Тұрақты ток қоздырғышы бар электр машиналарының қоздыру жүйелері

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 62 бет
Таңдаулыға:

5

6

7

8

Аңдатпа

Дипломдық жобада гидрогенератордың электромеханикалық қоздыру

жүйесін жаңғырту қарастырылды.

Жұмыста басқарылатын тиристорлы түзеткіш арқылы статикалық

қоздыру жүйесі есептелінді. Есеп бойынша сериялы қоздыру жүйесі

таңдалды. Matlab бағдарламасы бойынша жүйе жұмысы анықталды.

Еңбек қорғау бөлігі және экономика бөлігі қарастырылды.

9

Аннотация

В диплолном проекте рассматривается вопрос модернизаций

электромеханической системы возбуждения гидрогенератора.

В проекте произведена расчеты статической системы возбуждения на

основе тиристорного управляемого выпрямителя. На основе расчетов,

выбрана серийно выпускаемая система возбуждения. Произведено

исследовании работы системы на модели в программной среде Matlab.

Также расмотрены вопросы экономическая часть и безопасность

жизнедеятельности.

10

Annotation

In this thesis was chosen new hydrogenerator’s excication system.

Was calculated static excication system on tiristor’s base. Was chosen serial

equipment of the excication system.

System’s work was modeled by Matlab

program.

Also considered health and safety and ecology sections.

11

Мазмұны

Кіріспе

1

Гидрогенераторлардың қоздыру жүйесі

1. 1Статистикалық қоздыру жүйесінің қолданыстағы

сұлбаларын талдау

1. 2 Қолданыстағы электрмеханикалық қоздыру жүйесін

тиристорлы қоздыру жүйесіне алмастыру мүмкіндігін негіздеу

2. Қоздыру жүйесінің электрлік сұлбасының параметрлерін

анықтау

2. 1 Трансформатор және түзеткіштің күштік сұлбаның

тиристорларының есептелуі

2. 2 Түзеткіштерді басқару және олардың сыртқы сипаттамалары

2. 3 Тежелу қондырғысының параметрлерін есептеу және

сұлбасының элементтерін таңдау (ТҚ)

3 Қоздыру жүйесін компьютерлік модельдеу

3. 1 Matlab бағдарламасында модельді сипаттау және қайта

өңдеу

4 Өміртіршілік қауіпсіздігі

4. 1 Су электр станцияларын пайдалануда қоршаған ортаға

әсерін бағалау

4. 2 Қорғаныстық жерге қосу есебі

4. 3 Станцияда өрттің алдын алу бойынша жүргізілетін шаралар.

5 Экономикалық бөлім

5. 1 Капитал салымдары

5. 2Жобаның жылдық пайдалану шығындар

5. 3 Қауiп-қатердi бағалау және сақтандыру

5. 4 Инвестициялық жоспар

Қорытынды

Пайдаланылған әдебиеттер

12

15

21

32

32

37

45

45

48

48

51

55

59

61

62

63

63

69

70

Кіріспе

Бүгінгі таңда электр энергетикадағы ең басты мәселенің бірі - электр

энергиясының жетіспеушілігі. Ал энергия тұтыну көрсеткіші күннен күнге

артып келеді. Бұл тұрғыда, дәстүрлі энергия көздерінің тапшылығы және

табиғи отын түрінің (мұнай, газ көмір және т. б, ) азаюы алаңдатарлық

жағдай болып отыр.

Осы және өзгеде қиындықтарды шешу мақсатында соңғы кездері

дәстүрлі емес, яғни қайта жаңғыртылған энергия көздерін игеру қолға алына

бастады.

Гидроэнергетика қайта жаңғыртылған энергия көзінің бір түрі.

Гидроэнергетиканың негізгі құралымы ол - су электр станциялар.

Су электр станциялары судың ағындық энергиясын электр энергиясына

түрлендіретін үлкен инженерлік құралым. Су электр станциясы, қажетті ағын

күшін және концентрациялық ағысты түрлендіретін, гидротехникалық

құралымдардан және судың ағындық энергиясын электр энергиясына

түрлендіретін, электрлік құралымдардан тұрады.

