Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
1.Дайте определение энергетической системы и всех элементов в нее входящих Основные определения Энергетическая система (энергосистема) состоит из электрических станций, электрических сетей и потребителей электроэнергии, соединенных между собой и связанных общностью режима и общем управлением этим режимом. Электроэнергетическая (электрическая) система – это совокупность электрических частей электростанции, электрических сетей и потребителей электроэнергии, т.е. это часть энергосистемы, за исключением тепловых сетей и тепловых потребителей. Электрическая сеть – это совокупность электроустановок для распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, воздушных и кабельных линий электропередачи. Электрические подстанции – это электроустановка, предназначенная для преобразования электроэнергии одного напряжения или частоты в другое напряжение или частоту. 4.Какие электростанции называются тепловыми? Наибольшая часть электрической энергии, потребляемой в нашей стране, получается за счет сжигания топлив, добываемых из недр земли – уголь, газ, мазут (продукт переработки нефти). При их сжигании химическая энергия топлив превращается в тепловую. Электростанции, преобразующие получающуюся при сжигании топлива тепловую энергию в механическую, а эту последнюю в электрическую, называются тепловыми электрическими станциями (ТЭС). Электростанции, работающие с возможной наибольшей нагрузкой значительную часть года, называются базовыми, электростанции, используемые только в течение части года для покрытия «пиковой» нагрузки, называются пиковыми. Классификация ЭС:
Особенности КЭС: 1. Строятся по возможности ближе к месторождениям топлива. 2. Подавляющая часть энергии отданы в электрические сети повышенных напряжений (110-750 кВ). 3. Работают по свободному (т.е. не связанному с тепловыми потребителями) графику выработки электроэнергии. Мощность их может меняться от расчетного максимума до технологического минимума. 4. Низкоманевренны: разворот турбин и набор нагрузки из холодного состояния требует примерно 3-10 час. 5. Имеют относительно низкий КПД (=3040%). Особенности ГЭС: 1. Строятся там, где есть гидроресурсы и условия для строительства, что обычно не совпадает с местоположением электрической нагрузки. 2. Большую часть энергии отдают в электрические сети повышенных напряжений. 3. Работают по свободному графику (при наличии водохранилищ). 4. Высокоманеврены (разворот и набор нагрузки составляет примерно 3-5 мин). 5. Имеют высокий КПД (≈85%). Солнечные, геотермальные и приливные электростанции На рис. показаны схемы солнечных электростанций с кремниевыми фотоэлементами и паровым котлом. Они рентабельны в странах, где большое число солнечных дней. Ожидается, что КПД солнечных (гелио) ЭС может быть доведен до 20%. Геотермальные ЭС используют дешевую энергию подземных термальных источников Они работают в Исландии, Новой Зеландии, США, Италии (там дают до 6% всей энергии). В России на Камчатке сооружена Паужетская геотермальная ЭС. Приливные ЭС с так называемыми капсульными гидроагрегатами строятся там, где имеется значительный перепад уровней воды во время приливов и отливов. Основное оборудование ЭС Парогенератор (котел) По назначению различают несколько типов котлов, работающих на эл. станциях: Энергетические паровые котлы – они характеризуются высокой единичной производительностью (более 160т/ч) и производят пар, необходимый для выработки эл. энергии Водогрейные (пиковые) котлы –устройства, необходимые для получения горячей воды с давлением выше атмосферного, которая служит для отопления жилых и промышленных зданий Барабан котла служит для: Обеспечения запаса воды; Обеспечение продувки котла, т.е. удаление из питательной воды шлама и солей; Разделения паровой и жидкой фазы По способу циркуляции воды котлы различают: а)С естественной циркуляцией (барабанные); б)Прямоточные с принудительной циркуляцией Режимы энергосистемы и участие электростанций в выработке электроэнергии. Нагрузка электрической системы слагается из следующих составляющих: 1. Нагрузок потребителей. 2.