7.4.3. Режимы синхронных генераторов ТГЭС в режиме потребления реактивной мощности

В Кыргызской энергосистеме накоплен некоторый опыт перевода гидрогенераторов в режим недовозбуждения. Несколько лет генераторы Токтогулской ГЭС использовались как потребители реактивной мощности. При переводе генераторов Токтогулской ГЭС в режим недовобуждения использована неудачная тепловая характеристика. Она не была похожа на характеристики других гидрогенераторов этого же типа, снятых как в заводских, так и в условиях эксплуатации. Перевод генераторов этой станции в режим недовозбуждения был использован при выходе из строя шунтирующих реакторов. Для потребления реактивной мощности в 60 МВАр генераторы, мощностью 300МВт, загружались активной мощностью всего в 20 МВт. Нами была подвергнута сомнению такая практика использования генераторов. Такой режим работы увеличивал выработку ресурса рабочего колеса радиально-осевых турбин, поэтому было рекомендовано пересмотреть такой режим работы. По данным одного замера при переводе генераторов в режим недовозбуждения с потреблением 180 МВАр, напряжение на п/ст. «Фрунзенская» была на уровне 528-529 кВ (с 1 до 4 часов). С 20 до23 часов в таком режиме находился всего один генератор с потреблением реактивной мощности в 20-40 МВАр, однако напряжение на п/ст. «Фрунзенская» было в пределах 512-525 кВ. Колебания напряжения соответствовали режиму работы электрической системы (с1 до 4 часов имели место провалы нагрузки, с20 до23 часов пики нагрузки). Нагрузка генераторов реактивной мощностью почти не влияет на уровень напряжения.

Отрицательной стороной применения режима недовозбуждения является частые включения и отключения агрегатов. Ежедневно вводились и выводились в такой режим 3-4 генератора. Исследования АО «ЛМЗ» (г. Санкт – Петербург) показали, что выработка ресурса значительно зависит от количества пусков и остановов турбин.

Проведенные нами исследования показали, что принятый режим недовозбуждения генераторов для регулирования напряжения в энергосистеме имеют сильную отрицательную сторону – повышенный износ лопастей турбин, появление трещин, повреждения их поверхностей за счет очень малой загрузки и частых пусков и остановов гидроагрегатов. Нами было предложено пересмотреть такой режим, определить допустимые величины потребления реактивной мощности при их большей загрузке активной мощностью. В последующие годы при консультации с заводом – изготовителем выяснилось, что гидрогенераторы Токтогулской ГЭС можно загружать реактивной мощностью в 60 МВАр даже при нагрузке активной мощностью до 180 МВт.

Выбранный режим перевода генераторов в режим недовозбуждения нужно считать очень неудачным. Выход из строя рабочих колес на таких мощнейших гидротурбинах чреват очень большими затратами на их замену.

Нужно отметить, что перевод генераторов в принятый режим потребления реактивной мощности малоэффективно. Такой режим почти не влияет на уровень напряжения в электрической системе.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

4.1.3. Роль электростанций в потреблении реактивной мощности

В режиме недовозбуждения синхронные генераторы могут потреблять реактивную мощность из энергосистемы. В последнее время все чаще начинают использовать генераторы в режиме потребления реактивной мощности, из-за их избытков в энергосистеме в ночные провалы нагрузок.

Допустимая потребляемая реактивная мощность генератора в зависимости от активной нагрузки для каждого типа агрегата определяется индивидуальными испытаниями. В режиме перевозбуждения или недовозбуждения для определения допустимых нагрузок пользуются так называемой картой допустимых нагрузок. Такие карты составляются для каждого типа машин на основании специальных эксплуатационных испытаний на нагрев. Турбогенераторы могут вырабатывать до 80 % реактивной мощности по отношению к активной, а потреблять только до 30 – 40 % при ограничении активной мощности до 40 %. Такое сильное ограничение по потреблению реактивной мощности турбогенераторами связано с дополнительным нагревом крайних пакетов активной стали и конструктивных элементов торцевых зон статора, бандажных колец лобовых частей обмотки, торцевых щитов корпуса генератора. Это происходит за счет увеличения результирующей индукции в этой зоне за счет сложения магнитных полей рассеяния в лобовых частях статора и ротора.

Гидрогенератор в режиме недовозбуждения может больше потреблять реактивную мощность, чем турбогенератор в виду его конструкционных особенностей по условиям нагрева.

Для турбогенераторов основных типов в табличной форме или в виде диаграмм даются допустимые мощности выработки активной мощности и потребления реактивной.

Для гидрогенераторов снимают тепловые характеристики в заводских условиях, которые также называются диаграммой мощности в режиме недовозбуждения. По этим диаграммам, можно определить какую величину реактивной мощности можно допустить при данной выработке активной мощности.