Қазақстан Республикасының президенті Н. Назарбаев «Казахстан-

2050» жолдауында алға қойған мақсаттардың бірі: 2050 жылға дейін

Қазақстан өндіріс саласындағы барлық қондырғыларын және құрылғыларын

әлемдік соңғы стандарттар бойынша қайта жаңалауы керек.

Әрине бұл ретте, ең маңызды жағдай - ол еліміздің электр

энергетикалық біріккен жүйесі. Сонымен қатар президенттің тапсырмасы

бойыша, аталмыш уақытқа дейін еліміздегі барлық электр станциялардың

құрылымы мен электротехникалық жағдайыны жаңа талаптарға сай

орындалуы керек.

Қондырғылар мен құрылғыларды жаңалау - ол елдің ертеңгі

энергетикалық тұрақтылығы мен сенімділгінің және жаңа тұтынушыларды

қастамассыз ету кепілі.

Энегеикалық біріккен жүйенің жаңғыртылуы болашақта еліміздегі

электр энергия тұтыну деңгейінің сенімділігң мен тұрақтылығын

қамтамассыз етеді.

Қазақстан аумағында су электр станциялары көптеп кездеседі. Мысал

ретінде Алматы облысындағы, Үлен және Кіші Алматинка өзендері бойында

орналасқан, аз қуаттағы су электр станциялары және үлкен Алматы каскадын

айтуға болады.

Адматы облысында электрмен жабдықтауды қамтамассыз ету

мақсатында кіші СЭС-ын салу жоспары 1920 жылдан бері өңделіп келеді,

бірақ Ұлы Отан соғысына дейінгі уақытта аталмыш жоспар орындалмаған

болатын. Соғыс басталғаннан кейін қосымша өндіріс тұтынушыларды электр

энергиясымен қамтамассыз ету керек болды. Осы қажеттілікті орындау

мақсатында 1942 жылы жалпы жоба құрастырылып, 1943 жылы сәуірде

жалпы СЭС каскадын салу жұмыстары басталған болатын.

13

СЭС-ын салу «Гидропроект» институтының ленинградтық бөлімі

арқылы орындалды. Ал жалпы СЭС-ын салу процесі қала тұрғындарының,

әскери қызметкерлердің, әскери тұтқындардың көмегімен және өте күрделі

жағдайларда орындалған болатын.

1941 жылдың сәуірінде бірінші ГЭС-тің № 11 каскады және осы

жылдың 5 мен 17 кыркүйегінде СЭС № 5 және СЭС № 9 каскадтары іске

қосылды. 1944 жылы СЭС № 6 және СЭС № 7 құрылыс жұмыстары

басталған болатын және 1946 жылы құрылыс өз мәресіне жетті. 1948 жылы

наурызда СЭС № 8 салынып жалпы бірінші каскадтың құрылыс жұмыстары

аяқталған болатын. Үлкен қуаттағы СЭС комплекстері (Жоғары-Алматылық

және СЭС № 2) 1953 жылдың қазанында және 1959 жылдың маусымында

жалпы энергожүйеге қосылған болатын. Сәйкесінше 1954 жылы СЭС № 8а

іске қосылды.

Соңғы жылдарда энергетика саласында жаңа технология құрылымдары

жасалды. Станциядағы технологиялық процесті реттеу және жаңа талаптарға

сай өңдеу мақсатында жоғарыда айтылған СЭС-дағы тозығы жеткен

қондырғыларды жаңа технлогиялық құрылыммен алмастырды.

Гидрогенератордағы ең негізгі құралымның бірі ол - оның қоздыру

жүйесі. Ұзақ жылғы тоқтаусыз жұмыстың нәтижесінде аталмыш құрылым

физикалық және жалпы құрылымдық жағдайда өте тозған. Сол себептен мен

дипломдық жобамда осы типтес құрылымдарды жаңа статистикалық

тиристорлы қоздыру жүйесімен алмастыру жобасын келтіргім келеді.

Дипломдық жобамдағы басты мақсат - су электр станциясындағы негізгі

құрылымдарды жаңа статистикалық тиристорлы жүйемен алмастыра

отырып, салыстырмалы түрде артықшылықтарын көрсету.

