Состав собственных нужд тепловых электростанций твердого топлива.

В состав механизмов с. н. ТЭС входят рабочие машины, обслу­живающие машинное и котельное отделения, а также общестанционные нагрузки.

Потребители с. н. электрических станций относятся к I категории по надежности питания и требуют электроснабжения от двух независимых источников. В пределах I категории потребители с. н. тепло­вых электростанций делятся на группы ответственных и неответственных.

Ответственными являются те механизмы с. н., кратковременная остановка которых приводит к аварийному отключению или разгруз­ке основных агрегатов станции. Кратковременное прекращение питания неответственных потребите­лей с. н. не приводит к немедленно­му аварийному останову основного оборудования. Однако чтобы не расстроить технологический цикл производства электроэнергии, их Электроснабжение спустя небольшой промежуток времени должно быть восстановлено. В котельном отделении ответственными являются дымососы, дутьевые вентиляторы, питатели пыли. К неответственным относятся смывные и багерные насосы системы гидрозолоудаления, а также электрофильтры. К ответственным механизмам машинного отделения относятся питательные, циркуляционные и конденсатные насосы, маслонасосы турбин и генераторов, подъемные насосы газоохладителей генерато­ров и маслонасосы системы уплот­нения вала генераторов, а к неот­ветственным сливные насосы регенеративных подогревателей, дренажные насосы, энжекторные, на ТЭЦ также сетевые насосы, конденсатные насосы бойлеров и насосыподпитки теплосети. Прекращение электроснабжения дымососов, дутьевых вентиляторов, питателей пыли приводит к погасанию факела и остановке парового котла. Важное место в тех­нологическом цикле станции занимают питательные насосы, подаю­щие питательную воду в паровые котлы. Мощность электропривода питательных насосов высокого давления составляет до 40% общей мощности потребителей с. н. и достигает нескольких мегаватт. Оста­новка питательных насосов приводит к аварийному отключению па­ровых котлов технологическими защитами. Особенно тяжело пере­носят такую остановку прямоточные котлы блочных электростанций.

Отключение конденсатных и циркуляционных насосов приводит к срыву вакуума турбин и к их аварийной остановке.

К числу особо ответственных потребителей с. н., отказ которых может привести к повреждению основных агрегатов, следует отне­сти маслонасосы системы смазки турбогенератора и уплотнения вала генератора. Отказ во включении резервных масляных насосов во время аварийной остановки станции с потерей питания собственных нужд может привести к срыву маслоснабжения подшипников тур­бины и генератора и выплавлению их вкладышей. Поэтому питание маслонасосов турбин и уплотнений вала генератора резервируется аккумуляторными батареями.

На ТЭС имеются многочисленные механизмы общестанционного назначения, необходимые для работы станции. Сюда относятся потребители топливоприготовления и топливонодачи: дробилки, мельницы для размола угля, мельничные вентиляторы, конвейеры и транспортеры топливоподачи и бункеров пылезавода, краны-перегружатели на складе угля, вагоноопрокидыватели. Кратковре­менная остановка этих механизмов обычно не приводит к расстрой­ству технологического цикла производства электрической и тепло­вой энергии, и поэтому эти механизмы можно отнести к неответ­ственным. Действительно, в бункерах всегда имеется запас сырого угля, и поэтому останов транспортеров или угледробильных уст­ройств не приводит к прекращению подачи топлива в топочные ка­меры. Допускается останов и барабанных шаровых мельниц, так как при их использовании на электростанциях обычно имеются проме­жуточные бункеры с запасом угольной пыли, рассчитанным пример­но на два часа работы котла с номинальной производительностью. В случае применения молотковых мельниц промежуточных бункеров обычно не предусматривают, но на каждый котел устанавливают не менее трех мельниц. При останове одной из них оставшиеся обеспе­чивают не менее 90% производительности.

К общестанционным механизмам относятся насосы химводоочистки и хозяйственного водоснабжения. Большинство из них можно отнести к неответственным потребителям, так как кратко­временная остановка насосов химводоочистки не должна привести к аварийному режиму в снабжении водой котельных агрегатов. Исключением являются насосы подачи химически очищенной воды в турбинное отделение, так как при нарушении баланса между их производительностью и расходом питательной воды возможно воз­никновение аварийной ситуации на станции.

