераторы. Гидрогенератор состоит из ротора с полюсной системой и статора с равномерно распределенной стержневой обмоткой. При вращении ротора создаваемое полюсами магнитное поле пересекает стержни обмотки статора, в которой наводится электродвижущая сила. При включении гидрогенератора в электрическую сеть с потребителями энергии по обмотке статора будет протекать ток, создавая электрическую нагрузку генератора.

Гидрогенераторы с частотой вращения до 100 об/мин считаются обычно тихоходными, от 100 до 200 об/мин — средней скорости, свыше 200 об/мин — быстроходными.

Тихоходные и средней скорости генераторы выполняются почти всегда вертикальными, что определяется оптимальной компоновкой агрегата низконапорных и средненапорных ГЭС. Быстроходные генераторы высоконапорных установок выпускаются как вертикальными, так и горизонтальными.. Капсульные генераторы, размещаемые в капсуле, омываемой водой прямоосного проточного тракта гидротурбины,— это машины с горизонтальным валом.

В СССР тип генератора характеризуется маркой, например: СВ «250» — 48- Здесь СВ обозначает синхронный вертикальный; 1130 — внешний диаметр активной стали статора в см; 250—(высота) длина активной стали статора в см; 48 = 2 р — число полюсов.

При маркировке гидрогенераторов применяются также следующие обозначения:

В ГС — вертикальный генератор, синхронный;
СВФ — синхронный вертикальный с форсированной системой охлаждения;
СВО — синхронный вертикальный обратимый;
СГК — синхронный горизонтальный капсульный.

Основные электрические параметры гидрогенераторов: S — полная мощность, кВ A, MB-A; Nrs активная мощность, кВт, МВт; Q — реактивная мощность, квар, Мвар (здесь вар — единица измерения реактивной мощности); cos ср — коэффициент мощности; U — напряжение, В, кВ.

В СССР напряжения генераторов стандартизированы, они на 5 % выше номинальных напряжений электрических сетей. По шкале ГОСТ они равны 3,15; 6,3; 10,5 и 21 кВ. Для генераторов мощностью 50 МВт и выше для блочных схем дополнительно допускаются напряжения 13,8; 15,75; 18 и 20 кВ. Для сверхмощных машин могут быть и более высокие напряжения; ц — КПД, равный 95—98,5 %; п — частота вращения, об/мин.

Полная мощность в кВ А определяется по мощности гидротурбины N? в кВт: и связана с силой тока и напряжением формулой мощности трехфазной цепи

Полная, активная и реактивная мощности связаны между собой соотношениями:

Маховый момент, характеризующий инерцию вращающихся масс — mDl, где т — масса вращающихся частей агрегата, диаметр инерции массы ротора относительно оси вращения, м. Маховыми моментами вала и рабочего колеса турбины, ввиду их малости, часто пренебрегают.

Маховый момент гидрогенератора в т-м2 может быть определен по электрическим параметрам генератора по формуле:

Приближенно принимают диаметр инерции Dm равным диаметру расточки статора.

Постоянная инерции генератора

Постоянная инерции генератора равна времени, в течение которого ротор разворачивается от состояния покоя до номинальной частоты вращения, в результате воздействия приложенного со стороны сети электрического момента вращения, соответствующего активной мощности, численно равной полной мощности генератора S в кВ-А.

Постоянную инерции также можно представить как время, остановки агрегата после мгновенного прекращения подачи воды на. рабочее колесо турбины, при подключенной электрической мощности потребителя, равной номинальной мощности генератора Аген в кВт при cos ф = 1. При этом NreH = S.

Гидрогенераторы выполняются преимущественно с вертикальным нало.м. Вертикальные гидрогенераторы бывают подвесного типа — с подпятником (пятой) над генератором — или зонтичного типа — с пятой под генератором. У зонтичных гидрогенераторов подпятник опирается или на крестовину под генератором, или на крышку турбины (рис. Ю-l).

Подпятник — очень ответственный элемент гидрогенератора, через подпятник передается усилие от веса вращающихся частей агрегата (ротора генератора, вала, рабочего колеса гидротурбины) и реакции воды проточной части на строительные конструкции агрегатного блока здания ГЭС.

