Тема 1.2. Назначение и типы электрических станций
ВВЕДЕНИЕ
Важную роль в развитии отечественной электротехнической промышленности и электроснабжения предприятий и гражданских объектов сыграли труды выдающихся русских ученых и изобретателей Б.С.Якоби, А.Н.Лодыгина, П.Н.Яблочкова, Ф.А. Пироц- кого, Д.А.Лачинова, М.О.Доливо-Добровольского и др.
В 1834 г. член Петербургской Академии наук Б.С.Якоби первым в мире изобрел электродвигатель постоянного тока. Большое влияние на развитие электротехники оказала изобретенная Л. Н.Лодыгиным в ] 872 г. (патент получен в 1874 г.) угольная лампа накаливания. Американский ученый и изобретатель Т.Эдисон произвел свои первые опыты по электрическому освещению только в 1879 г. Талантливый русский инженер-изобретатель П. Н.Яблочков в 1876 г. получил патент на дуговую лампу без регулятора — электрическую свечу, которая положила начало первой практически применимой системе электрического освещения. Он также изобрел трансформатор и решил задачу питания группы дуговых ламп от одного генератора.
В 1874 г. Ф.А. Пироцкий произвел опыт по передаче электроэнергии на расстояние до 1 км. В 1880 г. он осуществил передачу электроэнергии по рельсам конной железной дороги в Петербурге.
Большое значение для развития электротехники имела статья Д.А.Лачинова «Электромеханическая работа» (1880 г.), опубликованная в журнале «Электричество», в которой он изложил положения (тезисы), ставшие основой современной теории передачи электроэнергии.
|
|
|
Гениальный русский ученый и инженер М.О.Доливо-Добровольский заложил научные и инженерные основы современных электрических систем, создав установку трехфазного переменного тока и показав все его преимущества по сравнению с постоянным током. Первый генератор и приводимый им в движение электродвигатель переменного тока были построены М. О. Доливо-Добровольским в 1888 г. В 1891 г. он, используя водяную турбину мощностью 300 л. с. и приводимый ею в движение генератор трехфазного тока мощностью 200 кВт, осуществил передачу электроэнергии по воздушной линии на расстояние 175 км. С помощью трехфазного трансформатора напряжение, создаваемое генератором, повышалось до 8500 В, а на конце линии передачи понижалось до 100 В. Передаваемая электроэнергия использовалась для освещения и приведения в движение электродвигателей на выставке во Франкфурте-на-Майне.
К выдающимся изобретениям М.О.Доливо-Добровольского следует отнести также асинхронные трехфазные двигатели, являющиеся и в настоящее время основными электродвигателями, применяемыми в промышленности. Они надежны в работе, просты по конструкции, дешевы в эксплуатации.
Электрификация играет важнейшую роль в развитии всех отраслей промышленности, является стержнем экономики страны. Отсюда следует необходимость опережающих темпов роста производства электроэнергии.
|
|
|
В условиях разрухи, голода, гражданской войны Всероссийский съезд Советов утвердил в 1920 г. Государственный план электрификации России (ГОЭЛРО), который предусматривал в течение 10... 15 лет строительство 30 новых районных электростанций общей мощностью 1750 МВт с доведением выработки электроэнергии до 8,8 млрд кВт-ч в год. Этот план был выполнен за 10 лет. С 1930 г. крупные городские районные тепловые электростанции (ГРЭС) стали постепенно объединять в энергетические системы, которые и в настоящее время остаются главными производителями электроэнергии для подавляющего большинства промышленных предприятий и городов нашей страны.
Принципом развития энергосистемы России является производство электроэнергии на крупных электростанциях, объединяемых в Единую энергосистему общей высоковольтной сетью 500... 1 150 кВ.
До I960 г. самые крупные генераторы тепловых электростанций (ТЭС) имели мощность 100 МВт. На одной электростанции устанавливали 6... 8 генераторов. Поэтому мощность крупных ТЭС составляла 600...800 МВт. После освоения энергоблоков (турбина- генератор) мощностью 150... 200 МВт мощность крупнейших электростанций повысилась до 1200 МВт. Переход на энергоблоки мощностью 800 МВт позволил увеличить мощность некоторых ТЭС (например, Пермской ГРЭС) до 4800 МВт.
|
|
|
В настоящее время в энергосистемах Российской Федерации эксплуатируются более 600 тыс. км воздушных и кабельных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше и 2 млн км напряжением 0,4...20 кВ, свыше 17 тыс. подстанций напряжением 35 кВ и выше с общей трансформаторной мощностью почти 575 млн кВ-А и более полумиллиона трансформаторных пунктов 6...35/0,4 кВ общей мощностью 102 млн кВ А.
РАЗДЕЛ 1 СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ТЕМА 1.1. Понятие о системах электроснабжения
Системой электроснабжения называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии.
Системы электроснабжения создают для обеспечения питания приемников электроэнергии, к которым относят: электродвигатели различных механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др.