К электроприемникам общестанционного назначения относитcя также резервные возбудители, насосы кислотной промывки, противопожарные насосы (эти потребители при нормальных условиях эксплуатации агрегатов не работают), вентиляционные устройства, компрессоры воздушных магистралей, крановое хозяйство, часть электрического освещения, мастерские, зарядные устройства аккумуляторных батарей, потребители открытого распределительного устройства и объединенного вспомогательного корпуса. Большинство из этих потребителей можно классифицировать как неответственные. Ответственными являются некоторые из вспомогательных механизмов электрической части: двигатель-генераторы питателей пыли и двигатели охлаждения мощных трансформаторов, осуществляющие обдув маслоохладителей и принудительную циркуляцию.

Виды защит от замыкания фазы на землю в системах с заземленной и изолиро­ванной нейтралями.

В развевлённых системах с изолированной нейтралью применяются токовые защиты нулевой последовательности.

В качестве фильтра тока нулевой последовательно­сти обычно используется трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП) ΤAΖ.

Трансформатор тока нулевой последовательности имеет тороидальный сердечник, на который намотана обмотка. Кабель пропускается сквозь сердечник.

Ко вторичной обмотке подключается реле. Реле срабатывает, когда по обмотке проходит ток нулевой последовательности.

Ток по обмотке реле проходит и тогда, когда нет КЗ, так как кабель по отношению к сердечнику располагается несимметрично. Этот ток называется током небаланса.

Iнб=8-10 mA.

Вторичная обмотка может иметь любое число витков. Чем больше число витков, тем чувствительнее защита.

При замыкании в сети на землю токи повреждения могут за­мыкаться как через землю, так и по проводящей оболочке кабеля, в том чис­ле и неповрежденного, что может вы­звать неправильное действие защиты. Поэтому воронку и кабель на участке от ТНП до воронки изолируют от земли, а заземляющий провод присоединяют к воронке кабеля и пропускают через от­верстие магнитопровода ТНП в направлении кабеля. При таком исполнении цепей защиты токи, прохо­дящие по броне и проводящей оболочке кабеля, компенсируются токами, возвращающимися по заземляющему проводу.

В качестве фильтра тока нулевой последовательности используется так же схема на сумму токов трех фаз.

В кольцевых системах с изолированной нейтралью применяется неселективная сигнализация.

Замыкание на землю одной фазы в сетях с изолирован­ной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью не является аварией. Потребители, включенные на междуфазные на­пряжения, продолжают нормально работать. Поэтому защита от замыкания на землю в большинстве случаев действует на сигнал.

В сетях простой конфигурации применяются устройства, контроли­рующие состояние изоляции.

Применяются две схемы.

Первая схема состоит из трех реле минимального напряжения, включенных на напряжения фаз относительно земли

Вторая - из одного максимального реле напряжения, включенного на напряжение нулевой последовательности. Устройство сигнализации обычно подключается к трансформаторам напряже­ния, установленным на шинах.

В качестве селективных защит от замыканий на землю, указывающих поврежденный участок, применяются токовые и направленные защиты, реагирующие на токи и мощность нулевой последовательности.

Для обеспечения селективной работы защиты используется раз­личие в величине и направлении токов, появляющихся при замы­кании на землю на поврежденном и неповрежденном присоединениях. Реагируя на это различие, защита должна действовать только на поврежденном присоединении и не работать на неповреж­денных присоединениях.

Однако токи, возникающие при замыканиях на землю на повреж­денных и неповрежденных элементах, особенно в компенсированной сети, обладают недостаточно четкими и устойчивыми различиями, в связи с чем создание селективной защиты от замыканий на землю является сложной задачей, пока еще не имеющей полноценного и подтвержденного опытом эксплуатации решения.

В системах с глухозаземлённой нейтралью применяются схемы токовой отсечки, токовой отсечки с выдержкой времени и МТЗ.

Защита выполняется трехступенчатой. Измерительные реле тока подклю­чаются к фильтру тока нулевой последовательности. Реле тока срабатывают при возрастании тока нулевой последовательности. Схемы защиты выполняется аналогично схе­мам токовой защиты от междуфазных КЗ.

