ЧАСТЬ 2
УСТРОЙСТВО И РАБОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ
Глава IV
ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
§11. Типы тепловых электростанций
Для вращения генераторов на тепловых электростанциях используют различные по принципу действия и конструкции тепловые двигатели: паровые турбины, поршневые паровые машины, дизели, газовые турбины.
В зависимости от применяемых двигателей тепловые электростанции называют паротурбинными, паромашинными (или локомобильными), дизельными, газотурбинными.
Паротурбинные электростанции относят к разряду мощных современных станций промышленного значения.
Паромашинные электростанции имеют относительно невысокий к. п. д., поэтому их сооружают на малые мощности и используют лишь для местных нужд.
Дизельные электростанции, работающие на дорогом и дефицитном дизельном топливе (нефтепродукты), также строятся на небольшие мощности и служат в основном для удовлетворения собственных нужд отдельных районов.
Газотурбинные электростанции используют новый тип двигателей — газовые турбины. В настоящее время предполагается сооружение ряда мощных станций этого типа.
Крупные паротурбинные электростанции подразделяют на конденсационные и теплофикационные, или теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).
Конденсационные электростанции используют тепловую энергию топлива только для производства электроэнергии.
Теплофикационные электростанции вырабатывают электроэнергию и одновременно снабжают потребителей горячей водой и паром.
Основной удельный вес в производстве электроэнергии имеют паротурбинные станции; они вырабатывают более 80% всей производимой в нашей стране электроэнергии.
§ 12. Основные установки и агрегаты
Турбоагрегат — агрегат, преобразующий на паротурбинной электростанции механическую энергию в электрическую.
Турбоагрегат (рис. 11) состоит из трех основных машин, установленных на общей фундаментной плите: паровой турбины б, трехфазного синхронного генератора 5 и возбудителя 3, представляющего собой шунтовую динамомашину постоянного тока. Валы всех трех машин соединены между собой.
Рис. 11. Турбоагрегат мощностью 100 тыс. кВт с водородным охлаждением: 1 — фундамент, 2 — щит управления водородным хозяйством, 3 — возбудитель, 4 — секции газоохладителей, 5 — турбогенератор, 6 — паровая турбина, 7 — баллоны с водородом, 8 — масляное хозяйство
Турбина приводится в действие энергией пара, поступающего из котлов станции, и вращает генератор и его возбудитель. Возбудитель дает постоянный ток в обмотку вращающегося ротора синхронного генератора, магнитные силовые линии которого, пересекая обмотку статора, наводят в ней э. д. с.
Синхронные генераторы паровых турбин имеют одну пару полюсов. Они рассчитаны на 3000 об!мин, чтобы получить частоту переменного тока 50 Гц.
Различают одноступенчатые и многоступенчатые турбины.
На валу простейшей одноступенчатой турбины закреплен стальной диск, по окружности которого расположены рабочие лопатки. Против лопаток неподвижно укреплены сопла, через которые подается пар. На выходе из сопел образуются мощные струи пара, они давят на лопатки диска, приводя его во вращение вместе с валом турбины.
Одноступенчатые турбины не применяются в качестве двигателей для генераторов электростанций, так как их к, п. д. низок. Для этих целей служат более совершенные многоступенчатые турбины.
На валу такой турбины закреплено несколько дисков с рабочими лопатками; каждый диск имеет свои сопла. Пройдя сопла первого диска и в результате этого расширившись и потеряв часть давления, пар попадает в сопла второго диска. В них он еще больше расширяется и попадает затем в сопла третьего диска и т. д. Таким образом, давление пара в многоступенчатой турбине уменьшается постепенно, по мере прохождения им отдельных ступеней турбины, что ограничивает скорость истечения пара из сопел, а следовательно, и скорость вращения турбины. В необходимых пределах скорость вращения многоступенчатой турбины регулируется количеством направляемого в нее пара. В процессе расширения пара снижается и его температура.
Из последних ступеней турбины пар поступает в конденсатор, где благодаря постоянно поддерживаемому вакууму (разрежению) давление пара падает до 0,04—0,03 ата. Соприкасаясь с охлаждающими трубками конденсатора, пар превращается в воду (конденсат).
Коэффициент полезного действия турбины возрастает с увеличением ее мощности и повышением начальных параметров пара (давления и температуры).
