Меню

Принцип работы генераторов гидроэлектростанций



Устройство и принцип работы гидроэлектростанции

С давних времен люди пользовались движущей силой воды. Мололи муку на мельницах, колеса которых приводились в движение потоками воды, сплавляли тяжелые стволы деревьев вниз по течению, в общем использовали гидроэнергию для решения самых разных задач, включая промышленные.

В конце 19 века, с началом электрификации городов, гидроэлектростанции начали очень резко завоевывать популярность в мире. В 1878 году в Англии появилась первая в мире гидроэлектростанция, которая питала тогда всего одну дуговую лампу в картинной галерее изобретателя Уильяма Армстронга… А к 1889 году только в Соединенных Штатах гидроэлектростанций насчитывалось уже 200 штук.

Одним из важнейших шагов в освоении гидроэнергетики стало сооружение в 1930-е годы в США Плотины Гувера. Что касается России, то здесь уже в 1892 году, в Рудном Алтае на реке Березовка, была построена первая четырехтурбинная гидроэлектростанция мощностью 200 кВт, призванная обеспечить электричеством шахтный водоотлив Зыряновского рудника. Так, с освоением человечеством электричества, гидроэлектростанции ознаменовали собой стремительный ход промышленного прогресса.

Принцип работы ГЭС

Сегодня современные гидроэлектростанции — это огромные сооружения на гигаватты установленной мощности. Однако принцип работы любой ГЭС остается в целом достаточно простым, и везде почти полностью одинаковым. Напор воды, направленный на лопасти гидротурбины, приводит ее во вращение, а гидротурбина в свою очередь, будучи соединена с генератором, вращает генератор. Генератор вырабатывает электроэнергию, которая и подается на трансформаторную станцию, а затем и на ЛЭП.

В машинном зале гидроэлектростанции установлены гидроагрегаты, которые преобразуют энергию потока воды в энергию электрическую, а непосредственно в здании гидроэлектростанции располагаются все необходимые распределительные устройства, а также устройства управления и контроля работы ГЭС.

Мощность гидроэлектростанции зависит от количества и от напора воды, проходящей через турбины. Непосредственно напор получается благодаря направленному движению потока воды. Это может быть вода накопленная у плотины, когда в определенном месте на реке строится плотина, или же напор получается благодаря деривации потока, — это когда вода отводится от русла по специальному туннелю или каналу. Так, гидроэлектростанции бывают плотинными, деривационными и плотинно-деривационными.

Наиболее распространенные плотинные ГЭС имеют в своей основе плотину, перегораживающую русло реки. За плотиной вода поднимается, накапливается, создавая своего рода водяной столб, обеспечивающий давление и напор. Чем выше плотина — тем сильнее напор. Самая высокая в мире плотина имеет высоту 305 метров, это плотина на Цзиньпинской ГЭС мощностью 3,6 ГВт, что на реке Ялунцзян в западной части провинции Сычуань на Юго-Западне Китая.

Гидростанции, использующие энергию воды, бывают двух типов. Если река имеет небольшое падение, но относительно многоводна, то при помощи плотины, перегораживающей реку, создают достаточную разность уровней воды.

Над плотиной образуется водохранилище, обеспечивающее равномерную работу станции в течение года. У берега ниже плотины, в непосредственной близости к ней устанавливается водяная турбина, соединенная с электрическим генератором (приплотинная станция). Если река судоходна, то у противоположного берега делается шлюз для пропуска судов.

Если же река не очень многоводна, но имеет большое падение и бурное течение (например, горные реки), то часть воды отводится по специальному каналу, имеющему гораздо меньший уклон, чем река. Канал этот иногда имеет протяженность в несколько километров. Иногда условия местности вынуждают заменить канал тоннелем (для мощных станций). Таким образом создается значительная разность уровней между выходным отверстием канала и нижним течением реки.

У конца канала вода поступает в трубу с крутым наклоном, у нижнего конца которой располагается гидротурбина с генератором. Благодаря значительной разности уровней вода приобретает большую кинетическую энергию, достаточную для питания станции (деривационные станции).

Подобные станции могут иметь большую мощность и относиться к разряду районных электростанций (смотрите — Малые ГЭС). На самых малых станциях турбина иногда заменяется менее эффективным, по более дешевым водяным колесом.

