Обкатка генераторной установки

Обкатка генераторной установки
Генераторная установка представляет собой устройство, способное преобразовывать механическую энергию или энергию других возобновляемых источников в электрическую. Как правило, в качестве привода используются паротурбинные генераторы, турбины или двигатели внутреннего сгорания (бензиновые, дизельные и другие), однако в последние годы все большее распространение получают новые возобновляемые источники энергии, включая атомную, ветровую, солнечную, биомассу, энергию океана и т. д. Поскольку мощность дизельных генераторных установок выше, а сами агрегаты способны работать в течение длительного времени, обеспечивая непрерывное электроснабжение, они могут функционировать автономно, не подключаясь к региональной электросети, что защищает от сбоев в электросети и обеспечивает высокую надёжность. Особенно широко они используются в тех районах, где электроснабжение не очень надёжно: дизельные генераторы выполняют роль как резервного, так и аварийного источника питания, а также позволяют рационально оптимизировать систему низкого давления; как правило, в случае отключения электроэнергии они в первую очередь обеспечивают питание наиболее важных нагрузок, поэтому такие установки получили широкое применение. Далее будут представлены основные принципы работы и конструкция типовых генераторов:
1. Опора турбины и турбогенераторной установки. Для обеспечения высокого КПД, как правило, используются высокооборотистые турбины, обычно со скоростью 3000 об/мин (частота 50 Гц) или 3600 об/мин (частота 60 Гц). На атомных электростанциях скорость вращения турбин ниже, но всё же составляет 1500 об/мин и более. В высокооборотистых турбогенераторах для уменьшения центробежной силы, возникающей из-за механических нагрузок, и снижения абразивного износа, как правило, используют ротор с относительно небольшим диаметром и относительно большой длиной, то есть тонкий ротор. Особенно в высокоскоростных агрегатах большой мощности со скоростью 3000 об/мин и более, поскольку в связи с прочностью материала диаметр ротора строго ограничен — обычно не более 1,2 метра. Длина корпуса ротора ограничивает критическую скорость. Когда длина корпуса превышает диаметр более чем в 6 раз, вторая критическая скорость ротора приближается к рабочей скорости двигателя, что может привести к сильной вибрации во время работы. Поэтому размеры ротора крупных высокооборотистых турбогенераторов строго ограничены. При мощности около 100 000 киловатт размеры ротора двигателя с воздушным охлаждением достигли предельных значений; дальнейшее увеличение мощности двигателя можно обеспечить только за счет увеличения электромагнитной нагрузки. Поэтому необходимо усилить охлаждение двигателя. В связи с этим для турбогенераторов мощностью от 5 до 10 млн кВт эффективными являются технологии водородного или водяного охлаждения. С 1970-х годов мощность турбогенераторных установок достигла максимального уровня в 130–150 млн киловатт. С 1986 года в исследованиях сверхпроводящих материалов с высокой критической температурой был сделан значительный прорыв. Ожидается, что применение сверхпроводящих технологий в турбинах и турбогенераторах приведет к новому историческому скачку.
(2) Гидрогенераторная установка, приводимая в действие турбиной. В связи с различиями в природных условиях гидроэлектростанций мощность и скорость вращения гидрогенераторной установки значительно варьируются. Как правило, малые ГЭС и гидроэлектростанции с турбинным приводом, работающие на высоких скоростях, имеют горизонтальную конструкцию, а крупные и среднескоростные многоцелевые гидроэлектростанции — вертикальную. Поскольку в большинстве случаев станции расположены вдали от городов, нагрузка на линии электропередачи обычно происходит с большей задержкой; поэтому к работе гидроэнергетической системы предъявляются более высокие требования к стабильности: параметры двигателя должны быть тщательно подобраны; момент инерции ротора должен быть значительным. Поэтому гидротурбогенератор отличается от других типов турбин своим небольшим диаметром ротора и короткой длиной. Запуск гидрогенераторной установки и выход на рабочий режим занимают меньше времени, что обеспечивает гибкость в планировании работы; помимо использования в качестве источника общей мощности, она особенно подходит в качестве пиковой установки и резервной установки на случай аварий. Максимальная мощность гидрогенераторной установки достигает 70 миллионов киловатт.
3 дизельные генераторные установки
Работа дизель-генераторной установки, преобразующей энергию дизельного топлива в электричество, в зависимости от назначения подразделяется на наземные и судовые дизель-генераторные установки.
3.1 Генератор с дизельным двигателем — основные принципы работы: преобразование энергии дизельного топлива в электричество. В цилиндре дизельного двигателя чистый воздух, прошедший через воздушный фильтр, смешивается с струей дизельного топлива, распыляемой форсункой под высоким давлением; под действием выталкивающей силы поршня, движущегося вверх, объем уменьшается, температура быстро повышается, что приводит к самовоспламенению дизельного топлива. После возгорания дизельного топлива происходит интенсивное и быстрое расширение объёма сгорающей газовой смеси, что толкает поршень вниз — этот такт называется ‘рабочим’. В цилиндре, при определённом порядке работы, усилие, действующее на поршневой шток, преобразуется в приводную силу, которая обеспечивает вращение коленчатого вала. Бесщеточный синхронный генератор переменного тока и коленчатый вал дизельного двигателя установлены соосно; вращение ротора генератора, приводимого в движение дизельным двигателем, позволяет, благодаря принципу ‘электромагнитной индукции’, индуцировать в генераторе электродвижущую силу, которая при замыкании цепи нагрузки генерирует ток. Здесь описан лишь самый базовый принцип работы генераторной установки. Для обеспечения работоспособности и стабильной выходной мощности необходим также комплекс средств управления дизельным двигателем и генератором, а также защитных устройств и цепей.
3.2 Анализ конструкции дизельной генераторной установки
Один из распространенных типов дизель-генераторной установки состоит в основном из трех частей: дизельного двигателя, генератора и системы управления. Между дизельным двигателем и генератором имеется два соединения: одно — гибкое, то есть соединение двух частей с помощью муфты, второе — для жесткого соединения, при котором с помощью высокопрочных болтов соединяются стальной корпус генератора и маховик дизельного двигателя. На сегодняшнем рынке в дизельных генераторных установках чаще используется жесткое соединение: некоторые дизельные двигатели и генераторы соединяются после установки на общедоступной стороне полки, а затем дополняются защитными датчиками, такими как датчики температуры, эти датчики позволяют оператору визуально отслеживать работу двигателя; с помощью этих датчиков можно установить верхний предел, при достижении или превышении которого система управления подаст предварительный сигнал тревоги, и если в этот момент оператор не примет меры, система управления автоматически отключит агрегат; таким образом, дизель-генераторная установка обеспечивает функцию самозащиты. Система управления дизельной генераторной установкой отвечает за получение обратной связи от различных датчиков, обработку информации, отображение данных и обеспечение реальной защиты; панель управления обычно устанавливается на самой установке (так называемая «навесная» панель управления), а также в виде отдельного экрана, размещенного в диспетчерской (так называемая «раздельная» панель управления); Панель управления соединяется с генераторной установкой и дизельным двигателем с помощью кабелей и датчиков, на ней отображаются рабочие параметры и электрические показатели. Кроме того, генераторы оснащены шасси, муфтами, радиатором, топливным баком, а некоторые — глушителем и кожухом.