СЭС-дағы табиғи отынның болмауы олардағы өзіндік құнның төмен

екендігін көрсетеді. Ал бұл жағдай тұтынушылар мен энергия сатып

алушылар үшін өте ыңғайлы әрі тиімді болып отыр. Бірақ станцияны

құрастырушылар үшін тиімдсіз, себебі 1 квт энергияның құны аз болғанымен

оны өндіруге қажетті құрылым және қондырғылар айтарлықтай үлкен қаржы

салымдар мен жауапкершілікті қажет етеді.

14

1 Гидрогенераторлардың қоздыру жүйесі

Су электр станциялары (СЭС) энергия көзі ретінде судың ағыстық

энергиясын қолданатын электр станция түрі. Негізінде су электр

станцияларын өзендердің, плотиналық құрылым мен су қоймаларының

жанына салады.

СЭС-ның қалыпты және тиімді электр энергиясын түрлендіруі үшін ең

негізгі екі фактор қажет. Олар жыл бойындағы тоқтаусыз және керек

көлемдегі сумен қамтылуы және су құрылымын қамтамассыз ететін ағыс

жолының болу керек.

Су электр станциясының жұмыс істеу принципі өте қарапайым.

Гидротехникалық қондырғылар тізбегі су ағысының қалыпты болуын

қамтамассыз етеді. Қатты ағысты су гидротурбинаның қалақшаларына келіп

түседі, сол арқылы ол гидротурбинамен бір валда орналасқан электр

генераторын қозғалысқа алып келеді. Нәтижесінде электр генераторының

айнауы арқылы электр энергиясы өндіріледі.

Қалыпты ағыстағы су, сәйкесінше, су электр станциясының жанында

салынған платиналарға, өзеннің белгілі аумақтағы ағып өту жолына да

байланысты немесе табиғи су деривациясының құралымына байланысты

өзгеріп отырады. Кейбір электр станцияларда керек ағыс күшін алу үшін

плотиналарды да және деривацияны да қолданады.

Су электр станциясының электрлік қондырғылары станцияның ішкі

ғимаратында орналасады және станцияның қолдануына байланысты бірнеше

бөліктерден тұрады. Машина залында сәйкес қуатқа байланысты бірнеше

гидрогенераторлар орналасады. Олар тікелей су ағысының күшін электр

энериясына түрлендіретін негізгі инженерлік қондырғы. Сонымен қатар

электр станцияның басқа бөліктерінде станция жұмысын реттейтін және

басқаратын реттеуші қондырғылар жүйесі орналасады. Трансформаторлар

мен тарату құрылғылар келесі бөлікте жұмыс істейді.

Су электр станциялары өндіретін электр энергиясына байланысты

келесідегідей топтардан тұрады:

қуатты су электр станциялары 25 МВт-тан жоғары;

орташа қуатты су электр станциялары 25 МВт-қа дейін;

аз қуаттағы су электр станциялары 5МВт-қа дейін электр энергиясын

өндіреді.

Су электр станцияның қуаты су ағысының күшіне, су пайдалану

шығынына байланысты және қонданып отырған турбина мен генератордың

пайдалы әсер коэффициентіне байланысты. Табиғи факторларға, мезгіл

өзгеруіне байланысты және басқада себептердің салдарынан су ағысы мен

көлемі өзгеретіндіктен су электр станциясының қалыпты қуаты ретінде оның

циклдік қуатын алу керек. Мысалы жылдық, айлық, апталық және тәуліктік

су электр станциясының жұмыс істеу принцпі.

15

1. 1сурет - Cу электр станциясының планинасының сұлбасы.

Су ағысының күшіне байланысты электр станцияда турбинаның әр түрлі

түрі қолданылады. Жоғарғы ағыс күші үшін металды оймақ камералары бар

радиал ості және турбиналар қолданылады.

Орта қуатты су электр станцияларда айналмалы қоршамасы бар және

радиал ості турбиналар қолданылады.