Нагрузка на подпятник генератора Братской ГЭС 16 МН (16Штс)

; Красноярской ГЭС 26 МН (2600 тс); Саяно-Шушенской ГЭС 32 МН (3200 тс).

Наибольшее распространение получили сегментные подпятники. Связанный со втулкой, укрепленной на валу агрегата, вращающийся диск (зеркала) передает нагрузку на неподвижные сегменты подпятника. Трущиеся поверхности располагаются в масляной ванне подпятника.

Перед пуском агрегата и после длительной остановки (несколько суток) рекомендуется приподнять ротор на тормозах-домкратах для смазки трущихся поверхностей пяты, а также специальным насосом подавать масло под давлением на эти поверхности.

Внутри масляной ванны подпятника располагаются маслоохлаждающие теплообменники-радиаторы, внутри которых протекает охлаждающая вода.

В конструкциях отечественных гидрогенераторов также применяются сегментные направляющие подшипники с самоустанавдивающимися сегментами.

У подвесного гидрогенератора подпятник, располагаемый над ротором, опирается на верхнюю крестовину (рис. 10-2 а и 10-2 б).

Для не очень крупных машин подвесное исполнение предпочтительнее, так как обладает большей механической устойчивостью. Подпятник и верхние части машины более доступны для обслуживания. Однако, будучи грузонесущей, верхняя крестовина, передающая нагрузку на корпус статора, для большого диаметра генератора получается очень громоздкой и тяжелой. Высота генератора больше чем у зонтичного типа.

В машинах зонтичного типа при установке пяты на нижней крестовине (рис. 10-3 а), эта грузонесущая крестовина имеет меньшие размеры и массу, так как устанавливается в шахте турбины, диаметр которой меньше диаметра статора генератора, высота над ротором резко сокращена, что позволяет понизить верхнее строение здания ГЭС. Ондако для ремонта подпятника трудно использовать кран машинного зала.

При опоре на крышку турбины (см. рис. 8-19) нижняя крестовина получается намного легче, поскольку она нужна только для размещения подшипника. Если промежуточный подшипник конструкцией не предусмотрен, и тормоза опираются на бетон шахты, то нижняя крестовина отсутствует (рис. 10-3 6). Взамен крестовины предусматривается только торцовый щит. При облегченной крестовине или без нее длина вала уменьшается, получается значительная экономия в металлоемкости машины.

Выбор типа гидрогенератора ориентировочно определяется по сле-дующим условиям;

1) Если диаметр DiClO м принимается подвесной тип, если Di>10 м — зонтичный тип.
2) В зависимости от частоты вращения: при п 150 об/мин рекомендуется подвесной тип, при n=sC75 об/мин — зонтичный.
3) От отношения главных размеров: если >015— предпочтительнее подвесной тип, при 0,15— зонтичный тип

При равнозначных условиях в результате проектных проработок заводом производится более глубокое технико-экономическое сравнение вариантов конструкций машин.

Гидрогенератор состоит из двух основных частей — статора и ротора. Статор — это неподвижная часть, располагаемая в виде кольца в полу машинного зала агрегатного блока ГЭС. Ротор — вращающаяся часть, располагаемая внутри статора и сопрягаемая с валом гидротурбины.

Те части конструкции генератора, которые служат для процесса выработки электрической энергии, а именно:, обод ротора, полюсная система, сердечник статора с обмоткой, это активные части конструкции. Остальные части, служащие для крепления, поддержания активных частей и установки всей конструкции, это конструктивные части.

К конструктивным частям относятся: корпус статора (рис, 10-2 а, поз. 8) —стальная конструкция, сваренная из вырезок толстолистового проката. Корпус статора состоит из наружной обшивки, нескольких рядов горизонтальных полок и верхнего и нижнего поясов, связанных между собой распорными угольниками и ребрами жесткости. Корпус служит для крепления в нем : сердечника статора с обмоткой.

К полкам корпуса с внутренней стороны прикрепляются вертикальные полосы-клинья, сечением формы ласточкина хвоста. На эти клинья набирают (шихтуют) листы активной стали статора — сегменты толщиной 0,5 мм. Эти листы в-сборе создают сердечник статора. Каждый лист-сегмент шихтованного сердечника имеет лаковую пленку толщиной 0,05 мм, создающую хорошую изоляцию между листами, что препятствует протеканию вихревых токов и предохраняет листы от коррозии. Число сегментов, например, генератора Волжской ГЭС имени XXII съезда КПСС-—200 тыс. штук. Сборка сегментов крупных генераторов производится на монтажной площадке ГЭС.

