Балаковская АЭС электрооборудование - Режимы работы синхронных турбогенераторов

Цели обучения

После изучения данного пособия обучаемые смогут:
Назвать нормальные режимы работы турбогенераторов;
Назвать анормальные режимы работы турбогенераторов;
Объяснить допустимые границы отклонения параметров при аномальных режимах работы ТГ.

Объяснить нормальные и анормальные режимы работы ТГ, допустимые границы отклонения параметров

Общие положения по режиму работы турбогенераторов

Основной особенностью работы электрических систем является одновременность процесса производства и потребления электрической энергии. Небаланс между суммарной мощностью, генерируемой электрическими станциями, и суммарной мощностью, потребляемой в системе, не может существовать. Нарушение этого баланса приводит к тому или иному расстройству работы системы, нарушению работы генераторов.
Производство электрической энергии осуществляется синхронными генераторами.
У синхронных машин различают нормальные и анормальные режимы.
Под нормальными понимают такие режимы, которые допускаются длительно, без каких-либо ограничений.
К анормальным относятся режимы работы синхронных машин, связанные со значительными аварийными перегрузками или потерей возбуждения, работа с недовозбуждением, асинхронный ход, работа при отказе системы охлаждения, а также при появлении значительных несинусоидальности и несимметрии напряжения сети.

Нормальные режимы работы турбогенераторов

К нормальным режимам турбогенераторов относятся:
работа машин с различными нагрузками от минимально возможной по технологическим условиям до номинальной;
работа с коэффициентами мощности, отличными от номинального;
работа при отклонении напряжения на выводах генератора в пределах +5 % номинального;
работа при отклонении частоты в сети в пределах +2,5 % номинальной; работа при отклонении температуры охлаждающей среды от номинальной температуры и т. п.
Допустимые границы отклонения параметров при таких режимах лимитируются нагревом различных частей синхронных машин (обмотки статора и ротора, конструктивные элементы и т. д.) и указываются в ГОСТ и в инструкциях заводов-изготовителей.
Так, например, заводами гарантируется нормальная работа турбогенераторов при: отклонении напряжения статора на +5 % номинального (при этом длительно допустимый ток соответственно изменяется на 5±%).

5.6.01. Диаграмма мощности генератора
1 - ограничение по нагреву обмотки ротора
2 - ограничение по нагреву обмотки статора
3 - ограничение по предельной мощности турбины
4 - ограничение по нагреву конструктивных элементов статора и условиям устойчивости работы генератора в энергосистеме

Допустимая загрузка генераторов по активной и реактивной мощности лимитируется их нормированной диаграммой мощности, определяемой по данным тепловых испытаний конкретных типов генераторов в условиях энергосистемы (рис. 5.6.01.). Генератор это электрическая машина, принцип действия которой основан на явлении электромагнитной индукции.
В чем ее суть?
Если есть магнитное поле и в нем движется замкнутый проводник,то в этом проводнике наводится ЭДС. Т.е. необходимы три условия:
Магнитное поле;
Замкнутый проводник;
Движение относительно друг друга.
В реальном промышленном генераторе вращается поле (ротор с катушками возбуждения), а проводник (статор с обмоткой) неподвижен и в нем наводится ЭДС.
Конструкция роторов может быть различной в зависимости от скорости вращения первичного двигателя:
Явнополюсными;
Неявнополюсными.
Количество полюсов может быть тоже различным.
Количество пар полюсов, скорость вращения первичного двигателя и частота переменного тока взаимосвязаны.
Это можно представить формулой:

Где:
p-число пар полюсов;
n-скорость вращения;
f=50-частоа (Гц) (колебаний в секунду).
Магнитное поле в роторе создается постоянным током, который подается в катушки полюсов.
Постоянный ток от преобразователей, катушки полюсов генератора, система регулирования постоянного тока входят в состав системы возбуждения генератора.
Синхронный генератор как любая электрическая машина имеет свойство обратимости. Т.е. генератор может выдавать электрическую энергию (мощность) и потреблять ее из сети.
Полная или кажущаяся мощность генератора складывается из активной и реактивной составляющей. В комплексной форме это можно выразить так:

Реактивная мощность, выдаваемая генератором, определяется только схемой нагрузки, т.е. наличием конкретных потребителей реактивной мощности. Это потребители имеющие в себе катушки индуктивности.
Поскольку генератор может выдавать и потреблять электрическую мощность, то рассмотрим некоторые режимы.
Сразу отметим, что наш турбогенератор ТВВ-1000-4УЗ по условиям работы турбины в моторном режиме, т.е. в режиме потребления активной мощности работать не может.
Это время ограничено 2 минутами.
Например, если стопорные клапаны турбины закрылись, нет подачи пара на турбину, то через 2 минуты должен отключиться КАГ-24 или его должны отключить вручную с БЩУ. Отметим еще раз и то, что наша продукция не может складироваться, т.е., что вырабатываем, сразу отдаем потребителю.
В идеале должно быть так, что выработали, то и потребили.
Если, например, у потребителя подключились индуктивные нагрузки (потребители с катушками индуктивности), то появляется реактивная составляющая тока. Общий ток будет больше, если бы была только активная нагрузка.
5.6.02. Принцип действия электрической машины

Соотношение активной и кажущейся мощности (коэффициент мощности) меньше 1.