Здание Жигулевской ГЭС с верхнего бьефа

Принципиальная схема электрических соединений Жигулёвской ГЭС

Разрез по зданию Жигулёвской ГЭС. 1 —выводы на открытое распределительное устройство 400 кВ; 2 —этаж кабелей 220 и 110 кВ; 3 — этаж электрооборудования, 4 — аппаратура охлаждения трансформаторов; 5 — шинопроводы соединяющие обмотки генераторного напряжения трансформаторов в «треугольники»; 6 — кран грузоподъемностью 2X125 т; 7 — кран грузоподъемностью 30 т; 8 — кран грузоподъемностью 2X125 т ; 9 — сороудерживающее сооружение; 10 — кран грузоподъемностью 2X125 т; 11 — металлический шпунт; 12 — кран грузоподъемностью 2X125 т.

Жигулёвская ГЭС — вторая по мощности гидроэлектростанция в Европе, в 1957—1960 годах была крупнейшей ГЭС в мире.

Читайте также:  Бензиновый генератор в чите

Первый агрегат станции мощностью 105 тыс. кет был введен в эксплуатацию в конце 1955 г., в течение 1956 г. было введено в эксплуатацию еще 11 агрегатов и за 10 мес. 1957 г. — остальные восемь агрегатов.

На ГЭС установлено и работает большое количество нового, в ряде случаев уникального, энергетического оборудования.

Виды ГЭС и их устройства

Кроме плотины гидроэлектростанция включает в себя здание и распределительное устройство. Основное оборудование ГЭС находится в здании, здесь установлены турбины и генераторы. Кроме плотины и здания, в ГЭС могут наличествовать шлюзы, водосбросные устройства, рыбоходы и судоподъемники.

Каждая ГЭС представляет собой уникальное сооружение, поэтому главная отличительная черта ГЭС от других типов промышленных электростанций — это их индивидуальность. Кстати, самое большое в мире водохранилище находится в Гане, это водохранилище Акосомбо на реке Вольта. Оно занимает 8500 квадратных километров, что составляет 3,6% площади всей страны.

Если по ходу русла реки имеется значительный уклон, то возводят деривационную ГЭС. Здесь нет необходимости в строительстве большого плотинного водохранилища, вместо этого вода только направляется через специально возводимые водоводные каналы или тоннели прямо к зданию электростанции.

Иногда на деривационных ГЭС устраивают небольшие бассейны суточного регулирования, позволяющие управлять напором, и таким образом влиять на количество вырабатываемой электроэнергии в зависимости от загруженности электросети.

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) — особый вид гидроэлектростанций. Здесь сама станция предназначена для того, чтобы сгладить суточные перепады и пиковые нагрузки на энергосистему, и тем самым повысить надежность работы электросети.

Такая станция способна работать как в генераторном режиме, так и в накопительном, когда насосы закачивают воду в верхний бьеф из нижнего бьефа. Бьефом, в данном контексте, называется объект типа бассейна, являющийся частью водохранилища, и примыкающий к гидроэлектростанции. Верхний бьеф располагается по течению выше, нижний — ниже по течению.

Примером ГАЭС может служить водохранилище Таум Саук в Миссури, возведенное в 80 километрах от Миссисипи, вместимостью 5,55 млрд. литров, позволяющее энергосистеме обеспечить пиковую мощность в 440 МВт.

Источник

Гидрогенератор: устройство, конструкция, работа

Здравствуйте уважаемые клиенты завода МеталлЭкспортПром и посетители сайта нашего предприятия. Мы изготавливаем теплообменники для устройств производящих энергию, чтоб они исправно работали. Сегодня речь пойдет об одном из таких устройств, о гидрогенераторе.

Что такое гидрогенератор?

В общенаучном понимании, гидрогенератор – это электроустановка, которая способна вырабатывать электроэнергию для гидроэлектростанций. Их устройство и параметры жёстко регламентированы требованиями государственных и международных стандартов. Они бывают, как очень большие для станций вырабатывающих энергию для городов, так и маленькие. Последние можно использовать в своем подсобном хозяйстве, установив на речку. Или снабжать электроэнергией поселок или деревню. Правда выгодно? Смотрим на картинку ниже. Это огромный генератор установленный на Ирганайской ГЭС.