Если диаметр корпуса статора превышает 5 м, то по транспортным условиям он выполняется разъемным, состоящим из двух, четырех или шести частей. Для соединения частей между собой предусматриваются стыковочные плиты и стяжные шпильки.

С внешней стороны корпуса, напротив окон в обшивке статора, устанавливаются воздухоохладители (рис. 10-3 а, поз. 9).

С внутренней стороны сердечника по всей его окружности в сегментах статора предусмотрены пазы для укладки в них катушечной или стержневой обмотки, обычно двухслойной. Обмотки крепятся клиньями из изоляционного материала — гетииакса, текстолита или стеклотекстолита.

Верхняя и нижняя крестовины гидрогенератора (рис. 10-3 а, поз. 6 и 10) служат в основном для установки в них направляющих подшипников и подпятника. Крестовины несут в себе перекрытия, игра-ющие роль торцевых щитов, замыкающих внутреннее пространство ге-нераторов.

В зависимости от размеров установки и передаваемой нагрузки крестовины выполняют мостовыми, с двумя или четырьмя балками таврового сечения, и лучевыми, с объемными радиально расположенными лапами (паук).

Фундаментом вертикального гидрогенератора является верхняя часть шахты турбины. В монолитной конструкции фундамента предусматриваются: опоры статора, нижней крестовины, тормозов. Корпус статора крепится к фундаменту закладными болтами-шпильками. Опора статора выполняется либо сплошной, либо в виде отдельных колоны.

Ротор гидрогенератора состоит из вала, остова и обода с полюсной системой.

Грубообработанная поковка вала с просверленным по оси сквозным центральным отверстием окончательно обрабатывается на элек-тромашиностроительном заводе. Нижним фланцем вал примыкает к турбинному валу. Самые мощные зонтичные гидрогенераторы изготав- ливаготся с единым валом для турбины и генератора. Средняя часть вала предназначена для посадки втулки ротора.

Остов ротора может быть дисковым (у быстроходных машин) и спицевым. По окружности спиц располагается обод ротора. Обод небольших машин выполняется литым или дисковым, у машин большой мощности (диаметр ротора свыше 4 м) —обод сегментный. Шихтовка обода ротора крупных машин и навеска полюсов производятся на монтажной площадке ГЭС при вертикальной установке остова (вала) на роторной тумбе или в роторной яме.

Генераторы Братской ГЭС мощностью 264,7 MB А на 125 об/мин, при Dj = 11 м и lt/Di = 0,227 выполнены подвесными (рис. 10-2); для генераторов Красноярской ГЭС мощностью 590 MB-А, при п = 93,8 об/мин, г=16,1 м, lt/Di = 0,108 — принят зонтичный тип.

Горизонтальные генераторы высоконапорных станций сопрягаются с горизонтальным валом гидротурбины. Горизонтальный вал агрегата вращается в направляющих подшипниках, которые опираются на фундаменты в полу машинного зала ГЭС.

Конструкция горизонтального генератора показана на рис. 10-4.

Капсульные генераторы монтируются внутри капсулы, расположенной в водотоке. Для уменьшения габаритов генераторов их напряженке принимается пониженным — 3,15 кВ у гнераторов до 20 МВт и 6,3 кВ — у генераторов 50 МВт. Коэффициент мощности cos ср = 0,98—1, т. е. назначается повышенным. Разрез конструкции капсульного агрегата см. на рис. 8-22.

При малом маховом моменте капсульного агрегата инерционная постоянная близка к 1 с, следовательно, необходимы специальные электротехнические устройства для обеспечения устойчивости параллельной работы таких агрегатов в энергосистеме.

Источник

Гидрогенераторы

1 Определение

Гидрогенератором (рис.1) называют устройство, которое состоит из электрического генератора и гидротурбины, выполняющей роль механического привода. Служит для вырабатывания электроэнергии на ГЭС. Термин «гидрогенератор» используется согласно ГОСТ 5616 для обозначения термина «генератор гидротурбинный».