На соответствующие мощности турбин изготовляют и генераторы. Температура нагрева генераторов (ротора, статора и их обмоток) возрастает с увеличением нагрузки. Для поддержания температуры всех частей генератора в пределах норм в конструкции генераторов предусматривают систему охлаждения. Практически для мощных генераторов применяют две системы охлаждения: замкнутое воздушное и водородное.
При замкнутом воздушном охлаждении (рис. 12) через генератор прогоняется один и тот же объем воздуха. Нагретый воздух из машины направляется в водяной воздухоохладитель, представляющий собой батарею трубок, по которым протекает холодная вода. Воздух должен охлаждаться до температуры не ниже 20° С, чтобы трубки воздухоохладителя не отпотевали и влага с них не заносилась в обмотки машины. Воздух прогоняется вентиляционными лопатками, установленными на торцовых частях ротора генератора.
Через зазоры между валом генератора и лобовыми щитами, а также между корпусом генератора и фундаментом создается искусственная утечка воздуха из генератора в машинный зал, в результате чего в машину не проходит загрязненный воздух.
В камеру 3 воздух поступает через специальные фильтры.
При водородном охлаждении через генератор прогоняется один и тот же объем водорода. Водяные газоохладители помещаются внутри кожуха генератора.
Рис. 12. Схема замкнутого воздушного охлаждения генератора:
1 — кювет для стока конденсата; 2 — водяные воздухоохладители; 3 — камера охлажденного воздуха; 4 — камера горячего воздуха;
5 —фильтр; 6 — генератор
Водородное охлаждение имеет ряд преимуществ перед воздушным:
во-первых, уменьшаются потери на трение ротора о воздух; так как плотность водорода во много раз меньше плотности воздуха, во-вторых, улучшаются условия охлаждения, так как водород обладает большей теплоемкостью и теплопроводностью, чем воздух (это влияет на увеличение полезной мощности генератора);
в-третьих, уменьшается опасность пожара внутри генератора, так как водород не поддерживает горения.
В настоящее время многие действующие мощные генераторы переводят с воздушного охлаждения на водородное, а новые изготовляют только с водородным охлаждением.
Рис. 13. Основные сооружения районной электростанции:
1 — отходящие линии передачи 110 кВ; 2 — открытое распределительное устройство 220 кВ·, 3 —трансформаторная мастерская; 4 — щит управления; 5 — машинный зал; 6 — котельная; 7 —переходный мостик; 8 —дымовые трубы; 9 — закрытая эстакада ленточных транспортеров из угледробильного помещения в бункерное помещение котельной; 10 — закрытая эстакада ленточных транспортеров со склада в угледробильное помещение; 11— угледробильное помещение; 12 — мостовой грейферный угольный кран; 13 — штабель угля; 14 — береговая насосная станция; 15 — водохранилище; 16 — служебный корпус; 17 — открытое распределительное устройство 110 кВ
Котлоагрегат (котельный агрегат) сочетает в себе комплекс различных устройств: топочное устройство; котел; вентиляторы, подающие воздух и отсасывающие отходящие газы; устройство для перегрева пара и др.
Твердое топливо для котлов (уголь, торф, сланцы) необходимо доставить, обработать и направить в топочное устройство, для чего на станции устраивают склады топлива с подъездными железнодорожными путями, дробильные установки, пылеприготовительные мельницы, бункера, ленточные и другие транспортеры, трубопроводы и др.
Для снабжения котла водой также имеются специальные установки: для конденсирования отработавшего в турбине пара (конденсаторы); для химической очистки воды, забираемой из водоема; для отделения от воды частиц воздуха (деаэраторы); для подогрева воды (экономайзеры) и т. д.
В соответствии с характером и назначением обслуживаемых агрегатов и установок на паротурбинных (угольных) электростанциях имеются цехи:
топливно-транспортный (склад топлива с разгрузочными и транспортными устройствами для подачи топлива со склада в бункера котельного цеха);
котельный, в котором установлены котлы, пылеприготовительные мельницы и устройства, улавливающие и удаляющие золу;
турбинный, в котором имеются турбины й установки по осуществлению теплофикации на ТЭЦ;
электрический, в котором установлены генераторы и все электрическое оборудование станции, в том числе распределительные устройства;
химический, имеющий устройства для химической очистки воды.
Кроме того, крупные электростанции имеют электротехнические лаборатории и лаборатории контрольно-измерительных приборов (КИП).
Общее расположение основных сооружений районной паротурбинной электростанции показано на рис. 13.