Энергетической системой называют совокупность электростанций, подстанций и приемников электроэнергии, связанных между собой линиями электрической сети.
|
|
|
Электрической системой называют часть энергетической системы, состоящую из генераторов, распределительных устройств, повысительных и понизительных подстанций, линий электрической сети и приемников электроэнергии (рис. 1.1).
Различие между энергетической и электрической системами заключается в том, что в электрическую систему не входит тепловая или гидравлическая часть энергетической системы, т. е. часть, относящаяся к первичным двигателям и устройствам, которые обеспечивают их питание.
Электрическими сетями называют части электрической системы, состоящие из подстанций и линий различных напряжений. Электрические сети подразделяют по напряжению (табл. 1.1 и 1.2).
Электрическая сеть служит для передачи электроэнергии от мест ее производства к местам потребления и распределения между потребителями.
Электрическая сеть состоит из системы проводов, надлежащим образом изолированной и снабженной соответствующими аппаратами и приборами для переключений, измерений, трансформаций и регулирования напряжений и т. п.
Линии, связывающие электростанцию с понизительной подстанцией, называют линиями электропередачи
К промышленным предприятиям относят заводы (в том числе опытные заводы научно-исследовательских институтов), комбинаты, фабрики, шахты, карьеры, производственные и ремонтные базы, типографии, предприятия железнодорожного, водного, воздушного, трубопроводного и городского транспорта и др. К Гражданским зданиям относят жилые и общественные объекты.
Действующими считают электроустановки, которые имеют источники электроэнергии (в том числе химические, гальванические и др.) и находятся под напряжением полностью либо частично, или такие, на которые в любой момент времени может быть подано напряжение включением коммутационной аппаратуры.
Таблица 1.1. Номинальные напряжения электрических сетей общего назначения до 1000 В, источников и приемников электроэнергии (ГОСТ 721—97)
| Напряжение, В при постоянном токе | Напряжение, В, при переменном токе частотой 50 Гц | ||||
| сетей и приемников | источников | однофазном | трехфазном | ||
| сетей и приемников | источников | сетей и приемников | источников | ||
| 12 | 12 | 12 | 12 | — | — |
| 24 | 24 | 24 | 24 | - | — |
| 36 | 36 | 36 | 36 | 36 | 36 |
| 48 | 48 | 42 | 42 | 42 | 42 |
| 60 | 60 | (127) | (133) | (220/127) | (230/133) |
| 110 | 115 | 220 | 230 | 380/220 | 400/230 |
| 220 | 230 | 380 | - | 660/380 | 690/400 |
| 440 | 460 | — | — | — | — |
Примечание. Значения, указанные в скобках, не рекомендуются для вновь проектируемых сетей.
Электроснабжение предприятий разделяют на внешнее и внутреннее. Под внешним электроснабжением понимают комплекс сооружений, обеспечивающих передачу электроэнергии от выбранной точки присоединения к энергосистеме до приемных подстанций предприятий или гражданских зданий.
Внутреннее электроснабжение — это комплекс сетей и подстанций, расположенных, как правило, на территории предприятия и в его цехах.
| |
Электроэнергия на пути от источника питания до электроприемника на современных промышленных предприятиях (независимо от их энергоемкости и характера производства), как правило, преобразуется один или несколько раз (по напряжению и току), а потоки ее, по мере приближения к потребителям, дробятся на более мелкие и разветвляются.
Преобразования электроэнергии по напряжению производят на трансформаторных подстанциях, которые (в зависимости от места расположения в схеме электроснабжения) называют главными понизительными подстанциями (ГПП) и цеховыми трансформаторными подстанциями (ТП).
Коммутационные устройства, служащие для разделения потоков электроэнергии без их преобразования по напряжению или другим электрическим параметрам, называют распределительными пунктами (РП). Последние могут являться элементом как сети высокого напряжения 6 (10) кВ, так и сети низкого напряжения 380/220 В.
Для внутреннего электроснабжения промышленных предприятий применяют радиальные, магистральные и смешанные схемы. Радиальные схемы получили наибольшее распространение. Магистральные схемы применяют реже, в основном в тех случаях, когда электроприемники имеют большую мощность и расположены вблизи трасс, удобных для прокладки магистралей. Чаше их применяют в сочетании с радиальными.
| Таблица 1.2. Номинальные междуфазные напряжения трехфазного тока свыше 1000 В электрических сетей, источников и приемников электрической энергии (ГОСТ 721 — 97)
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тема 1.2. Назначение и типы электрических станций
Электрическая станция (ЭС) — это промышленное предприятие, вырабатывающее электроэнергию и обеспечивающее ее передачу потребителям по электрической сети. На электростанции происходит преобразование энергии какого-либо природного источника в механическую энергию вращения турбины и далее с помощью электрических генераторов — в электроэнергию. От того, какой природный источник энергии используется, зависит тип электростанции.