Мощности собственных производственных нужд ЭС. 3. Потерь мощности в сетях. Так как потребление мощности неравномерно как в течение суток, так и в течение года, то нагрузка энергосистемы также неравномерна Достоинство рассматриваемой схемы с одной системой сборных шин: 1. Простота РУ, что практически исключают ошибочные операции с разъединителями. Тем не менее, предусматриваются блокирующие устройства, препятствующие неправильным операциям. 2. Низкая стоимость. Недостатки ее следующие: 1. Профилактический ремонт сборных шин и шинных разъединителей связан с отключением всего устройства на время ремонта: 2. Ремонт выключателей и линейных разъединителей связан с отключением соответствующих присоединений, что нежелательно, а в некоторых случаях недопустимо; 3. Короткое замыкание в зоне сборных шин приводит к полному отключению РУ: 4. То же самое имеет место в случае внешнего замыкания и отказа выключателя соответствующего присоединения Достоинство рассматриваемой схемы с двумя системами сборных шин: 1. возможность поочередного ремонта сборных шин без перерыва в работе присоединений; 2. повышение надежности электроснабжения и ограничение тока к.з.; 3.возможность переключений отдельных присоединений с одной системы сборных шин на другую. Недостатки схемы следующие: 1.при ремонте одной из систем шин снижается надежность РУ 2.при замыкании в шиносоеденительном выключателе отключаются обе системы шин; З.в случае внешнего замыкания и отказа выключателя соответствующего присоединение отключается система шин; 4.сложность РУ; 5.большая вероятность повреждения в зоне сборных шин из-за частых переключений. Схемы сязанных колец могут быть применены при большом числе присоединений. На рисунке представлены два связанных кольца с девятью присоединениями. Общее число выключателей равно десяти. Связь колец способствует повышению надежности РУ. Вероятность отключения неповрежденных ветвей при ремонте выключателей и внешних замыканиях уменьшена. Распределение рабочего тока в кольцах при нормальном режиме более благоприятно. Заземляющим устройством называют совокупность заземлителя - одного или нескольких проводников, заложенных в землю, и заземляющих проводников, при помощи которых металлические части электроустановки соединяются с заземлителем. Преднамеренное электрическое соединение какой-либо части установки с заземлителем называют заземлением. Заземление применяют для осуществления защиты сооружений от прямых ударов молнии, для сохранения на защищаемом объекте низкого потенциала относительно земли при воздействии на объект напряжений, возникающих при грозовых разрядах или при нарушении фазной изоляции. По назначению различают следующие виды заземлений: - грозозащитное заземление - для защиты сооружений, электрооборудования от прямых ударов молнии (молниеотводы) и для заземления объектов в схемах грозозащиты (опоры, разрядники и др.); - рабочее заземление - для обеспечения нормальной работы электроустановки или ее элементов в выбранных режимах (заземление нейтралей силовых трансформаторов в сетях 110 кВ и выше, заземление нейтралей измерительных трансформаторов напряжения в сетях до 35 кВ и др.); - защитное заземление - для создания безопасных условий обслуживания электроустановки (заземление неизолированных металлических частей машин и аппаратов, которые могут оказаться под напряжением при нарушениях изоляции или при коротких замыканиях, заземление станин, кожухов, металлоконструкций распределительных устройств, вторичных обмоток измерительных трансформаторов и др.). Системы и устройства управления позволяют: а) разворачивать, синхронизировать с сетью и включать на параллельную работу с ней генераторы электростанций; б) включать в работу и отключать от сети элементы электрических систем; в)производить переключения в РУ электроустановок, воздействуя на выключатели и разъединители; г) изменять режим работы электроустановки. Системы и устройства сигнализации оповещают дежурный персонал: а) об отклонении режима работы электроустановки или ее элементов от заданного режима; б) о перегрузках оборудования; в) о нарушении изоляции цепей переменного и постоянного тока; г) о неисправности предохранителей в цепях оперативного тока; д) о положении коммутационных аппаратов; КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА Измерение электрических величин на электростанциях и подстанциях производится с помощью показывающих и регистрирующих измерительных приборов, счетчиков, осциллографов и специальных измерительных устройств. Вольтметр Амперметр Частотомер Ваттметр Варметр Фазометр Синхроноскоп |