Рисунок 1 – Общий вид установки

2 Принцип работы

Гидрогенераторы, как правило, имеют меньшую, чем у других установок скорость работы(не более 500 об/мин), но диаметр турбин может достигать 25 метров. Это обусловлено вертикальным расположением генераторов и спецификой их работы. Для вращения турбины используется энергия падающего потока воды.

3 Устройство

Конструкция гидрогенератора определяется, в первую очередь, условиями в которых будет работать электростанция (учитывают напор воды, климат погодные условия и т.д.). Поэтому для каждой ГЭС создаются свои генераторы.

В общем случае гидрогенератор состоит из ротора, статора, крестовины, подпятников и подшипников. Также устанавливаются устройства для охлаждения обмоток.

Рисунок 2 – Ремонт гидрогенератора

4 Характеристики

Статор (рис.3) располагается внутри специального кожуха и является разборным для упрощения транспортировки и монтирования.

Рисунок 3 – Статор

Напряжение статора влияет на стоимость аппарата. Как правило, оно равно 15-20 кВ.
В качестве систем возбуждения широко применяются системы с тиристорными преобразователями и трехфазными мостовыми системами выпрямления. Системы возбуждения призваны обеспечивать ток и напряжение, которые превышают номинальные не более, чем на 10%.

5 Классификация

По способу расположения:

Чаще используются именно вертикальные гидрогенераторы, т.к. они более устойчивы к нагрузкам, создаваемым потоком воды.
Выделяют два основных типа вертикальных генераторов:

Рисунок 4 – Генераторы подвесного и зонтичного типа

Отличаются в основном расположением подпятника. В подвесных генераторах подпятник опирается на на верхнюю крестовину, расположенную на станине статора.
В зонтичных подпятник расположен под ротором и опирается на нижнюю крестовину облегченной конструкции.

При частотах вращения до 200 об/мин гидрогенераторы выполняются преимущественно в зонтичном исполнении, свыше 200 об/мин – в подвесном. При частотах вращения свыше 250 об/мин вертикальные гидрогенераторы выполняются исключительно в подвесном исполнении.

При зонтичной конструкции иногда удается снизить высоту агрегата и машинного зала за счет облегчения верхней крестовины и этим уменьшить также массу агрегата и расход материалов.

6 Расшифровка условных обозначений

7 Использование ГЭС

Заключение

Гидроэнергетика продолжает развиваться, что связано с все сильнее возрастающими нагрузками на электрические сети и необходимостью обеспечивать статическую и динамическую стабильность их работы. Для этого требуется разрабатывать быстроотзывчивые системы возбуждения. При этом опыт многих стран показывает, что полная замена гидрогенераторов может быть экономически выгодна только для машин малой мощности, для остальной же части более целесообразна модернизация действующего оборудования.

Список литературы

Источник

Характеристики источника первичной энергии

Гидрогенераторы

Определения

Гидротехнические сооружения обеспечивают необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Каждая крупная ГЭС содержит несколько гидроагрегатов, мощность которых суммируется при определении общей мощности электростанции.

— ГЭС «Три ущелья»: 34 генератора;

— Волжская ГЭС: 22 генератора;

— ГЭС «Итайпу»: 20 генераторов;

— Братская ГЭС: 18 генераторов;

— Саяно-Шушенская ГЭС: 10 гидрогенераторов.

Конструкция и параметры гидрогенераторов регламентируются ГОСТ 5616-89.

Область применения

Область применения: гидравлические электростанции (ГЭС); гидроаккумулирующие станции (ГАЭС).

В Разделе 3 речь будет идти о ГЭС большой мощности (если не оговорено иное).

О ГАЭС будет идти речь в Разделе 11.2.2.2 и Разделе 16.6.

Назначение

Назначение крупных ГЭС (и их гидрогенераторов): создание централизованной энергосистемы страны, т.е. обеспечение электроэнергией большой территории.

Наряду с ГЭС централизованная энергосистема создается также и другими типами электростанций.