Правда большой? Станция находится в республике Дагестан, Уцкульский район, р. Аварское Койсу. В год такая станция вырабатывает почти 1300 млн кВтхчасов электроэнергии. Ввели в эксплуатацию первый агрегат в 1998 году.

Является филиалом ОАО «РусГидро» — «Дагестанский филиал». Мощность 400 МВт. Очень большая энергия, поэтому в процессе работы обмотки и части генератора сильно нагреваются, для их охлаждения используются воздухоохладители во работающие на охлаждение с использованием воды. Станция по показателям является третьей на Кавказе, после Грузинской и Российской. Для грузинской станции в 2014 году мы изготовили воздухоохладители во 2100 улучшенной конструкции с учетом особенностей станции. В 2015 году планируется модернизация следующих блоков.

Не много о станции и станциях

Состоит из самих блоков станции с оборудование, плотины и водохранилища глубиной 83 метра, очень глубоко. В 2006 году на полную мощность запустили два из 4-х гидроагрегатов. В России на конец 2013 года работали уже 102 станции мощность более 100 МВт! И еще больше менее мощных. О самых маленьких мы сейчас поговорим. И так идем далее.

Мы рассмотрели большие агрегаты, но есть и маленькие, которые удобно использовать в не больших районах.

Микро-ГЭС

Это называется микро-ГЭС. Ваш дом может быть автономным. Всего навсего нужна река рядом с вашей крепостью и тогда вы становитесь независимым от внешних источников. Мощность такой малютки может быть до 4000 Вт! Надо больше? Установите несколько, затрат минимум, а каков эффект.

Цена от 6000 рублей. Учитывая, что я плачу за электроэнергию порядка 2500 рублей, то можно и задуматься о покупке. Раз заплатил и всё! И вас никто не отключит, за не уплату так скажем. А, если не хватит такого моторчика можно всегда установить более мощную установку, это уже мини-ГЭС.

Читайте также:  Подшипники генератора субару трибека

Мини-ГЭС

Можно и поставить мощней в случае необходимости рассчитав сколько у вас приборов потребляющих энергию, просто сложив мощности и плюс 25% про запас, как говорится, чтоб все было ок! Ниже на картинке такая мини-ГЭС мощность 20кВт.

Есть и мощней конечно. Можно сложиться и купить более мощную ГЭС для обеспечения целого поселка или деревни. Наш завод производит запчасти к гидротурбинам и гидрогенераторам промышленного и бытового назначения. И так идем далее.

Основные типы гидрогенераторов

В обычном понимании, гидрогенераторы – это особые синхронные устройства вертикального типа, которые производят своё вращение от гидротурбины. Но есть и капсульные, и горизонтальные гидрогенераторы, принцип работы которых несколько отличается от вертикальных, являющихся нормой. Такие типы гидрогенераторов используются на особых участках рек. Это научное понятие, а типы основные мы рассмотрели выше. Это большие гидроагрегаты для ГЭС, микро-ГЭС для дома, мини-ГЭС для большого дома или хозяйства и малые-ГЭС для поселков.

Принципы работы гидрогенераторов

У всех гидрогенераторов, в отличии от других роторных установок, достаточно маленькая скорость оборотов в минуту. Она редко превышает значение 500. А вот диаметр их турбин обычно огромный – до 25 метров. Это обусловлено сразу несколькими факторами. Во-первых, вертикальной ориентацией генераторов, так как большинство из них имеют именно такое исполнение, а во-вторых, спецификой работы. Если же устройство имеет горизонтальную направленность, то принцип работы гидрогенератора меняется, ведь жёсткость и устойчивость такой конструкции обеспечить крайне тяжело. Схема гидрогенераторов: где раздобыть?

При покупке гидрогенератора у производителя, Вы получаете подробную инструкцию по эксплуатации и все схемы гидрогенераторов, которые необходимы для обслуживания, диагностики и проведения ремонтных работ на установке. В случае утери таких схем, их можно найти на сайте производителя, заказать отдельно или же найти в открытом доступе на специализированных ресурсах по гидрогенераторам в сети Интернет.

