Главная
>
Гидроаккумулирование энергетических систем Заглубление рабочего колеса под уровень нижнего бьефа нодсчитывается по обычной зависимости. Некоторые зарубежные фирмы ищут новые конструктивные решения по созданию мобильного обратимого агрегата с одним направлением вращения в обоих режимах. Швейцарская фирма Шармиль разработала такую гидро-машииу под названием Изожир . Гидромашина имеет одну общую спиральную камеру, два рабочих колеса и два направляющих аппарата; одно колесо с направляющим аппаратом для работы в турбиииом режиме, другое для работы в режиме насоса. Рабочие колеса выводятся из работы путем закрытия подвижных цилиндрических затворов. Гидромашииа работает в условиях, близких к условиям работы трехмашинных агрегатов. Оба рабочих колеса могут быть выполнены так, чтобы при даииой частоте вращения оии работали в области оптимального к. п. д. при различных расходах, заданных для каждого режима работы. Считается, что область применения такого агрегата по напору лежит в пределах 130-400 м. Опытный агрегат Изожир , изготовленный фирмой Шармиль для ГАЭС Робией, имеет следующие параметры; Турбинный Насосный Мощность, МВт...... Расход максимальный, м/с Напор максимальный, м Частота вращения, об/мин режим 10 3,0 410 1500 режим 2,3 395 1500 Другое коиструктивиое решение применено в ЧССР для гидромашины Гопе [66]. В этой машине к фланцу вала присоединена сферическая вращающаяся камера, в которой иа поперечной оси установлены два рабочих колеса (иасосиое и т5рбиниое), соединенные между собой на болтах. Ротационный гидравлический серводвигатель поворачивает рабочие колеса вокруг оси иа такой угол, при котором одно из иих будет устаиовлеио против направляющего аппарата, а другое скрыто в полусферической камере. Лопатки направляющего аппарата могут быть установлены либо в положение, при котором они создают при иасосиом режиме прямые каналы диффузора иасоса, либо в положение, требуемое в турбиииом режиме. Для придания каналам благоприятного очертания применяются вспомогательные лопатки, которые выдвигаются одиовромеиио с установкой в требуемое положение основных направляющих лопаток. Остальные элементы ие отличаются от принятых для обычных гидромашин. Так же как и Изожир , машина Гоие одностороннего вращения и обладает преимуществами трехмашинной схемы. В настоящее время выполнены модельные исследования и составлен проект машины мощностью около 100 МВт иа напор 63-90 м при частоте вращения 136,5 об/мин. Оригинальная конструкция обратимой радиальио-осевой гидромашины с поворотными лопастями (рис. 5-15) разработана в МИСИ имени В. В. Куйбышева проф. Г. И. Кривчеико и доцеитом Н. Н. Аршеиевским [1, 20]. Оиа обеспечивает близкую к оптимальной лопастную систему для работы как в турбинном, так и в иасосиом режиме. Рабочее колесо имеет неподвижные / и поворотные лопасти 2. Наружный диаметр неподвижных лопастей определяется условиями работы в турбинном режиме, а поворотных лопастей (при их установке в рабочее положение) - условиями в насосиом режиме. Управление поворотными лопастями осуществляется при помощи крыль-чатого сервомотора 3, воздействующего иа регулирующее кольцо 4. Сервомотор располагается вокруг полого вала, внутри которого проходят маслопроводы. Соответствие положения лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса обеспечивается устройством обратной связи. На основании модельных испытаний устанавливается оптимальная комбинаторная зависимость между этими положениями. Поворотные лопасти профилируются таким образом, чтобы при соответствующей их установке они находились в условиях нерабочего обтекания и не влияли иа работу гидромашииы. В этом случае рабочее колесо имеет размеры, соответствующие оптимальным условиям работы в турбиииом режиме. При измеиеиии направления вращения и переходе в иасосиый режим поворотные лопасти устанавливаются в положение, при котором оии становятся продолжением жестко закрепленных лопастей. Диаметр рабочего колеса при этом увеличивается, а это приводит к тому, что при одной и той же частоте вра- Рис. 5-15. Обратимая радиальио-осевая поворотно-лопастная гидромашина (ОРОПЛ). щеиия обеспечиваются оптимальные условия работы и в иасосиом режиме. Кроме того, поворот лопастей позволяет снизить пусковой момент и облегчить запуск агрегата. 