5.1.1. Гидросиловое оборудование

Гидросиловое оборудование ГЭС включает гидротурбину и гидрогенератор; вспомогательное оборудование на агрегатном уровне; систему автоматического регулирования работы гидротурбины; систему автоматического управления вспомогательным оборудованием; систему возбуждения гидрогенератора.

Рис. 5.1. Технологическая схема оборудования ГЭС и ГАЭС

Гидротурбина с гидрогенератором образуют гидроагрегат, или агрегат ГЭС.

В зависимости от напора на ГЭС устанавливаются реактивные осевые, в том числе поворотно-лопастные (Каплана), радиальноосевые (Френсиса), диагональные турбины и активные ковшовые турбины (Пельтона). Реактивная гидротурбина включает основные элементы: турбинную (спиральную) камеру со статором, направляющий аппарат, рабочее колесо и отсасывающую трубу.

Система автоматического регулирования (САР) предназначена для управления гидротурбиной путем изменения открытия направляющего аппарата и разворота лопастей рабочего колеса поворотно-лопастных и диагональных турбин, направляющего аппарата – в радиально-осевых, регулирования расхода в ковшовых турбинах. Она обеспечивает автоматическое поддержание заданной частоты вращения агрегата, предохраняет его от выхода в разгон при аварийных отключениях нагрузки и обеспечивает противоаварийную защиту агрегата. САР включает регулятор скорости (РС), состоящий из гидромеханической и электрической частей, масло

напорную установку для питания маслом под давлением (обычно 4,0 или 6,3 МПа), сервомоторы (С) и соединительный маслопровод. Регулятор скорости управляет частотой вращения ротора агрегата электрически при помощи бесконтактных датчиков в составе со специальным устройством (зубчатым колесом), установленным на валу агрегата.

Гидрогенератор предназначен для преобразования механической энергии от гидротурбины в электрическую, которая передается в энергосистему. Синхронный гидрогенератор состоит из ротора, как правило, жестко соединенного с валом турбины и создающего магнитное поле, и статора, в обмотках которого индуктируется переменный ток. Для обеспечения стандартной частоты тока, равной 50 Гц (в ряде стран 60 Гц), скорость вращения ротора должна быть постоянной, равной синхронной частоте вращения.

Система возбуждения (СВ) предназначена для питания обмоток ротора постоянным током и является одной из ответственных систем,определяющих надежность работы гидроэлектростанции. В зависимости от источника энергии, используемого для возбуждения гидрогенератора, системы возбуждения подразделяются на электромашинные системы с генератором постоянного тока, системы с генератором переменного тока с последующим его преобразованием в постоянный и статические тиристорные системы самовозбуждения,в которых часть энергии гидрогенератора преобразуется в энергию постоянного тока и используется для его возбуждения.

В машинном зале Киевской ГАЭС

Система охлаждения (СО) предназначена для постоянного отвода потерь тепла, которые могут составлять в современных генераторах до 2% (при к.п.д. генератора 98%), предотвращения нагрева обмоток и активной стали генератора сверх допустимого уровня. В основном применяется водяная система охлаждения генератора, использующая воду из системы технического водоснабжения агрегата.

Гидросиловое оборудование ГАЭС отличается тем, что оно предназначено для работы в двух режимах – турбинном и насосном. Соответственно гидромашины ГАЭС должны выполнять функции турбины и насоса, а электрические машины – генератора и двигателя. Наиболее широкое применение в современных ГАЭС получили обратимые гидроагрегаты, состоящие из обратимой гидромашины (насосотурбины) и двигателя-генератора. При высоких (более 700 м) напорах применяются трехмашинные агрегаты, состоящие из насоса, турбины и двигателя-генератора, объединенных общим валом.

Основной особенностью обратимых агрегатов является то, что направление вращения в насосном и турбинном режимах противоположно. Для пуска агрегата в насосный режим до включения двигателя-генератора в сеть его необходимо синхронизировать с сетью, доведя скорость его вращения до номинальной. Для этого на современных ГАЭС в основном для мощных обратимых агрегатов используется частотный пуск при помощи специального устройства – тиристорного преобразователя частоты (ТПЧ). В ряде случаев применяется прямой асинхронный пуск: для агрегатов значительной мощности (<200 МВт) как основной и, как правило, в качестве аварийного способа пуска независимо от мощности агрегата. При этом двигатель-генератор включается в сеть и разгоняется в режиме асинхронного хода, что требует усиления конструкции двигателя-генератора, создает тяжелый режим для сети при полном напряжении в момент включения. Для уменьшения мощности ТПЧ при пуске в насосный режим вода отжимается из полости рабочего колеса сжатым воздухом.

Особенностью трехмашинного агрегата является одинаковое направление вращения в насосном и турбинном режиме, в связи с чем пуск в насосный режим легко выполняется с помощью турбины, но ГАЭС с трехмашинными агрегатами требуют больших затрат.

Состав остального оборудования аналогичен оборудованию ГЭС.