Электростанции делят на гидроэлектрические, тепловые и атомные. На гидроэлектростанциях в электроэнергию преобразуется механическая энергия водного потока, т е гидравлическая энергия, на тепловых электростанциях — тепловая энергия, выделяющаяся при сжигании топлива; на атомных электростанциях — тепловая энергия, выделяющаяся при делении ядер атомов урана, тория и других тяжелых элементов. В настоящее время исследуются возможности более широкого использования тепловой энергии вулканов и гейзеров на геотермальных станциях, солнечной энергии — на гелиоэлектростанциях, энергии ветра — на ветро- электростанциях, анергии приливов и отливов — на приливных электростанциях. Имеются опытные промышленные установки, использующие эти виды энергии.
|
Рис. 1.2. Технологическая схема работы ГЭС: |
1 — верхний бьеф; 2 — нижний бьеф; 3 — турбина; ЛЭП — линия электропередачи; Т— трансформатор; G — генератор; СН — электроэнергия, отбираемая на собственные нужды ГЭС
/ — котлоагрегат; 2 — турбина; 3 — источник холодной воды; 4 — конденсатор; J— конденсатный насос; 6— деаэратор; 7— насос (остальные обозначения см. на рис. 1.2)
|
Рис. 1.4. Технологическая схема работы АЭС: |
1 — ядерный реактор; 2 — парогенератор; 3 — турбина; 4 — источник холодной воды; 5— конденсатный насос; 6 — насос (остальные обозначения см. на рис. 1.2)
Гидроэлектрическая станция (ГЭС) представляет собой совокупность сооружений, создающих напор воды, подводящих воду к турбинам и отводящих отработавшую воду из здания станции. Различные схемы преобразования энергии воды на ГЭС руслового, приплотинного и деривационного типов в настоящей книге не рассматриваются.
Технологическая схема работы ГЭС (рис, 1.2) выгодно отличается от схем работы всех других электростанций простотой процессов и надежностью элементов.
На тепловых электростанциях (ТЭС) энергия, выделяемая при сгорании топлива (каменного угля, торфа, сланцев, газа, нефти и др.), преобразуется в электроэнергию в соответствии с технологической схемой, указанной, на рис. 1 3 Добыча, доставка А подготовка топлива к сжиганию в котлоагрегатах — сложные и дорогие процессы. Тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива, передается воде для получения в котлоагрегате перегретого пара высокого давления (до 3D МПа) и температуры (до 650 °С).
Атомные электростанции (АЭС) — это тоже тепловые паротурбинные станции, но использующие в качестве природного источника энергии топливо особого вида — ядерное. В технологической схеме работы АЭС (рис. 1.4) роль котла выполняет ядерный реактор. Теплота, выделяющаяся в реакторе при делении ядер урана и плутония, передается теплоносителю — тяжелой воде, гелию и др От теплоносителя тепловая энергия передается парогенератору. Далее используется та же схема преобразования энергии пара в механическую энергию паровой турбины, а затем в электроэнергию, что и на ТЭС.
В настоящее время основную часть всей вырабатываемой в стране электроэнергии обеспечивают ТЭС на органическом топливе. Тем не менее, их доля в суммарном производстве электроэнергии имела в последние годы устойчивую тенденцию к снижению, тогда как доля атомных и гидравлических электростанций не требующих закупки быстро дорожающего топлива, увеличивалась. В условиях общего спада производства энергии АЭС и ГЭС практически сохранили выработку электроэнергии на уровне своих мощности их и системных возможностей.
Тип вновь сооружаемых электростанций выбирают на основании технико-экономических расчетов с учетом наличия природных ресурсов и типа существующих электростанций в данном районе, потребности в тепловой и электрической энергии и др. При этом стремятся обеспечить наиболее эффективное сочетание электростанций разного типа с учетом изменений выработки и потребления энергии в различные сезоны года.
Часто при освоении новых регионов в начальный период эксплуатации для временного электроснабжения применяются дизельные, газотурбинные электростанции и энергопоезда.
Основной элемент дизельных электростанций (ДЭС) — дизель- генератор. Как правило, в качестве первичных двигателей применяют бескомпрессорные четырех- и двухтактные дизели мощностью 5... 1000 кВт, имеющие частоту вращения 375... 1500 мин-1. Дизели комплектуются синхронными генераторами переменного тока. По назначению ДЭС подразделяются на основные, резервные и аварийные.
Установленная мощность электростанций в мире ежегодно увеличивается на 1,5 % и должна составить в 2006 г. 3364 ГВт: ТЭС — 2169; ГЭС — 767; АЭС — 412; геотермальные электростанции (Гео- ТЭС) - 16 ГВт.
Среднее за год число часов использования установленной мощности электростанций в 2004 г. составило 4464; при этом для ТЭС этот показатель равнялся 4262, для ГЭС — 3440, для АЭС — 5884 и для ГеоТЭС - 4270.
Доля атомных электростанций в общем производстве электроэнергии в мире составляет 17 %.
Доля нетрадиционных возобновляемых источников в мировом производстве электроэнергии весьма незначительна — около 2 %.
Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 162; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!