Желательно не жалеть и покупать качественные агрегаты и запчасти к ним.

Устройство гидрогенератора для электростанций

На тех электростанциях, которые используют поток воды для получения энергии, устройство гидрогенератора сравнимо с устройством двигателя. Они не только вырабатывают, но и потребляют энергию. Они отличаются улучшенной конструкцией подпятника, которая даёт возможность ротору крутиться в любую сторону.

Если гидрогенератор капсульный и горизонтальный, то это герметичная капсула, которая имеет в своём устройстве не только гидрогенератор, но и гидротурбину, а также все необходимые системы для обеспечения её работы. Эта капсула помещается под ток воды на станции.

Конструкция гидрогенератора и его элементы

Конструкция гидрогенератора определяется прежде всего потребностями гидротурбины, а они зависят от климата и погодных условий того региона, где находится гидроэлектростанция. Также важен напор воды в месте постройки. Поэтому под каждую отдельно взятую гидроэлектростанцию создаётся свой собственный гидрогенератор. Но у всех у них есть и общие части: ротор, статор, крестовины, подпятник и подшипники, которые составляют костяк конструкции. Там же устанавливаются промышленные воздухоохладители для охлаждения обмоток. Охладители так же используют воду для охлаждения нагревающихся трубок. Поэтому от того какая вода используется, хим состав и примеси, зависит и материалы из которых изготавливается теплообменник. Может быть, как простая сталь и латунь, так и нержавейка или мельхиор МнжМц если допустим используется вода с большим солесодержанием или морская.

Расчёт гидрогенератора

Под создание каждой новой гидроэлектростанции, производят расчёт гидрогенератора, который будет там работать. Для начала проектируют размеры статора и ротора, длину обмоток и изоляции, конструктивные элементы и узлы, а также общее крепление всех частей. Все расчёты выполняются профессионалами на заводах-изготовителях. Очень большим заводом является предприятие «Элсиб» производящее такие генераторы. А, так же огромное предприятие Силовые машины о котором наверное все знают. Расчет выполняют специалисты, а мы с вами будем пользоваться на благо плодами их труда.

Охлаждение гидрогенератора

Для охлаждения направляющих подшипников используют маслоохладители для гидрогенераторов. Мы на своем заводе производим такие охладители серии МО.

Заключение

Вам понравилась статья?

Пишите свои комменты ниже, пишите так же, что хотели бы видеть у нас на сайте или производстве допустим. И на этой вольной ноте я заканчиваю и желаю вам прекрасного настроения!

Дополнительно о продукции нашего завода

Наш завод по изготовлению теплообменников и запчастей желает вам радостного настроения, хорошей работы и прекрасных результатов!

К нам вы всегда сможете обратиться по следующим телефонам и электронной почте.

Источник

Гидрогенераторы

1 Определение

Гидрогенератором (рис.1) называют устройство, которое состоит из электрического генератора и гидротурбины, выполняющей роль механического привода. Служит для вырабатывания электроэнергии на ГЭС. Термин «гидрогенератор» используется согласно ГОСТ 5616 для обозначения термина «генератор гидротурбинный».

Читайте также:  Генератор шкода фабия 2002г

Рисунок 1 – Общий вид установки

2 Принцип работы

Гидрогенераторы, как правило, имеют меньшую, чем у других установок скорость работы(не более 500 об/мин), но диаметр турбин может достигать 25 метров. Это обусловлено вертикальным расположением генераторов и спецификой их работы. Для вращения турбины используется энергия падающего потока воды.

3 Устройство

Конструкция гидрогенератора определяется, в первую очередь, условиями в которых будет работать электростанция (учитывают напор воды, климат погодные условия и т.д.). Поэтому для каждой ГЭС создаются свои генераторы.

В общем случае гидрогенератор состоит из ротора, статора, крестовины, подпятников и подшипников. Также устанавливаются устройства для охлаждения обмоток.

Рисунок 2 – Ремонт гидрогенератора

4 Характеристики

В настоящее время номинальная мощность гидрогенераторов составляет в среднем 200-400 МВА, частота вращения — 150-400 об/мин, коэффециент мощности – 0,85-0,95.
Ротор имеет большое количество пар полюсов и его диаметр в некоторых случаях может доходить до 16 метров.