Общие характеристики

Характеристики источника первичной энергии

Гидравлическая энергия относится к возобновляемым природным энергоресурсам (см. Раздел 4.2). Под лучами солнца испаряется вода из озер, рек и морей. Образуются облака, идет дождь, и вода возвращается в водные бассейны. С таким круговоротом воды в природе связано колоссальное количество энергии. Географическая область умеренного климата, расположенная на высоте около 2500 м над уровнем моря, при количестве осадков порядка 1000 мм/год теоретически могла бы непрерывно давать более 750 кВт с каждого квадратного километра площади [17].

В мировом балансе энергетические ресурсы рек России составляют около 10% ресурсов мира (освоены на 32,8%) [44].

Помимо энергии рек можно использовать энергию приливов на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды.

Доля ГЭС в энергетике

— установленная суммарная мощность 777 ГВт (2006г) [24]; 836 ГВт (конец 2005г, без учета малых ГЭС) [28];

— вырабатывают 2994 ТВт·ч/год (конец 2005г) [28];

— 19% от всей производимой электроэнергии [22], до 20 % (2006г) [24];

— 88 % от электроэнергии, вырабатываемой источниками возобновляемой энергии [24];

— используется 16% от технического потенциала гидравлической энергии (конец 2005г) [28].

В странах (конец 2005г) [28]:

— Китай: установленная мощность 108 ГВт, 397 ТВт·ч/год (максимальные показатели в мире);

— Норвегия: 27 ГВт (98,9% от общего производства электроэнергии в стране);

— установленная суммарная мощность 44 ГВт (конец 2005г) [28];

— 18,3% от общего производства электроэнергии в стране (конец 2005г) [28];

— вырабатывается 165*10 9 кВт·ч/год (2010г) [42].

3.5. Тип электрической машины:

а) явнополюсный синхронный генератор;

(У турбогенератора, напомню, неявнополюсная конструкция).

Самый распространенный случай (применяется практически во всех гидрогенераторах крупных ГЭС) [1].

Это связано с тем, что гидрогенераторы работают при малых частотах вращения (Раздел 3.7), не критичных по отношению к прочности ротора, и в этих условиях в силу своих качеств более предпочтительной является явнополюсная конструкция (Разделы 13.4.2 и 13.4.3).

б) асинхронизированная машина (машина двойного питания) (Раздел 13.3).

Редко используемый вариант. Единственный пример в России: Иовская ГЭС (Мурманская обл.).

Введена в эксплуатацию в 1962 году. Мощность генератора 40 МВт, частота вращения 136,4 об/мин. Предложена М.М.Ботвинником [6].

Мощность гидрогенераторов

Номинальная мощность

По мощности гидрогенераторы крупных ГЭС разделяются на следующие классы [43]:

— малой мощности — до 5 МВт;

— средней — от 5 до 25 МВт;

— большой мощности — свыше 25 МВт.

Самые мощные гидрогенераторы в России: гидрогенераторы Саяно-Шушенской ГЭС, сооруженной на реке Енисей: 640 МВт (711 МВА [6]).

Самые мощные гидрогенераторы в мире: гидрогенераторы ГЭС «Сянцзяба» (Китай, река Янцзы): 800 МВт [31].

Мощность некоторых крупнейших гидрогенераторов:

— гидрогенераторы ГЭС «Итайпу» (Бразилия): 700 МВт [16]; 823,6 МВА (самый мощный гидрогенератор в мире) [6];

— гидрогенераторы ГЭС «Три ущелья» (Китай): 700 МВт [16];

— гидрогенераторы Красноярской ГЭС: 500 МВт [16];

— гидрогенераторы Братской ГЭС: 250 и 255 МВт[16];

— гидрогенераторы Усть-Илимской ГЭС: 240 МВт[16].

Выходная мощность гидрогенератора Р_вых.г зависит от выходной мощности гидротурбины Р_вых.т, являющейся входной мощностью для гидрогенератора

где η_г – КПД гидрогенератора.

Выходная мощность гидротурбины Р_вых.т зависит от мощности водотока N, являющейся входной мощностью для гидротурбины

где η_т – КПД гидротурбины.

Чтобы на выходе генератора была обеспечена заявленная мощность, на гидротурбину должна быть подана достаточная мощность водотока.

Примеры (величина расчетного напора) [16]:

— Гизельдонская ГЭС (Северная Осетия, Россия): 289 м (самая высоконапорная ГЭС в России) [29];

— Саяно-Шушенская ГЭС: напор 194 м (плотина 245 м);

— Братская ГЭС: 106 м;

— ГЭС «Три ущелья»: от 79 до 109 м.