Основной режим это квадранты I и II (рис. 5.6.01).
Обычно генератор работает в области I, т.е. в режиме выдачи активной и реактивной мощности. Этот режим называют перевозбуждением.
В области II режим с недовозбуждением.
Чтобы перевести генератор в режим недовозбуждения необходимо воздействовать на ключ управления регулятора возбуждения в сторону уменьшения. Когда внутреннее напряжение генератора станет меньше выходного, для компенсации низкого возбуждения поля намагничивающая реактивная мощность будет забираться из сети, поэтому она станет отрицательной.
Недовозбужденный генератор продолжает отдавать в систему активную мощность, а другие генераторы питают магнитное поле недовозбужденного генератора.
В большинстве энергосистем индуктивных нагрузок достаточно большое количество, что требует генерации реактивной мощности наряду с активной.
В идеале все генераторы в сети делят активную и реактивную нагрузку в соответствии со своим номиналами, работая, таким образом в области I. Это не дает одному генератору выдавать слишком большой ток (активный плюс реактивный) и перегреваться.
Требуемая реактивная мощность определяется диспетчером системы.
Генераторы (при чем разные по своим характеристикам, например, турбо и гидро), работающие в энергосистеме не обязаны работать с коэффициентами мощности нагрузки, а только должны выдавать необходимое число МВАТ и МВАР. Их общий коэффициентами мощности должен быть векторно равен коэффициенту мощности нагрузки.
Рассмотрим пример на рис. 5.6.03.

5.6.03. Пример распределения нагрузки в системе

Нагрузка в системе требует 800 Мвт 390 Мвар. Это требует коэффициент мощности 0,9. Необходимая нагрузка разделена между двумя генераторами (300+500=800 МВат и 185+205= 390МВар). Однако генераторы работают с разными коэффициентами. Диспетчер произвел распределение на основе требований сети.
Если, например, в течении рабочего дня большинство нагрузок индуктивные, то генераторы в системе будут выдавать большую реактивную мощность. Если потребление падает, например, отключились в конце рабочего дня электродвигатели на заводах, то реактивное потребление снизится больше, чем активное, что приведет к росту коэффициента мощности. У диспетчера есть две возможности:

1. Он может синхронизировать снижение полей возбуждения всех генераторов.
2. Недовозбудить один или более генераторов.

В реальной энергосистеме достаточно большой мощности диспетчер системы не может знать характеристики всех генераторов, работающих на систему. Распределением нагрузки между генераторами занимается служба режимов, которая дает графики несения нагрузки для каждого генератора или электрической станции.
Чтобы не перегрузить генератор персонал должен ориентироваться на его рабочие характеристики, так называемые кривые мощности генератора (рис. 5.6.01).
Эти кривые мощности генератора называют диаграммой мощности, составленной заводом изготовителем генератора на основе тепловых испытаний.
Персонал должен вести режим работы генератора в области ограниченной кривыми мощности генератора.
Каждая кривая диаграммы мощности (рис. 5.6.01) имеет определенный смысл по ограничениям.

1. Ограничение по нагреву обмотки ротора.
2. Ограничение по нагреву обмотки статора.
3. Ограничение по предельной мощности турбины.
4. Ограничение по нагреву конструктивных элементов статора и условиям устойчивости работы генераторов в системе.

У каждого отдельного генератора потребление реактивной мощности ограничено уставками ОМВ (ограничение минимального возбуждения). Значения уставок ОМВ у всех генераторов разные, т.к. абсолютно одинаковых генераторов нет.
Работа генераторов Балаковской АЭС в режиме недовозбуждения запрещена.
Набор активной нагрузки генератором должен производиться со скоростью не более 60 МВт/мин. Скорость набора и изменения реактивной нагрузки генератора должна быть не более 30 МВАр/мин.
При ликвидации аварийной ситуации на АЭС или в энергосистеме скорость набора активной и реактивной нагрузки не ограничивается.
Прежде, чем перейти к рассмотрению анормальных режимом работы генератора уточним номинальные параметры генератора ТВВ-1000-4УЗ.

Номинальные параметры ТВВ-1000-4УЗ