Раздел 2. Гидроэнергетические ресурсы, их использование. Принципиальные схемы, параметры, режимы работы ГЭС и ГАЭС

Гідросилове устаткування ГЕС включає гідротурбіну й гідрогенератор; допоміжне устаткування на агрегатному рівні; систему автоматичного регулювання роботи гідротурбіни; систему автоматичного керування допоміжним устаткуванням; систему збудження гідрогенератора.

Мал. 5.1. Технологічна схема устаткування ГЕС і ГАЕС

Гідротурбіна з гідрогенератором утворюють гідроагрегат, або агрегат ГЕС.

Залежно від напору на ГЕС встановлюються реактивні осьові, у тому числі поворотно-лопатеві (Каплана), радіально-осьові (Френсиса), діагональні турбіни й активні ковшові турбіни (Пельтона). Реактивна гідротурбіна включає основні елементи: турбінну (спіральну) камеру зі статором, напрямний апарат, робоче колесо й відсмоктувальну трубу.

Система автоматичного регулювання (САР) призначена для керування гідротурбіною шляхом зміни відкриття напрямного апарата й розвороту лопатей робочого колеса поворотно-лопатевих і діагональних турбін, напрямного апарата – у радіально-осьових, регулювання витрати в ковшових турбінах. Вона забезпечує автоматичну підтримку заданої частоти обертання агрегату, охороняє його від виходу в розгін при аварійних відключеннях навантаження й забезпечує протиаварійний захист агрегату. САР включає регулятор швидкості (РШ), що складається з гідромеханічної й електричної частин, маслонапірну установку для постачання масла під тиском (звичайно 4,0 або 6,3 МПа), сервомотори (С) і сполучний мастилопровід. Регулятор швидкості керує частотою обертання ротора агрегату електрично за допомогою безконтактних датчиків разом зі спеціальним пристроєм (зубчастим колесом), який встановлено на валу агрегату.

Гідрогенератор призначений для перетворення механічної енергії від гідротурбіни в електричну, яка передається в енергосистему. Синхронний гідрогенератор складається з ротора, як правило, жорстко з'єднаного з валом турбіни й створюючого магнітне поле, і статора, в обмотках якого індукується змінний струм. Для забезпечення стандартної частоти струму, рівної 50 Гц (у ряді країн 60 Гц), частота обертання ротора повинна бути постійною, рівною синхронній частоті обертання.

Система збудження (СЗ) призначена для постачання ротора постійним струмом і є однією з відповідальних систем, що визначають надійність роботи гідроелектростанції.

Залежно від джерела енергії, використовуваного для збудження гідрогенератора, системи збудження підрозділяються на електромашинні системи зі збудником постійного струму, системи з генератором змінного струму з наступним його перетворенням у постійний і статичні тиристорні системи самозбудження, в яких частина енергії гідрогенератора перетворюється в енергію постійного струму й використовується для його збудження.

У машинному залі Київської ГАЕС

Система охолодження (СО) призначена для постійного відводу втрат тепла, які можуть становити в сучасних генераторах до 2% ( при к.к.д. генератора 98%), запобігання нагрівання обмоток і активної сталі генератора понад допустимий рівень. В основному застосовується водяна система охолодження генератора, що використовує воду із системи технічного водопостачання агрегату.

Гідросилове устаткування ГАЕС відрізняється тим, що воно призначене для роботи у двох режимах – турбінному й насос-ному. Відповідно гідромашини ГАЕС повинні виконувати функції турбіни й насоса, а електричні машини – генератора й двигуна.

Найбільш широке застосування в сучасних ГАЕС одержали оборотні гідроагрегати, що складаються з оборотної гідромашини (насос-турбіни) і двигуна-генератора. При високих (більше 700 м) напорах застосовуються трьохмашинні агрегати, що складаються з насоса, турбіни й двигунагенератора, об'єднаних загальним валом.

Основною особливістю оборотних агрегатів є те, що напрямок обертання в насосному й турбінному режимах протилежний. Для пуску агрегату в насосний режим до включення двигуна-генератора в мережу його необхідно синхронізувати з мережею, довівши частоту його обертання до номінальної. Для цього на сучасних ГАЕС в основному для потужних оборотних агрегатів використовується частотний пуск за допомогою спеціального пристрою – тиристорного перетворювача частоти (ТПЧ). В окремих випадках застосовується прямий асинхронний пуск: для агрегатів значної потужності (<200 МВт) як основний і, як правило, в якості аварійного способу пуску незалежно від потужності агрегату. При цьому двигун-генератор включається в мережу й розганяється в режимі асинхронного ходу, що вимагає посилення конструкції двигуна-генератора, створює важкий режим для мережі при повній напрузі в момент включення. Для зменшення потужності ТПЧ при пуску в насосний режим вода віджимається з камери робочого колеса стисненим повітрям.

Особливістю трьохмашинного агрегату є однаковий напрямок обертання в насосному й турбінному режимах, у зв'язку із чим пуск у насосний режим легко виконується за допомогою турбіни, але ГАЕС із трьохмашинними агрегатами вимагають більших витрат.

Склад іншого встаткування аналогічний устаткуванню ГЕС.