В каких тормозных режимах может работать асинхронный двигатель? Как эти режимы могут быть получены. Механические характеристики.

Торможение АД можно осуществить при питании его от сети переменного тока путем подключения цепи статора к источнику по­стоянного тока (динамическое торможение), а также при его само­возбуждении.

Торможение противовключениемосуществляется двумя путями. Один из них связан с изменением чередования на статоре двух фаз питающего АД напряжения. Допустим, например, что АД работает по механической характеристике 1 в точке а (рис. 5.36, а) при чередовании на статоре фаз напряжения сети ABC. Тогда при переключении двух фаз (например, В и С) АД переходит на работу по характеристике 3 в точке d, участок db которой соответствует торможению противовключением. Отметим, что при реализации торможения для ограничения тока и момента АД производится включение добавочных резисторов в цепь ротора или статора.

Другой путь перевода АД в режим торможения противовключением может быть использован при активном характере момента нагрузки М_к. Допустим, что требуется осуществить спуск груза, обеспечивая его торможение с помощью АД (так называемый тормозной спуск груза). Для этого АД включается на подъем с большим добавочным сопротивлением R_2Д в цепи ротора (кривая 2). Вследствие превышения моментом нагрузки М_С пускового момента двигателя М_П и его активного характера груз начнет опускаться с уста­новившейся скоростью. АД при этом будет работать в режи­ме торможения противовключением.

Рекуперативное торможение осуществляется в том случае, когда скорость АД превышает синхронную ω_о и он работает в генератор­ном режиме параллельно с сетью. Такой режим возникает, например, при переходе двухскоростного АД с высокий скорости на низкую, как это показано на рис. 5.36, б. Предположим, что в исходном поло­жении АД работал по характеристике 1 в точке а, вращаясь со скоро­стью ω_УСТ1.При увеличении числа пар полюсов АД переходит на ра­боту по характеристике 2 в точке b, участок bc которой соответству­ет торможению с рекуперацией (отдачей) энергии в сеть.

Этот же вид торможения может быть реализован в системе «пре­образователь частоты - двигатель» при останове АД или его пере­ходе с характеристики на характеристику. Для этого осуществляет­ся уменьшение частоты выходного напряжения ПЧ, а значит, и син­хронной скорости. В силу механической инерции текущая ско­рость АД со будет изменяться медленнее, чем скорость вращения магнитного поля, т. е. будет постоянно ее превышать. За счет это­го и возникает режим торможения с отдачей энергии в сеть. Отме­тим, что ПЧ должен быть способен при этом передать энергию от двигателя в сеть.

Рекуперативное торможение также может быть реализовано в ЭП грузоподъемных механизмов при спуске грузов. Для этого АД включается в направлении спуска груза (характеристика 3 на рис. 5.36, а). После окончания разбега он будет работать в точке с со скоростью -ω_уст2. При этом осуществляется процесс спуска груза с отдачей энергии в сеть.

Рекуперативное торможение является наиболее экономичным видом торможения АД.

Для динамического торможения обмотку статора АД отключа­ют от сети переменного тока и подключают к источнику постоян­ного тока, как это показано на рис. 5.37. Обмотка ротора АД 1 при этом может быть закорочена или в ее цепь включаются добавочные резисторы 3 с сопротивлением R_2Д.

Постоянный ток /_п, значение которого может регулироваться ре­зистором 2, протекает по обмоткам статора и создает неподвижное в пространстве магнитное поле (возбуждает АД). При вращении ро­тора в нем наводится ЭДС, под действием которой в обмотке проте­кает ток, создающий магнитный поток, также неподвижный в прост­ранстве. Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем АД создает тормозной момент, за счет которого достигается эффект торможения. Двигатель в этом случае работает в режиме ге­нератора независимо от сети переменного тока, преобразовывая кинетическую энергию движущихся частей ЭП и рабочей машины в электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.

Электромеханичес­кую I₂'(s) (кривая 7) и механические M(s) кривые 4... 6 характерис­тики АД.

Характеристика I'_R(s) расположена на рисунке в первом квадранте, где s = ω/ω₀ - скольжение АД в режиме динамического тормо­жения. Механические характеристики АД расположены во втором квадранте.