2.Основные параметры электроэнергии. Характеристики энергосистем Частота во всех точках электрически связанных сетей одинакова Равенство потребляемых и вырабатываемых мощностей Напряжение в различных узлах сетей неодинаково Преимущества объединения энергосистем Повышение надежности энергоснабжения Повышение устойчивости работы энергосистем Улучшение технико-экономических показателей энергосистем Стабильное качество электроэнергии Уменьшение требуемого резерва мощности Улучшаются условия загрузки агрегатов благодаря выравниванию графика нагрузки и снижению максимума нагрузки энергосистемы. Появляется возможность более полного использования генерирующих мощностей Э.С., обусловленная различием в их географическом положении по широте и долготе. Оперативное управление энергосистемами осуществляется их диспетчерскими службами, устанавливающими на основании соответствующих расчетов оптимальный режим работы электростанций и сетей различного напряжения. Электрическая часть ЭС Электрические станции (ЭС) представляют собой сложные технологические комплексы с общим числом основного и вспомогательного оборудования. Основное оборудование служит для производства, преобразования, передачи и распределения электроэнергии, вспомогательное – для выполнения вспомогательных функций (измерение, сигнализация, управление, защита и автоматика и т.д.). Взаимное соединение различного оборудования покажем на упрощенной принципиальной электрической схеме ЭС со сборными шинами генераторного напряжения Особенности ТЭЦ: 1. Строятся вблизи потребителей тепловой энергии. 2. Обычно работают на привозном топливе. 3. Большую часть вырабатываемой электроэнергии выдают потребителям ближайшего района. 4. Работают по частично вынужденному графику выработки электроэнергии (т.е. график зависит от теплового потребителя). 5. Низкоманеврены (как и КЭС). 6. Имеют более высокий КПД до 6070% Особенности АЭС: 1.Могут сооружаться в любом географическом месте, в том числе и труднодоступном. 2. Требуют малого количества топлива. 3. Слабо загрязняют атмосферу. Парогазовая электростанция (ПГЭС) Парогазовая электростанция (ПГЭС) включает в себя по сути две установки: ГТУ и паротурбинную, работающую по конденсационному или теплофикационному циклу. В ПГЭС полнее используется энергия продуктов сгорания ГТУ, так как кроме выработки электрической энергии они еще подогревают питательную воду, подаваемую в паровой котел. Дизельные и ветроэлектростанции Основным элементом является дизель-генератор, состоящий из двигателя внутреннего сгорания ДВС и генератора переменного тока Г. Дизельные станции мобильны, автономны, поэтому широко используются в труднодоступных районах, а также для снабжения сельскохозяйственных потребителей. В настоящее время дизель-генераторы используются в качестве резервных аварийных источников питания систем собственных нужд АЭС и крупных ГРЭС. Ветроэлектростанции небольшой мощности используются в качестве источников энергии в сельских местностях, в труднодоступных районах, на метеорологических станциях и в других местах, где стабильно удерживается ветряная погода. Режимы потребления электрической энергии Различают следующие основные группы потребителей энергии: 1.Промышленные предприятия. 2.Строительство. 3.Электрофицированный транспорт. 4.Сельское хозяйство. 5.Бытовые потребители и сфера обслуживания городов и рабочих поселков. 6.Собственные нужды Э.С. Синхронный генератор Для производства электроэнергии используется трехфазный синхронный генератор переменного тока. Частота вращения ротора генератора совпадает с частотой вращения турбины. На ТЭС частота вращения = 3000 об/мин, на АЭС – = 1500об/мин и 60 – 600 об/мин на ГЭС. Турбогенераторы имеют горизонтальное исполнение, диаметр ротора около 1м, длина до 6,5м. К обмоткам машины подается охлаждающее вещество. По способу отвода тепла различают косвенное охлаждение и непосредственное. В первом случае охлаждение происходит через изоляцию, во втором охлаждающее вещество соприкасается с обмотками. В качестве охлаждающего вещества может использоваться воздух, вода, масло серии ТМ или водород. Наиболее предпочтительным является водяное охлаждение. Гидрогенераторы имеют вертикальное исполнение, диаметр ротора до 16м, диаметр статора до 22м, длина 6,5м. На роторе у синхронной машины устанавливается обмотка возбуждения. К вспомогательному оборудованию станции относятся питательные, конденсационные, циркуляционные насосы, тягодутьевые механизмы, в качестве привода которых используются мощные асинхронные двигатели, дымовые трубы, конденсаторы, деаэраторы, градирни. (назначение см. в практических занятиях). Простая кольцевая схема РУ Схемы этого типа называют также «схемами многоугольников». Как видно из рисунка, концы шин соеденены между собой, т.