Содержание главы:

4.1. Источники и потребители реактивной мощности

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

4.1.1 Синхронные генераторы

Синхронные генераторы также как компенсаторы и синхронные двигатели в зависимости от возбуждения могут выдавать или потреблять реактивную мощность. Полная мощность машины равно S¹, а выдаваемая в сеть S (Рис. 1.2.1). Мощность S¹ складывается из S и потерь реактивной мощности на индуктивности генератора Q_г. Векторная диаграмма напряжений аналогична диаграмме мощностей (Рис.4.1.1), где U — напряжение на выводах генератора, Ix_d— падение на индуктивном сопротивлении генератора, Е — геометрическая сумма напряжений на выводах и внутри генератора, которую называют ЭДС генератора. δ — угол между напряжениями U и Е, φ — угол сдвига векторов между током и напряжением на выводах.

Нормально генератор работает в режиме перевозбуждения. Генератор в этом режиме вырабатывает активную и емкостную реактивную мощности. Величина выработанной реактивной мощности зависит от тока возбуждения. С увеличением тока возбуждения растёт выработка реактивной мощности и наоборот.

В режиме перевозбуждения вырабатываемая емкостная мощность частично идёт на компенсацию индуктивности самой машины, другая часть выдается в сеть. При снижении тока возбуждения, она начинает потреблять реактивную мощность. При каком-то значении тока возбуждения выработка и потребление реактивной мощности уравниваются и генератор работает с соsφ=1, при дальнейшем уменьшении тока возбуждения генератор начинает больше потреблять реактивную мощность Q_cиз сети. Векторная диаграмма представлена на рисунке 4.1.2.

Рис. 4.1.1

Генератор не может вырабатывать или потреблять сколько угодно большую величину реактивной мощности. В-первых, она ограничивается полной мощностью или, иначе говоря, допустимым током статора по условиям нагрева. Чем меньше активная нагрузка на генераторе, тем большей реактивной мощностью он может загружаться (вырабатывать или потреблять).

Допустимая реактивная мощность генератора в зависимости от активной нагрузки для каждого типа агрегата определяется индивидуальными испытаниями. В режиме перевозбуждения для определения допустимых нагрузок пользуются так называемой картой допустимых нагрузок. Такие карты составляются для каждой машины на основании специальных эксплуатационных испытаний на нагрев. Турбогенераторы могут вырабатывать до 80% реактивной мощности по отношению к активной, а потреблять только до 40% при ограничении активной мощности до 40%. Такое сильное ограничение по потреблению реактивной мощности турбогенераторами связано с дополнительным нагревом крайних пакетов активной стали и конструктивных элементов торцевых зон статора, бандажных колец лобовых частей обмотки, торцевых щитов корпуса генератора. Это происходит из-за увеличения результирующей индукции в этой зоне за счёт сложения магнитных полей рассеяния в лобовых частях статора и ротора.

Гидрогенератор в режиме недовозбуждения может больше потреблять реактивную мощность, чем турбогенератор в виду его конструкционных особенностей.

В последнее время всё чаще начинают использовать генераторы в режиме потребления реактивной мощности из-за их избытков в энергосистеме в ночные провалы нагрузок.

Возможность применения режима потребления реактивной мощности должна быть проверена для каждого типа генератора экспериментально. Снимается так называемая тепловая характеристика.

В часы наименьших нагрузок некоторые рекомендуют использовать генераторы в режиме синхронного компенсатора (при токах возбуждения меньше тока холостого хода) с потреблением реактивной мощности из сети. Возможность продолжительного использования генератора в таком режиме также должна быть доказана для каждого отдельного случая. Вертикальные гидрогенераторы, из-за особенностей своей конструкции, работают в режиме синхронного компенсатора только совместно с турбиной. Для уменьшения активной мощности, потребляемой из сети, считается необходимым, чтобы лопатки турбины вращались не в воде, а в воздухе. Воду из камеры гидротурбины рекомендуется отжимать сжатым воздухом.

Гидрогенераторы могут работать с малыми значениями активной нагрузки, поэтому не обязательно переводить их в режим синхронного компенсатора, проще их переводить в режим недовозбуждения с выработкой части активной мощности и потребления реактивной мощности. Гидрогенераторы по конструкции аналогичны синхронным компенсаторам, и они могут работать с полной нагрузкой не превышающую номинальную. Однако при малой выработке активной и большой реактивной мощности из-за перегрева лобовых частей генератора полная мощность не может быть близкой к номинальной. Она должна быть значительно ниже.

Хотя, в отличие от турбогенераторов гидрогенераторы допускают большую загрузку реактивной мощностью по условиям нагрева, однако, для последних таких экспериментальных оценок сделано недостаточно.

Содержание главы:

4.1. Источники и потребители реактивной мощности