Различные искусственные механические характеристики АД в режиме динамического торможения можно получить, изменяя со­противление R_2Д добавочных резисторов 3 в цепи ротора или постоянный ток /_п, подаваемый в обмотки статора. На рисунке пока­заны механические характеристики АД для различных сочетаний /_п и R_2д. Характеристика 6 соответствует току /_п1 и сопротивлению ре­зистора R_2Д1 максимальный момент на ней равен М_м1, а скольжение, ему соответствующее, - s_М1. Увеличение сопротивления резисторов 3 R_2Д2 > R_2Д1 при /_п = const не приводит к изменению максималь­ного момента, в то время как максимальное скольжение s_m при этом пропорционально возрастает, что видно из характеристики 4.

Торможение при самовозбуждении основано на том, что после отключения АД от сети его электромагнитное поле затухает (исчезает не мгновенно) в течение некоторого, пусть и небольшого интервала времени. За счет энергии этого затухающего поля и ис­пользования специальных схем включения АД можно обеспечить его самовозбуждение и реализовать тормозной режим. На практи­ке применение нашли так называемые конденсаторное и магнит­ное торможение АД.

При конденсаторном торможении, схема которого приведена на рис. 5.38, а, возбуждение АД 1 осуществляется с помощью конден­саторов 2, подключаемых к статору. Определяющим фактором, от которого зависят вид и расположе­ние характеристик АД 1 ...3 (см. рис. 5.38, б), а значит, интенсивность торможения, является емкость конденсаторов С (кривые 1...3 соот­ветствуют значениям С₁< С₂< С₃). Чем она больше, тем больше бу­дет максимум тормозного момента, а характеристики будут смещать­ся в область низких скоростей АД.

Магнитное торможение реализуется после отключения статора двигателя от сети и замыкания с помощью контактов его выводов накоротко. За счет запасенной в двигателе электромагнитной энергии проис­ходит самовозбуждение двигателя и на его валу создается тормозной момент. Особенностью такого торможения является быстротеч­ность, определяемая небольшим временем затухания магнитного поля двигателя, однако возникающие тормозные моменты до­статочно велики и обеспечивают интенсивное торможение ЭП.

Практические возможности торможения АД существенно рас­ширило использование тиристорных регуляторов напряжения, ко­торые позволяют осуществлять как пуск двигателя, так и его тор­можение. Для обеспечения интенсивного торможения двигателя часто используется комбинированный способ, например динамичес­кое торможение в сочетании с торможением коротким замыкани­ем. Этот способ может быть реализован тиристорным устройством.

Переходные и сверхпереходные ЭДС и сопротивления синхронных машин.

В переходных режимах R и Е отличаются от таковых в нормальных режимах работы. Е' и x_d' – характеризуют машину имеющую 2 обмотки. В сверхпереходных кроме обмотки статора и ротора есть компенсирующие обмотки.

Именно это потокосцепление ψ'_d и обусловленная им ЭДС в обмотке статора E_q^'сохраняют в начальный момент переходного процесса свои предшествую­щие значения:

ψ'_d = U_q + jI_dx_d^'

Электродвижущую силу E_q^'называют поперечной переходной ЭДС, а реактивность x'_d =x_d – x²_ad/(xσ_f + x_ad) - продольной переходной реактивностью (определяют по паспортным данным). Соответствие потокосцепления в продольной оси и ЭДС в поперечной оси объясняются связью e(t) = - dψ/dt.

Знак «минус» при переходе к комплексным переменным приводит к умень­шению фазы на 90° (электрических). Таким образом, составляющей потокосце­пления по оси d будет соответствовать ЭДС по оси q. При отсутствии у ротора замкнутых контуров в поперечной оси поток по­перечной реакции статора Ф_ad при переходных процессах может изменяться беспрепятственно. Поэтому внезапное изменение поперечной реакции статора можно учитывать как падение напряжения от тока I_q в реактивности х_ad, т.е. у такой машины Е_q^' = 0 и x'_q = x_q.

Сверхпереходные ЭДС в продольной E^''_d и поперечной E_q^'' осях в начальный момент внезапного нарушения режима сохраняют свои значения неизменными.