5-2. ЭЛЕНТРОТЕХНИЧЕСНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ а) Двигатели-генераторы при создании электротехнического оборудования для ГАЭС требуется решить ряд новых технических задач, обусловленных особенностями работы ГАЭС в энергосистеме. Частая смена двигательного и генераторного релимов нри различных направлениях вращения, переключения в режим синхронного компенсатора предъявляют особые требования к конструктивным узлам оборудования, построению главных схем электрических соединений, способам пуска и автоматизации управления. Наиболее сложно эти вопросы решаются для мощных двигателей-генераторов. Чг 5* 131 к числу основных задач, возникающих при разработке двигателей-генераторов большой мощности и необходимой вспомогательной аппаратуры, относятся: создание крупных электромашин, рассчитанных на прямой асинхронный пуск от сети; мощных пусковых двигателей с системами регулирования; мощных частотных преобразователей для обеспечения частотного пуска двигателя-генератора; создание систем возбуждения, обеспечивающих надежную работу электромашин с учетом их реверсивного вращения; создание форсированной системы охлаждения; разработка мероприятий по снижению динамических нагрузок, улучшению пусковых характеристик; создание реверсивного подпятника; создание специальных выключателей и многополюсных разъединителей для обеспечения реверса; разработка контактных систем включающих устройств, рассчитанных на многократное переключение токов, превышающих номинальный в 2-3 раза; разработка трансформаторов, работающих в глубоких переменных режимах с частыми кратковременными перегрузками токами двух-, трехкратной величины; разработка мероприятий по повышению устойчивости параллельной работы двигателей-генераторов и автоматизации управления ГАЭС в связи с многообразием эксплуатационных режимов агрегатов. Как указывалось, в двухмашинных агрегатах направление вращения разное, т. е. электрическая машина должна быть и реверсивной и обратимой. В связи с особой напряженностью работы реверсивных двигателей-генераторов особое внимание должно уделяться повышению их эксплуатационной надежности, тщательности изготовления. Совмещение оптимумов турбинной и насосной характеристик и повышение к. п. д. обратимой гидромашины можно осуществить в двухскоростном агрегате за счет принятия в насосном режиме большей (на 15-20%) частоты вращения, чем в турбинном. Недостатком двухскоростной машины является усложнение конструкции и значительное увеличение стоимости по сравнению с односкоростной, а также необходимость установки дополнительной аппаратуры для переключений [24]. Поэтому в настоящее время двухскоростные электромашины большой мощности практически не применяются. Основные параметры реверсивных двигателей-генераторов: номинальное напряжение, коэффициент мощности в генераторном и двигательном режимах, статическая и динамическая устойчивость - определяются с учетом особенностей их работы в энергосистеме. Так, если коэффициент мощности машины при работе агрегата в генераторном режиме выбирается с учетом обычных тре- бований и составляет, как правило, 0,8-0,95, то для двигательного режима определяющими будут условия работы при повышенных напряжениях и малых нагрузках в энергосистеме. При этом коэффициент мощности в двигательном режиме будет составлять 0,9-1,0. Показатели, характеризующие современные достижения в изготовлении мощных электрических машин для ГАЭС, приведены на рис. 5-16. Как правило, двигатели-генераторы средней и большой мощности изготавливаются с вертикальным валом зонтичного исполнения. Одним из важных направлений в разработке реверсив- Рис. 5-16. Основные параметры (мощность и частота вращения) иекоторы.х современных мощных двигате,дей-гене-раторов ГАЭС, ; - Бремм (ФРГ); 2 -Рэккун Маунтин (США); 3 -Ладингтон (США); 4 - Такасегава (Япония); 5 - Бэр Свэмп (США); б - Бленхейм Джилбоа (США); 7 - Окутатараги (Япония); S -Родунд П (Австрия); S - Ну-маппара (Япония); /О - Вальдек II (ФРГ); -Хорнберг (ФРГ); /2 Вианден II (Люксембург); ;з -Мальта (Австрия); - Окуе-шино (Япония); /5 - Сан-Фиорано (Италия); 76 - Лаго-Делио (Италия); /7 - Ла Кош (Франция); -Загорская (СССР); /S - Киевская (СССР). Способы пуска в насосном режиме: О - от пускового двигателя; Л - асинхронный пуск; частотный пуск от соседнего агрегата; > 1- частотный пуск от статического преобразователя; X - трехмашинные агрегаты; - водяное охлаждение. мВ-А 700 600 600 400 300
