Книга адресована специалистам-гидроэнергетикам, персоналу гаэс, проектировщикам, преподавателям и студентам гидроэнергетических специальностей. Может быть полезна также специалистамэнергетикам

Г л а в а 17. СПоСоБы ПУСКа И тоРМоженИя наСоСотУРБИнных ГИДРоаГРеГатоВ ГаЭС*

17.1. Способы пуска

Выбор способа пуска гидрогенераторов-двигателей в насосный режим определяется многими факторами, такими как соотношение мощностей системы и включаемой машины, допустимая величина падения напряжения в системе во время пуска, стоимость пускового оборудования, величина пускового момента и заданное время пуска.
Способы пуска обратимых реверсивных гидрогенераторов-дви- гателей могут быть подразделены на три основные группы: асинхронный пуск от полного напряжения сети (А); от пониженного напряжения сети (АПН) через реактор или от отпаек главного трансформатора; синхронный, асинхронный или комбинированный асинхронносинхронный пуск от отдельного источника переменной частоты и напряжения; от главного генератора (СГ); от вспомогательного синхронного генератора (СВГ); от СПЧ; синхронный пуск от вспомогательного разворотного асинхрон-
ного электродвигателя (ВРД).
Процесс пуска обратимого гидроагрегата как в насосный, так и в турбинный режим состоит из двух стадий. Первая – вывод агрегата из состояния покоя, увеличение частоты вращения до подсинхронной, синхронизация с сетью и включение агрегата в сеть. Вторая стадия – при постоянной частоте вращения – увеличение расхода (мощности) до расчетного (номинального) значения, что обеспечивается открытием регулирующих органов.
Первая стадия процесса – разгон от нулевой до подсинхронной скорости может осуществляться двумя способами: гидравлическим и электрическим.
Пуск насосотурбинных гидроагрегатов в турбинный режим, независимо от схемы компоновки (2М или 3М), не отличается от аналогичной операции обычных гидроагрегатов ГЭС и осуществляется
* При подготовке главы использованы неопубликованные материалы Г. Б. Лазарева (ВНИИЭ).
обычно гидравлическим способом. В зависимости от типа, мощности и напора длительность его не превышает 1–2 мин. Смысл этого способа состоит в том, что открытием регулирующих органов (направляющего аппарата) до определенного положения, соответствующего разгонной частоте вращения, равной номинальной (ХХ), создают условия для возможности синхронизации и включения агрегата в электрическую сеть.
Сущность гидравлического способа пуска обратимого агрегата в насосный режим состоит в следующем: подавая воду из верхнего бьефа в нижний, то есть в «турбинном» направлении, при помощи специальных дополнительных устройств или обычными регулирующими органами (направляющий аппарат, лопасти рабочего колеса), приводят агрегат во вращение в «насосном» направлении. После этого электрическая машина включается в сеть и путем определенных операций открытия и закрытия затворов на трубопроводах и регулирующих органах обратимой гидромашины направление движения воды изменяется на нормальное, соответствующее насосному режиму, то есть из нижнего бьефа в верхний.
Примером гидравлического пуска обратимого агрегата в насос- ный режим могут служить насосотурбины рассмотренных ранее в главе 14 специальных типов Гоне и Изожир.
На подавляющем большинстве ГАЭС пуск осуществляется электрическим способом. В табл. 17.1 представлена в общем виде классификация способов пуска насосотурбинных гидроагрегатов ГАЭС в насосный режим.
Выбор рационального способа пуска гидроагрегатов ГАЭС имеет большое значение, поскольку это оказывает влияние на многие параметры ГАЭС: компоновку оборудования, конструкцию гидроагрегатов, главную электрическую схему, экономичность станции, степень возмущающего влияния на энергообъединение и т. п. В то же время с целью повышения эффективности ГАЭС все более увеличивается максимальный напор и единичная мощность насосотурбинных гидроагрегатов, что приводит к существенному усложнению пусковых схем и увеличению длительности переходных режимов.
Запуск насосотурбинного гидроагрегата в насосный режим из состояния покоя занимает 5–10 мин, а при переводе его из турбинного режима в насосный это время значительно увеличивается, причем наиболее существенно это увеличение для обратимых агрегатов в связи с необходимостью изменения направления вращения. Поэтому обратимые гидроагрегаты менее маневренны и более сложны в управлении в сравнении с трехмашинными, что в некоторых случаях заставило принять к установке на мощных ГАЭС крупные трехмашинные агрегаты вместо заведомо более дешевых обратимых агрегатов (ГАЭС Вальдек-II, Тамет-3).






