II.6. РАБОТА ГИДРОАГРЕГАТА В РЕЖИМЕ СИНХРОННОГО КОМПЕНСАТОРА
Гидрогенераторы, являясь обратимыми синхронными машинами, при необходимости могут быть использованы как двигатели для работы в режимах синхронных компенсаторов (СК), в котором генератор не несет активной нагрузки, а выдает реактивную мощность или потребляет ее из сети.
Рис. II.16. Схема проточной части гидротурбины к определению объема воздуха для режима синхронного компенсатора
Работа гидроагрегатов в режиме СК может потребоваться при дефиците в энергосистеме реактивной мощности и вызванной этим необходимости включения в сеть гидрогенераторов для выдачи реактивной мощности в часы малых активных нагрузок или при недостатке воды для выдачи активной мощности. При работе агрегатов в режиме СК энергетическая система обеспечивается вращающимся резервом мощности, который может быть немедленно введен в действие.
Во избежание значительных потерь энергии, необходимой для вращения рабочего колеса турбины в воде, при переводе агрегата в режим СК камеру рабочего колеса сначала освобождают от воды. При этом количество затрачиваемой энергии уменьшается в 5—7 раз, так как она расходуется только на трение в опорах, на вентиляционные потери и на возбуждение генератора. При уровне воды в нижнем бьефе ниже рабочего колеса при переводе в режим СК под крышку турбины впускают атмосферный воздух. Из- за срыва вакуума в зоне рабочего колеса оно полностью освобождается от воды и вращается только в воздушном пространстве. В гидротурбинах, в которых уровень воды в нижнем бьефе выше рабочего колеса, устройств для срыва вакуума недостаточно, в связи с чем устанавливают специальные клапаны для впуска воздуха под давлением, подводимого по трубопроводам из специального воздухосборника (ресивера).
Отжатие воды из камеры рабочего колеса осуществляют сжатым воздухом, подаваемым из ресивера с номинальным давлением воздуха 0,8; 2,0 и 4,0 МПа. Отжатие воды производят на гидроагрегате, работающем в моторном режиме при закрытом направляющем аппарате, герметичность которого уменьшает потери воздуха за счет уноса его с просочившейся водой.
Подвод воздуха из ресивера на радиально-осевых турбинах осуществляют через одну или две точки крышки турбины в район расположения разгрузочных отверстий в ступице рабочего колеса. В осевых и диагональных гидротурбинах воздух обычно подводят через одну точку крышки турбины в зону за лопатками направляющего аппарата.
Оборудование системы отжатия воды состоит из нескольких компрессоров и ресиверов, воздушных трубопроводов и других устройств.
Основными параметрами оборудования для работы гидроагрегата в режиме синхронного компенсатора являются объем ресивера, производительность компрессоров для зарядки ресиверов, диаметр трубопроводов, по которым осуществляется подача сжатого воздуха в камеру рабочего колеса, производительность воздуходувок для восполнения утечек воздуха.
Объем ресивера (м3) определяется исходя из термодинамического процесса впуска воздуха в камеру:
где Vк — объем камеры, м3; Vп — объем воздуха, унесенного в процессе отжатия, соответствующий давлению в камере, м3; Vcp.в— объем воздуха, идущий на срыв вакуума, приведенный к давлению в камере, м3; рк — абсолютное давление в камере в конце отжатия, МПа; Δρρ—перепад давления, сработанного в ресивере за время отжатия воды в камере, МПа; k — показатель адиабаты, равный для воздуха 1,4.
Объем камеры рабочего колеса подсчитывают по геометрическим размерам в соответствии с рис. 11.16. Уровень отжатия воды принимают ниже оси поворота лопастей или обода на (0,3-0,4) D1, где D1 — диаметр рабочего колеса, м.
Среднюю скорость воздуха на входе в камеру рабочего колеса за время отжатия определяют как среднеарифметическую величину расчетных скоростей в начале и конце впуска воздуха.
Число компрессоров в системе отжатия воды принимают не менее двух, каждый производительностью 70—75 % от расчетной. В случае выхода из работы одного из них второй должен обеспечить работоспособность системы.
Перевод остановленного агрегата в режим СК осуществляют пуском обычным способом до холостого хода с возбуждением, синхронизацией и включением в систему с последующим плотным закрытием направляющего аппарата. Для перевода в режим СК работающего в системе агрегата снимают нагрузку до холостого хода и, не отключая от системы, полностью закрывают направляющий аппарат. Для перевода агрегата из режима СК в генераторный открывают направляющий аппарат.
На некоторых высоконапорных турбинах, где не удается добиться полной герметизации закрытого направляющего аппарата, дополнительно применяют шаровые или дисковые затворы.
Перевод и работа агрегатов в режиме СК усложняются в тех случаях, когда направляющие подшипники турбин не отделены от проточной части, что приводит к значительным потерям воздуха из зоны рабочего колеса и затратам большей мощности на вращение ротора. В этом случае замена таких подшипников сегментными обрезиненными с нижним уплотнением, отделяющим их от проточной части, дает положительный результат.