Ал аз қуатты су электр станцияларында айналмалы қоршамасы бар

турбиналар темір бетонды камераларда орналасады. Жоғарыда айтылған

турбина түрлерінің барлығы бір принципте жұмыс істейді: жоғары қысымға

ие су турбина қалақшаларына келеді, оның әсерінен қалақшалар айнала

қозғала бастайды. Осы арқылы қалақшалардың механикалық энергиясы

электр энергиясына түрленеді.

Электр энергияны тұтыну көрсеткішіне байланысты су электр

станциясындағы генераторларды іске қосуға және керісінше өшіруге болады.

Ал бұл процесті орындау үшін генераторлардың қоздыру жүйесінің

құрылымын жақсы білу керек.

Қоздыру

жүйесі синхронды генераторлардың келесі режимдегі

жұмысын қамтамассыз етеді:

- бастапқы қоздыруды;

- бос жүріс режимін;

- нақты синхронизация немесе өзідігінен синхронизациялау арқылы

желіге қосылу;

16

- генератордың жұмысын ескере отырып энергожүйемен бірге қоса

алатын жүктемені қамтамассыз ету;

- белгіленген ток және кернеу көрсеткіштері бойынша қоздырудың

форсировкасын реттеу;

- cosα=1 мәнге дейін реактивті қуатты жүктеу;

- энергожүйедегі ақауларға қарамастан қайта қоздыру;

- қалыпты тоқтау кезінде және апаттық режимде генератордағы асқын

өрісті сөндіру;

- аргераттардың электрлік тоқтауын қамтамассыз ету;

Қоздыру жүйелері синхронды машинардағы тұрақты токты қоздыру

орамаларын қоректендіру үшін және қоздыру тогын реттеу үшін қажет.

Қоздыру жүйесін қоздыру орамдарының шығысындағы номиналды

кернеу

және қоздыру орамдарының номиналды токтары арқылы

сипаттауға болады. Жоғарыда айтылған шамалар электр машинаның

қалыпты номиналды жұмысын қамтамассыз етеді. Қоздыру жүйесінің

номиналды қуаты

, ол көп жағдайда жалпы машинаны

номиналды қуатының 0, 2-0, 6% құрайды. Ал қоздыру жүйесінің

форсировкалық қасиеті қоздыру жүйесінің энергожүйедегі апаттық жағдайды

тез сезіп оны алдын алу процесін және қажет жағдайда сөніп, қосылу

жағдайын айтады.

Қоздырудың номиналды кернеуін қоздырудың қуаты және генератор

щеткасындағы мүмкін болатын жинақтық ток мәндері арқылы табуға болады.

Немесе қоздырғыштардың қалыпты жұмыс істейтін кернеу көрсеткішін алуға

болады және т. б. . Қазіргі генераторлардың номиналды қоздыру кернеуі 80-

6000-ты құрайды.

Төменгі шектік қуаты бірнеше мегаватт болатын генераторларда және

жоғарғы шектік қуатты генарторлар көрсеткішінде келтіріледі. Қоздырудың

номиналды тоғы да генератордың қуатына тікелей байланысты.

Қуаты үлкен емес генераторларда қоздыру тоғының мәні бірнеше мың

амперді құрайды, ал қуаты 200 МВт жоғары генераторларда ол мән 2000-

8000А дейін жетеді. Кернеу бойынша форсировка дегеніміз қоздырғыштағы

орныққан ең үлкен кернеу көрсеткішінің

қоздырғыштың номиналды

кернеуіне

қатынасын көрсететін шаманы айтады. Ал ток мәні бойынша

форсировка дегеніміз қоздырудың ең үлкен жіберілім тогының қоздырудың

номиналды тогына

қатынасын көрсететін шаманы айтамыз.

Кернеу форсировкасы кезіндегі қоздыру жүйесінің тез жауап беру

қасиеті, энергожүйедегі апаттық жағдай кезінде 1/с қоздырғыштың кернеу

мәнінің өсу жылдамдығымен сипатталады. Бұл шама төмендегі фомула

бойынша анықталады:

.

(1. 1)

мұнда

- қоздырғыштың шектік кернеу мәні (электр машинаның

қоздырғыштары үшін

) ;

- қоздырғыштың кернеу мәні

дейінгі шамаға көтерілуге кеткен уақыт;

Қоздыру жүйесі

қисығы арқылы өрнектеледі. Бұл қисық басқа

жүйелерде экспонента түрінде келтірілуі мүмкін:

(1. 2)

exp

тең болатын уақыт.