Статор (рис.3) располагается внутри специального кожуха и является разборным для упрощения транспортировки и монтирования.

Рисунок 3 – Статор

Напряжение статора влияет на стоимость аппарата. Как правило, оно равно 15-20 кВ.
В качестве систем возбуждения широко применяются системы с тиристорными преобразователями и трехфазными мостовыми системами выпрямления. Системы возбуждения призваны обеспечивать ток и напряжение, которые превышают номинальные не более, чем на 10%.

5 Классификация

По способу расположения:

Чаще используются именно вертикальные гидрогенераторы, т.к. они более устойчивы к нагрузкам, создаваемым потоком воды.
Выделяют два основных типа вертикальных генераторов:

Рисунок 4 – Генераторы подвесного и зонтичного типа

Отличаются в основном расположением подпятника. В подвесных генераторах подпятник опирается на на верхнюю крестовину, расположенную на станине статора.
В зонтичных подпятник расположен под ротором и опирается на нижнюю крестовину облегченной конструкции.

При частотах вращения до 200 об/мин гидрогенераторы выполняются преимущественно в зонтичном исполнении, свыше 200 об/мин – в подвесном. При частотах вращения свыше 250 об/мин вертикальные гидрогенераторы выполняются исключительно в подвесном исполнении.

При зонтичной конструкции иногда удается снизить высоту агрегата и машинного зала за счет облегчения верхней крестовины и этим уменьшить также массу агрегата и расход материалов.

6 Расшифровка условных обозначений

Гидрогенераторы имеют следующие условные обозначения:
СВ — синхронный, вертикальный, с косвенным воздушным охлаждением обмоток статора и ротора;
СВИ — синхронный, вертикальный;
И — условное обозначение станции;
СВО — синхронный, вертикальный, обратимый, т. е. может работать в режиме генератора или электродвигателя;
СВФ — синхронный, вертикальный, форсированный, с непосредственным охлаждением обмотки статора водой и ротора воздухом или водой;
СГ — синхронный, горизонтальный;
СГКВ — синхронный, горизонтальный капсульный с непосредственным охлаждением обмоток статора и ротора водой;
ВГС — вертикальный генератор, синхронный;
ВГСФ — вертикальный генератор, синхронный, форсированный, с непосредственным охлаждением обмотки статора водой и ротора воздухом;
ВГДС — вертикальный генератор-двигатель, синхронный. Цифрой после условного обозначения типа основного исполнения гидрогенератора (ВГС2, СВ1, СВ2 и др.) обозначена его модификация,

После буквенного обозначения серии следует дробное число, числитель которого соответствует наружному диаметру, а знаменатель — длине сердечника статора в сантиметрах. Последние цифры обозначают число полюсов ротора, а следующий за ними индекс указывает на климатическое исполнение и категорию размещения гидрогенератора по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-70 (У — умеренное; ХЛ — холодное; Т — тропическое; ТВ — тропическое влажное).

7 Использование ГЭС

  • Отсутствие вредных выбросов
  • Быстрая окупаемость
  • Долгий срок службы
  • Возможность быстро изменять режимы работы
  • Сложность постройки
  • Зависимость от погодных условий

Заключение

Гидроэнергетика продолжает развиваться, что связано с все сильнее возрастающими нагрузками на электрические сети и необходимостью обеспечивать статическую и динамическую стабильность их работы. Для этого требуется разрабатывать быстроотзывчивые системы возбуждения. При этом опыт многих стран показывает, что полная замена гидрогенераторов может быть экономически выгодна только для машин малой мощности, для остальной же части более целесообразна модернизация действующего оборудования.

Список литературы

1.Мустафин М.А., Шидерова Р.М., Алексеев С.Б., Алмуратова Н.К. – «Электромеханика и электротехническое оборудование. Методические указания к расчетно-графической работе». – Алматы: АУЭС, 2011.
2.Копылов И.П. – «Электрические машины: Учебник для вузов». – 3-е издание, испр. – Москва: Высшая школа, Логос, 2000.
3.ГОСТ 19431-84 «Энергетика и электрификация. Термины и определения»
4.Электрические сети и системы: Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности 10.04 всех форм обучения. — Норильск, 1991.

Источник