Перегрузка

В требованиях для гидрогенераторов задается перегрузка по току.

Согласно ГОСТ 183-74 гидрогенераторы должны без повреждений и остаточных деформаций выдерживать:

Выходное напряжение

Выходное напряжение – трехфазное переменное. Если говорят о значении переменного трехфазного напряжения без уточнения, то имеют в виду действующее значение линейного напряжения. Номинальное напряжение гидрогенераторов выбирается из ряда значений, определенных государственным стандартом [8]:0,4; 0,63; 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18,0; 20 кВ. Чем больше мощность машины, тем выше выбирается уровень напряжения (чтобы при этом получить меньший рост фазного тока) (табл.3.1). Таблица 3.1 – Зависимость напряжения гидрогенераторов от мощности [8]

Допустимое изменение действующего значения напряжения на выводах обмотки статора составляет ±5% при номинальной мощности и номинальном коэффициенте мощности.

Пример: выходное напряжение гидрогенераторов Саяно-Шушенской и Красноярской ГЭС – 15,75 кВ [44].

Для передачи электроэнергии отдаленным потребителям даже такое высокое переменное напряжение мощных гидрогенераторов дополнительно увеличивается в силовых трансформаторах до 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ.

Пример: на Красноярской ГЭС используются трехфазные трансформаторы на напряжение 220 кВ мощностью 630 МВА и однофазные трансформаторы на напряжение 500 кВ мощностью 417 МВА (в свое время самые мощные в нашей стране) [44].

Фазный ток

Большая выходная мощность гидрогенераторов (несмотря на большой уровень выходного напряжения) достигается большими токами в обмотке статора генератора:

Пример: номинальный фазный ток гидрогенераторов Саяно-Шушенской ГЭС составляет 28,5 кА [44].

Охлаждение

Общие принципы охлаждения крупных машин смотри в Разделе 2.10.

В крупных гидрогенераторах применяются следующие способы охлаждения:

— воздушное (как пример: дополнительно с использованием воздухоохладителей – трубопроводов, по которым циркулирует вода, воздух, соприкасаясь с ними, охлаждается, и после этого поступает в машину для охлаждения ее нагретых частей);

— водяное (более эффективное, используется для гидрогенераторов большой мощности);

— воздушно-водяное (наиболее распространено [27]) (водяное – для наиболее напряженных в тепловом отношении элементов – обмотки якоря).

Повышение интенсивности охлаждения позволяет снизить расход изоляции, меди и активной стали.

Водородное охлаждение в гидрогенераторах не применяется ввиду больших размеров ротора и трудностей герметизации корпуса генератора [39].

Требования, предъявляемые к системам возбуждения

— надежное электропитание постоянным током обмотки возбуждения гидрогенератора в любых режимах, в том числе и при авариях в энергосистемах;

— устойчивое регулирование тока возбуждения при изменении нагрузки гидрогенератора от нуля до номинальной при заданном уровне напряжения (Раздел 3.16.1);

— форсировка возбуждения, т.е. быстрое нарастание напряжения, подаваемого на ОВ, от номинального значения до предельного;

Форсировка возбуждения требуется, в частности, для поддержания устойчивой работы гидрогенератора во время аварии в энергосистеме и восстановления нормального режима после ликвидации аварии. (Предельное значение напряжения возбуждения в гидрогенераторах принимают не менее 1,8…2 от номинального напряжения возбуждения).

— быстрое уменьшение тока возбуждения (гашение магнитного поля);

Это качество исключает недопустимое значительное повышения напряжения в фазных обмотках гидрогенератора при оперативных отключениях гидрогенератора от сети, а также в случае аварии в гидрогенераторе, т.е. при быстром отключении гидрогенератора от нагрузки.

Регулирование

— стабилизация уровня выходного напряжения;

— стабилизация частоты напряжения.

Понятие угонной скорости

Предположим, что система регулирования вышла из строя и происходит полный сброс нагрузки. При отсутствии момента сопротивления турбина разгонит гидрогенератор до максимальной частоты вращения. Эта скорость называется угонной. Она может превосходить номинальную скорость в 1,8. 3,5 раза. Гидрогенератор по механической прочности должен выдерживать такую скорость [9].