100 гоо 300 W0 SOO об/мин ных двигателей-генераторов в настоящее время является поиск решений по уменьшению их габаритов, особенно для подземных компоновок. Это достигается применением статических систем возбуждения, непосредственного водяного охлаждения обмоток генератора, а также новых способов пуска в двигательный режим вместо использования традиционного пускового двигателя. Уменьшение высоты агрегата возможно также при применении конструкций с единым валом и размещении опоры подпятника на крышке гидромашины. Для агрегатов мощностью до 300 МВт, как правило, применяется воздушное охлаждение с принудительной вентиляцией. Для более мощных машин используется водяное охлаждение обмоток ротора и статора, которое позволяет уменьшить габариты машины и сэкономить активные материалы, значительно снизить нагрев обмоток ротора и статора и, таким образом, повысить к. п. д. машины. Водяное охлаждение обеспечивает также более равномерное распределение температуры обмоток, при этом уменьшаются температурные и механические напряжения в их изоляции, вызываемые быстрой сменой режимов. Технико-экономические преимущества такого охлаждения 5 Заказ 1355 133 возрастают с ростом мощности электрической машины. Так, применение водяного охлаждения в реверсивном двигателе-генераторе мощностью 425 МВ-А и частотой вращения 300 об/мин для ГАЭС Рэккун Маунтин позволило в 1,5 раза уменьшить высоту машины по сравнению с машиной, имеющей воздушное охлаждение (рис. 5-17), а такле увеличить на 0,2% расчетное значение к. п. д. [14, 15]. Рис. 5-17. Двигатель-генератор ГАЭС Рэккун Маунтии (США). а - с водяным охлаждением; б-с воздушным охлаждением; / - направляющий подшипник; 2 -трубы водяного охлаждения; 3 - механический тормоз с домкратом: 4 - подпятник; 5 - теплообменник воздух-вода. Рост единичной мощности и частоты вращения электрических машин с воздушным охлаждением приводит к возрастанию нагрузок на подпятник. В связи с этим предъявляются более жесткие требования к обеспечению равномерности удельных нагрузок, к смазке и охлаждению трущихся поверхностей. Подпятник и направляющие подшипники реверсивной электромашины должны обеспечить нормальную ее работу при вращении в обе стороны, поэтому сегменты подпятников и направляющих подшипников выполняются с нулевым эксцентрисите- том. Вследствие этого масляная пленка имеет меньшую толщину, чем у гидрогенераторов обычного исполнения. Для предотвращения повреждения баббитового покрытия сегментов подпятника при пуске и остановке агрегата масло на поверхность трения подпятника подается под высоким давлением. При этом значительно уменьшается момент трогания машины, что особенно важно для пуска в двигательный режим. п, об/ман 150 Рис. 5-18. Массовые характеристики двигателей-генераторов (по материалам фирмы Хитачи ). ЮОкВ-Л/оё/мин,-, В отличие от тихоходных генераторов, масса которых при постоянной мощности с увеличением частоты вращения снижается, для быстроходных двигателей-генераторов наблюдается относительное повышение массы (рис. 5-18), связанное с необходимостью осуществления дополнительных мероприятий по усилению конструкции вращающихся частей, системы охлаждения и др. б) Особенности злектротехнического оборудовании. Главные схемы злентрических соединений Как указывалось выше, к электротехническому оборудованию ГАЭС, а также к построению главных схем электрических соединений и схем собственных нужд предъявляются повышенные требования. Силовые трансформаторы ГАЭС рассчитываются на относительно большие пусковые токи, возникающие при запуске агрегатов в насосном режиме. Кроме того, в связи с увеличением напряжения в турбинном режиме на 5-8% но сравнению с насосным, а также необходимостью регулирования повышенного напряжения по условиям распределения потоков мощностей в энергосистеме силовые трансформаторы ГАЭС имеют устройство регулирования под нагрузкой (РПН). Охлаждение трансформаторов ГАЭС, как правило, принудительное (иногда - водяное). Высоковольтные выключатели на ГАЭС также работают в более тяжелых условиях, чем на обычных ГЭС, из-за многократности включений и отключений (до 2000-3000 в год).
|