Қоздыру кернеуінің қалыпты көтерілу уақыты

қоздырғыштың

параметрлері арқылы анықталады: форсировка көрсеткіші және қоздыруды

автоматты реттеудің тез әрекетінің көрсеткіші арқылы. Сонымен қатар

электр машинаның қоздыру жүйесі және қоздырғыштың айналу жиілігінің

шамасы арқылы сипатталады. Кернеудің өсу шамасы ұлғайған сайын,

қоздыру өрісі өседі, сәйкесінше уақыт тұрақтысы

мәні азаяды.

Синхронды машиналардың қоздыру жүйесіне үлкен талаптар қойылады.

Олар төмендегі талаптарды орындауы керек: қалыпты және апаттық режим

кезінде қоздыру орамаларын тұрақты және сенімді қорек көзімен

қамтамассыз етуі керек; генератор жүктемесінің мәні нөлден номиналды

мәнге жеткенге дейінгі аралықта қоздыру тогын тұрақты реттеуді

қамтамассыз етуі керек; апаттық режимнен кейін белгілі уақытта қоздыру

деңгейін ең жоғарғы мәніне дейін көтеруі керек.

Сонымен қатар ол сәйкесінше тез орындалу керек және кернеу бойынша

форсировка көрсеткіші 2, 0-ден 0 (көп жағдайда 3-4 және одан жоғары

болады) аз болмауы керек.

Кернеу бойынша форсировка көрсеткіші және сәйкесінше

қоздырғыштың шектік кернеу мәні ротор орамасының оқшаулағыш кернеу

мәнінен аспауы керек. Олай болмаған жағдайда қондырғыда үлкен көлемдегі

апатқа алып келеді. Қоздырғыштың шектік ток мәні және осы ток мәнімен

жұмыс істеу ұзақтығы ротордың қызу деңгейі мен салқындату жүйесінің

типіне байланысты.

Қоздыру кернеуінің өсу жылдамдығы 2-1/с кем болмауы керек, ал

жоғары талаптар қойылған генераторларда бұл шама 7-9 1/с және одан да

жоғары болуы керек.

Синхронды машинаның қоздыру жүйесінің қорек көзіне байланысты,

қоздыру жүйелерітөмендегі үш негізгі топтарға жіктеледі:

1) қорек көзі тұрақта ток генераторы (қоздырғыш) болатын қоздыру

жүйесі;

2) қорек көзі айнымалы ток генераторы (қоздырғыш) болатын қоздыру

жүйесі; мұндай генератордағы айнымалы ток түрлендіргіштердің немесе

басөарусыз түзеткіштердің көмегімен тұрақты токқа түрленеді; бұл энергия

18

жартылай өткізгішті түзеткіштер көмегімен немесе арнайы

трансформаторлардың көмегімен түрленеді.

Бірінші топтағы қоздыру жүйесі қоздырушы машианың кернеуіне

байланысты емес, егер қоздырғыш электр қозғалтқышы арқылы немесе валға

байлнысты айналымға келтірілсе, онда екінші жүйе де тәуесіз болады, ал

үшіншісі қоздырғыш машинаға тікелей тәуелді болады.

Генераторлардың қалыпты жұмысын қамтамассыз ету үшін келесі

түрдегі қоздыру жүйесінің түрлері келтірілген:

1. тұрақты ток қоздырғышы бар электр машинаның қоздыру жүйелері;

2. жоғарғы жиіліктегі қоздырғышы бар және қозғалмайтын жартылай

өткізгішті түзеткіші бар қоздыру жүйесі;

3. жиілігі 50 Гц болатын қоздырғышы бар және статистикалық түзеткіші

(тәуелсіз қоздырғышты статистикалық тиристорлы жүйе) бар қоздыру

жүйесі;

4. жиілігі 50 Гц болатын қоздырғышы бар және айналмалы түзеткіші бар

қоздыру жүйесі;

5. статистикалық түзеткіші бар қоздыру жүйесі.

1. 1.