е. замкнуты в кольцо. Достоинства схемы: 1. Внешнее замыкание в любом присоединении отключается двумя выключателями. При этом кольцо размыкается, но все ветви, кроме поврежденной, остаются в работе. 2. Замыкание в зоне сборных шин (участки между выключателями) равносильно замыканию на ответвлении и приводит к отключению только одного присоединения. Недостатки схемы: 1. При размыкании кольца, внешнее замыкание может привести к отключению вместе с поврежденной ветвью также соседней неповрежденной ветви. 2. Нарушение связи между частями кольца из-за замыкания на линии в период ремонта выключателей может вызвать в зависимости от схемы сети частичное нарушение электроснабжения.. Нейтралями электроустановок называют общие точки обмоток генераторов или трансформаторов, соединенных в звезду. В зависимости от режима нейтрали электрические сети разделяют на четыре группы: 1) сети с незаземленными нейтралями; 2) сети с резонансно-заземленными нейтралями; 3) сети с эффективно-заземленными нейтралями; 4) сети с глухозаземленными нейтралями. ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ При сооружении заземляющих устройств используются естественные заземлители: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы; металлические конструкции и арматура железобетонных зданий, имеющих соединение с землей и др. При невозможности обеспечить достаточную величину сопротивления заземления при помощи естественных заземлителей сооружают искусственные заземлители специально выполненные для проведения в землю расчетного тока в течение определенного времени, которые обычно выполняют из вертикально забитых в грунт стальных труб или уголковой стали длиной 2 - 3 м на расстоянии 3 - 6 м друг от друга. Трубы забивают в грунт так, чтобы их верхний конец находился примерно на 0,7 м ниже уровня земли, чтобы большая часть трубы соприкасается с непромерзающими слоями почвы. Трубы при помощи сварки соединяют стальными полосами, проложенными на глубине 0,7 м. Такой тип заземлителя часто применяют на электростанциях и подстанциях. Внутреннюю сеть заземления выполняют в виде магистралей заземления, проложенных во всех помещениях и этажах и связанных между собой вертикальными проводниками. В качестве заземляющих проводников используют металлоконструкции зданий, оболочки кабелей, трубопроводы и др. Открыто проложенные заземляющие проводники (полосы, провода) окрашивают в черный цвет. Системы и устройства контроля позволяют контролировать: а) режим работы элементов электроустановок (генераторов, синхронных компенсаторов, трансформаторов, электродвигателей, линий электропередачи, реакторов и т. п.), наличие перегрузок, допустимость перехода от одного режима к другому; б) положение коммутационных аппаратов (выключателей, разъединителей и т. д.); в) параметры режима электрической системы (напряжение в узлах, токи цепей, частоту в сети, температуру различных частей электрооборудования и т. д.); г) состояние изоляции силовых цепей переменного тока; д) состояние изоляции цепей оперативного тока; ЩИТЫ УПРАВЛЕНИЯ Контрольно-измерительные приборы, устройства управления и сигнализации на электрических станциях и подстанциях обычно располагаются на щитах управления. Последние сооружаются, как правило, в отдельных помещениях. С помощью так называемых контрольных кабелей приборы и устройства щитов управления соединяются с управляемыми или контролируемыми объектами, образуя собственно цепи и системы управления, контроля и сигнализации. На электростанциях малой и средней мощности, как правило, выполняется один главный щит управления (ГЩУ) и несколько местных агрегатных щитов (местные щиты котла, турбины, генератора и т. п.). На электростанциях большой мощности, выполненных по блочным схемам, помимо главного (или центрального) щита управления сооружаются также блочные щиты управления (БЩУ), обычно по одному на два смежных блока |