3.17. Показатели надежности [15]

Гидрогенераторы характеризуются высокой степенью надежности:

— средняя наработка на отказ — 27 000 ч (прогнозируемое время работы с начала эксплуатации до первого отказа);

— средний срок эксплуатации между капитальными ремонтами — 7 лет;

— средний срок эксплуатации — 40 лет;

Коэффициент готовности – вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени (кроме периодов планового технического обслуживания).

Гидрогенераторы

Определения

Гидротехнические сооружения обеспечивают необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Каждая крупная ГЭС содержит несколько гидроагрегатов, мощность которых суммируется при определении общей мощности электростанции.

— ГЭС «Три ущелья»: 34 генератора;

— Волжская ГЭС: 22 генератора;

— ГЭС «Итайпу»: 20 генераторов;

— Братская ГЭС: 18 генераторов;

— Саяно-Шушенская ГЭС: 10 гидрогенераторов.

Конструкция и параметры гидрогенераторов регламентируются ГОСТ 5616-89.

Область применения

Область применения: гидравлические электростанции (ГЭС); гидроаккумулирующие станции (ГАЭС).

В Разделе 3 речь будет идти о ГЭС большой мощности (если не оговорено иное).

О ГАЭС будет идти речь в Разделе 11.2.2.2 и Разделе 16.6.

Назначение

Назначение крупных ГЭС (и их гидрогенераторов): создание централизованной энергосистемы страны, т.е. обеспечение электроэнергией большой территории.

Наряду с ГЭС централизованная энергосистема создается также и другими типами электростанций.

Общие характеристики

Характеристики источника первичной энергии

Гидравлическая энергия относится к возобновляемым природным энергоресурсам (см. Раздел 4.2). Под лучами солнца испаряется вода из озер, рек и морей. Образуются облака, идет дождь, и вода возвращается в водные бассейны. С таким круговоротом воды в природе связано колоссальное количество энергии. Географическая область умеренного климата, расположенная на высоте около 2500 м над уровнем моря, при количестве осадков порядка 1000 мм/год теоретически могла бы непрерывно давать более 750 кВт с каждого квадратного километра площади [17].

В мировом балансе энергетические ресурсы рек России составляют около 10% ресурсов мира (освоены на 32,8%) [44].

Помимо энергии рек можно использовать энергию приливов на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды.

Доля ГЭС в энергетике

— установленная суммарная мощность 777 ГВт (2006г) [24]; 836 ГВт (конец 2005г, без учета малых ГЭС) [28];

— вырабатывают 2994 ТВт·ч/год (конец 2005г) [28];

— 19% от всей производимой электроэнергии [22], до 20 % (2006г) [24];

— 88 % от электроэнергии, вырабатываемой источниками возобновляемой энергии [24];

— используется 16% от технического потенциала гидравлической энергии (конец 2005г) [28].

В странах (конец 2005г) [28]:

— Китай: установленная мощность 108 ГВт, 397 ТВт·ч/год (максимальные показатели в мире);

— Норвегия: 27 ГВт (98,9% от общего производства электроэнергии в стране);

— установленная суммарная мощность 44 ГВт (конец 2005г) [28];

— 18,3% от общего производства электроэнергии в стране (конец 2005г) [28];

— вырабатывается 165*10 9 кВт·ч/год (2010г) [42].

3.5. Тип электрической машины:

а) явнополюсный синхронный генератор;

(У турбогенератора, напомню, неявнополюсная конструкция).

Самый распространенный случай (применяется практически во всех гидрогенераторах крупных ГЭС) [1].

Это связано с тем, что гидрогенераторы работают при малых частотах вращения (Раздел 3.7), не критичных по отношению к прочности ротора, и в этих условиях в силу своих качеств более предпочтительной является явнополюсная конструкция (Разделы 13.4.2 и 13.4.3).

б) асинхронизированная машина (машина двойного питания) (Раздел 13.3).

Редко используемый вариант. Единственный пример в России: Иовская ГЭС (Мурманская обл.).

Введена в эксплуатацию в 1962 году. Мощность генератора 40 МВт, частота вращения 136,4 об/мин. Предложена М.М.Ботвинником [6].

Источник