Для облегчения условий пуска и снижения тормозных моментов применяют специальные меры: удаляют (отжимают сжатым воздухом) воду из полости рабочего колеса радиально-осевых насосотурбин; включают струйные вихревые эжекторы, способствующие вращению агрегата в насосном направлении; используют масляную или электромагнитную разгрузку подпятника гидроагрегата.
Исторически в зависимости от мощности обратимых гидроагрегатов, напора, требований энергосистем, технических возможностей использовались различные способы пуска. По мере развития полупроводниковой техники, снижения стоимости и повышения надежности силовых тиристоров лидирующее положение при проектировании новых ГАЭС занимает синхронный пуск с помощью тиристорных преобразователей частоты.
Тем не менее, учитывая большое количество ранее построенных ГАЭС, широкое распространение различных применяемых на них способов пуска обратимых гидроагрегатов в насосный режим, целесообразно дать их краткий обзор.
При всем существующем многообразии способов пуска насосотурбинных гидроагрегатов в насосный режим все они могут быть сведены к двум вариантам: асинхронный пуск путем включения электромашины неподвиж-
ного агрегата в сеть на полное или пониженное напряжение; синхронный (или частотный) пуск, при котором агрегат раскручивается до подсинхронной скорости вращения, синхронизируется с электросетью, а затем нагружается до номинальной производительности.
Технологически наиболее простым и к тому же наиболее быстрым способом является прямой асинхронный пуск от полного напряжения сети, поскольку он не требует дополнительных капитало- вложений в оборудование и строительную часть станции. В практике эксплуатации ГАЭС ряда европейских стран он нашел широкое применение для машин мощностью до 50 МВ·А, но в некоторых случаях применяется и для более мощных машин. Так, на ГАЭС Ревен (Франция) один из четырех агрегатов мощностью 200 МВт пускается асинхронно от полного напряжения сети. При этом пусковой ток I_п = 2,2I_ном, время пуска t_п = 82 с, падение напряжения на шинах ближайшей подстанции составляет 11 %. Для отвода тепла от демпферной обмотки предусмотрено водяное охлаждение.
На Загорской ГАЭС изначально предусматривался прямой асинхронный пуск агрегатов мощностью 220 МВт со следующими параметрами пуска: пусковой ток I_п = 2,2I_ном, время пуска t_п = 38–40 с, падение напряжения на стороне 500 кВ блочного трансформатора составляет 5,6 %.
На ГАЭС Вианден-II гидрогенератор с массивными полюсами мощностью 230 МВ·А запускается асинхронно от пониженного напряжения сети через реактор; при этом время пуска составляет 115 с, падение напряжения в сети – менее 5 %. Кроме того, для этой машины предусмотрен прямой асинхронный пуск от полного напряжения сети. Проведенный в 1975 г. в порядке испытаний прямой пуск показал удовлетворительные результаты, близкие к расчетным: двукратный пусковой ток, температура на поверхности полюсных наконечников около 190°, падение напряжения в сети не более 5 %.
Однако применение такого способа пуска сопровождается рядом негативных явлений:
большими пусковыми токами, которые вызывают резкие по-
нижения напряжения и набросы активной и реактивной нагрузки в прилегающей электросети; перегревами в элементах статора и ротора электромашины; значительными механическими усилиями, воздействующими
на конструктивные элементы электромашины и токопровода; термическим воздействием на смежное электрооборудование (выключатели, разъединители, токопроводы, обмотки трансформаторов).
С целью частичной нейтрализации воздействия этих явлений в случае использования прямого асинхронного пуска электромашина может иметь ряд конструктивных особенностей: охлаждение демпферных (пусковых) обмоток водой; применение массивных литых полюсов ротора; увеличение реактивности обмотки статора.
Однако эти конструктивные особенности не только повышают стоимость электромашины примерно на 5–10 %, но и ухудшают ее технические характеристики.
Отмеченные недостатки исключают практическую возможность применения прямого асинхронного пуска агрегатов мощностью свыше 200 МВт в связи с повышенными требованиями к степени их надежности, что подтверждается опытом зарубежных фирм.
В числе одного из главных достоинств прямого асинхронного пуска часто называют простоту схемы, в том числе схемы автоматизации пуска, поскольку, в соответствии с теорией надежности, простые схемные решения при сохранении заданных функций обеспечивают более высокую надежность.
Но применительно к ГАЭС простота схемного решения прямого асинхронного пуска мощных ГД обусловливает противоречивость требований к не менее важной надежности агрегата в целом.
С целью исключения тепловых перегрузок, электродинамических воздействий на ГД и смежное электрооборудование, а также нарушения режима питающей сети, в большинстве случаев асинхронный пуск ГД осуществляется при пониженном напряжении. Однако на основании проведенных расчетов и экспериментальных исследований установлено, что количество энергии, выделяемое в роторе при прямом пуске и с понижением напряжения, уменьшается незначительно. Это указывает на примерно одинаковый нагрев ротора при прямом и реакторном пуске.