3. Какие источники энергии относятся к природным источникам Источники энергии Существуют возобновляемые и невозобновляемые источники энергии. Естественные (природные) источники, из которых энергия черпается для приготовления ее в нужных видах для различных технологических процессов, называются энергетическими ресурсами. Различают следующие виды основных энергетических ресурсов: а) химическая энергия топлива; б) атомная энергия; в) водная энергия (то есть гидравлическая); г) энергия излучения солнца; д) энергия ветра. е) энергия приливов и отливов; ж) геотермальная энергия. Первичный источник энергии или энергоресурс (уголь, газ, нефть, урановый концентрат, гидроэнергия, солнечная энергия и т.д.) поступает в тот или иной преобразователь энергии, на выходе которого получается или электрическая энергия, или электрическая и тепловая энергия. Если тепловая энергия не вырабатывается, то необходимо применение дополнительного преобразователя энергии из электрической в тепловую Про шины Вырабатываемая генератором электроэнергия поступает на сборные шины СШ и затем распределяется между собственными нуждами СН, нагрузкой генераторного напряжения НГ и энергосистемой: 1. Выключатели Q – для включения и отключения цепи в нормальных и аварийных режимах. 2. Разъединители QS – для снятия напряжения с обесточенных частей электроустановки и для создания видимого разрыва цепи, необходимого при производстве ремонтных работ. Разъединители, как правило, являются ремонтными, а не оперативными элементами. 3. Сборные шины СШ – для приема электроэнергии от источников и распределения ее между потребителями. 4. Устройства релейной защиты РЗ – для обнаружения факта и места повреждения в электроустановке и для выдачи команды на отключение поврежденного элемента. 5. Устройства автоматики А – для автоматического включения или переключения цепей и устройств, а также для автоматического регулирования режимов работы элементов электроустановки. 6. Измерительные приборы ИП – для контроля за работой основного оборудования ЭС и за качеством энергии, а также для учета вырабатываемой и отпущенной электроэнергии. 7. Измерительные трансформаторы тока TA и напряжения TV. Газотурбинные электростанции В основе газотурбинной электростанции лежит газотурбинная установка (ГТУ), по принципу работы схожая с авиационным газотурбинным двигателем. Рабочим телом ГТУ являются продукты сгорания топлива. Процесс осуществляется следующим образом: воздух нагнетается из окружающей среды с помощью компрессора в камеру сгорания. Туда же подается топливо. В камере сгорания происходит воспламенение и горение топлива. То есть химическая энергия горения преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания. Температура продуктов сгорания составляет 800 С. Далее продукты сгорания с высоким давлением и температурой поступают в турбину, где, расширяясь и охлаждаясь, отдают энергию колесу турбины, приводя его во вращение. Часть механической энергии вращения колеса турбины затрачивается на привод воздушного компрессора и топливного насоса, но основная передается генератору для преобразования в электрическую. Пусковой двигатель М необходим для начального разгона и запуска газотурбинной установки. Паровая турбина – это тепловой двигатель, в котором внутренняя энергия водяного пара превращается в механическую энергию вращения. Совокупность неподвижных частей турбины называют статором, а подвижных – ротором. Все современные паровые турбины – многоступенчатые. Ступень турбины – совокупность неподвижного ряда, укрепленных на статоре сопловых лопаток, в каналах между которыми ускоряется поток пара и ряда рабочих лопаток, в которых энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора. Классификация отечественных паровых турбин К – конденсационная турбина – весь пар, кроме отборов на подогрев, протекает через проточную часть и поступает в конденсатор Т – конденсационная турбина с теплофикационным отбором пара П – конденсационная турбина с промышленным отбором пара ПТ - конденсационная турбина с промышленным и теплофикационным отборами пара Р – турбина с противодавлением – Эл схемы распред устр-в Распределительные устройства станций, подстанций характеризуются номинальным напряжением, числом и мощностью присоединенных генераторов: трансформаторов, мощностью, выдаваемой в сеть и режимом работы. Сборные шины могут быть выполнены одиночными или двойными, часто предусматривают третью вспомогательную систему шин. Присоединения источников энергии к сборным шинам выполняют различно. Отношение числа выключателей к числу присоединений лежит в пределах от 1 до 2. При малом числе присоединений применение получили упрощенные схемы. Полуторная схема, имеет следующие преимущества: 1. Ревизия любого выключателя или системы шин производится без нарушения работы присоединений и с минимальным числом операций при выводе этих элементов в ремонт. 2. Разъединители используются только при ремонте (обеспечение видимого разрыва до элементов РУ, находящихся под напряжением). 3. Обе системы шин могут быть отключены одновременно без нарушения работы присоединений. К недостаткам полуторной схемы относят: 1. большое число выключателей и трансформаторов тока, 2. усложнение релейной защиты присоединений 3. выбор выключателей и всего остального оборудования на удвоенные номинальные токи. К основному (искусственному) заземлителю присоединяют: 1. Вспомогательные (естественные) заземлители. 2. Нейтрали генераторов, трансформаторов, подлежащие заземлению в соответствии с принятой системой рабочего заземления. 3. Разрядники и молниеотводы. 4. Металлические части электрооборудования, нормально не находящегося под напряжением изоляции. 5. Вторичные обмотки измерительных трансформаторов, нейтрали обмоток 380/220 В силовых трансформаторов. Трехфазные сети с незаземленными нейтралями При замыкании на землю напряжение неповрежденных фаз относительно земли увеличивается в раз по сравнению с нормальным значением, поэтому изоляция в сетях с незаземленной нейтралью должна быть рассчитана на междуфазное напряжение. Это ограничивает область использования этого режима работы нейтрали сетями с напряжением 35 кВ и ниже, где стоимость изоляции электроустановок не является определяющей и некоторое ее увеличение компенсируется повышенной надежностью питания потребителей. Недостатки:
В России к данной группе относятся сети напряжением 3—35 кВ. Трехфазные сети с резонансно-заземленными нейтралями В сетях 3—35 кВ для уменьшения тока замыкания на землю применяется заземление нейтралей через дугогасящие катушки, индуктивное сопротивление которых соответствует емкостному сопротивлению цепи. В нормальном режиме работы ток через катушку практически равен нулю. При пробое изоляции емкостной ток Iс в месте повреждения компенсируется индуктивным током IL дугогасящих реакторов, что способствует погасанию дуги, поэтому реакторы называются дугогасящими. Если дуга не возникает, то компенсация емкостного тока позволяет замедлить процесс разрушения изоляции и тем самым отдалить переход повреждения в междуфазное короткое замыкание на время, достаточное для отыскания поврежденного участка и его отключения. Трехфазные сети с глухо- и эффективно-заземленными нейтралями Глухое заземление нейтрали применяется в России в сетях 220 и 380 В. При этом все нейтрали источников питания соединяются с землей. В сетях 110 кВ и выше применяется эффективное заземление нейтралей, при котором во время однофазных замыканий напряжение на неповрежденных фазах равно примерно 0,8 междуфазного напряжения в нормальном режиме работы. Это основное достоинство такого способа заземления нейтралей. Недостатки: 1. при замыкании одной из фаз на землю образуется короткозамкнутый контур через землю и нейтраль, вследствие чего возникает режим к. з., который быстро отключается релейной защитой. 2. значительное удорожание и усложнение выполняемого в РУ контура заземления, который должен отвести на землю большие токи к. з. 3. значительный ток однофазного к. з. СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ На электрических станциях и подстанциях применяют звуковую и световую сигнализацию различного исполнения. Различают следующие типы сигнализации: положения аппаратов, предупреждающая, аварийная, фиксирующая, командная. Сигнализация положения показывает положение выключателей и разъединителей. Сигнализация положения выключателей выполняется с использованием сигнальных ламп Горение красной лампы показывает, что выключатель включен, а горение зеленой лампы — что он отключен. |