Раздел 2. Электрооборудование электростанций
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ И ПОДСТАНЦИИ
Рабочая программа, методические указания,
задания на контрольные работы и курсовую работу
для студентов
направления 140400.62 – Электроэнергетика и электротехника,
профили:
Электрические станции
Электроснабжение
ГУРНИНА ЕЛЕНА ВАЛЕРЬЕВНА
СЕДНЕВ АЛЕКСЕЙ МИХАЙЛОВИЧ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ И ПОДСТАНЦИИ
Рабочая программа, методические указания,
задания на контрольные работы и курсовую работу
Компьютерная верстка
МАМИ, 2015
ВВЕДЕНИЕ
Настоящая рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования (направление подготовки 140400.62 – Электроэнергетика и электротехника.
Дисциплина «Электрические станции и подстанции» составляет часть общего курса «Электроэнергетика» и является введением в специальность для студентов, специализирующихся в электрической части электростанций.
Целью изучения дисциплины является формирование у студентов базовых знаний об электрической части электрических станций различных типов.
Задачей изучения дисциплины является усвоение студентами наиболее общих принципов построения принципиальных схем станций, схем распределительных устройств, главных электрических схем, схем рабочего и резервного питания собственных нужд станций; состава, назначения и характеристик силового электрооборудования; общих вопросов управления на электростанциях.
Выполнение контрольных работ и курсовой работы дает студентам практические навыки по выбору основного и вспомогательного оборудования и проектированию главных электрических схем промышленных тепловых станций.
Согласно учебному графику студентам необходимо выполнить (и защитить) одну лабораторную работу, две контрольные работы, курсовую работу и сдать экзамен.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Рожкова Л.Д., Карнеева Л.К., Чиркова Т.В. Электрооборудование электрических станций и подстанций: Учебник для сред. проф. образования 2-е изд. М.: Издательский дом « Академия», 2004.
2. Балаков Ю.Н., Мисриханов М.Ш., Шунтов А.В. Проектирование схем электроустановок: Учебное пособие для вузов.- 2-е изд., стереот.- М.: Издательский дом МЭИ, 2006.
Дополнительная
3. Справочник по проектированию электрических сетей, под ред. Д.Л.Файбисовича.-3-е изд., перераб. и доп..-М.: ЭНАС, 2009.-392 с.
4. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. 4-е изд. М.. 1989.
5. Расчет коротких замыканий и выбор электрооборудования: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений/ И.П.Крючков, Б.Н.Неклепаев, В.А.Старшинов и др.; Под ред. И.П.Крючкова и В.А.Старшинова.-М.: Издательский центр «Академия», 2005.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Раздел 1. Общие сведения об электрических станциях
Основные типы электростанций (ТЭЦ, КЭС, АЭС, ГЭС), их краткая характеристика и роль в выработке электрической и тепловой энергии. Основные технико-экономические показатели. Условия работы и принципиальные технологические схемы станций различного типа.
Современные тенденции в использовании и развитии отдельных типов станций.
Методические указания
По роду использования первичной энергии все основные станции разделяются на тепловые (ТЭС), атомные (АЭС), гидростанции (ГЭС). Тепловые станции, в свою очередь, подразделяются на теплофикационные (теплоэлектроцентрали ТЭЦ) и конденсационные (КЭС). Крупные КЭС, обслуживающие потребителей больших районов страны, получили название (больше экономическое, чем техническое) – государственные районные электростанции (ГРЭС).
Изучая особенности, характеристики и технико-экономические показатели станций, следует обратить внимание на их назначение, место сооружения, влияние на окружающую среду, установленные мощности станций, единичные мощности применяемых агрегатов, КПД и т.д. Например, ТЭЦ предназначена для производства как тепловой, так и электрической энергии. Они строятся вблизи потребителей тепла. Часть электроэнергии распределяется на напряжение 6-10 кВ. Избыток мощности выдается в энергосистему на повышенном напряжении. Единичная мощность агрегатов 2-250 МВт. Данные станции наиболее экономичны (КПД = 60-70%). КЭС сооружаются по возможности ближе к местам добычи топлива и естественного источника водоснабжения. Предназначены для выработки только электрической энергии с выдачей ее в сети повышенных напряжений (110 -1150 кВ). Единичная мощность агрегатов 200-1200 МВт. Станции менее экономичны, чем ТЭЦ (КПД = 32-40%).
Технологию процесса производства электроэнергии рекомендуется изучать, используя принципиальные технологические схемы [1], где указано основное оборудование (котел, турбина, конденсатор и пр.) и показаны упрощенные технологические связи. Следует отметить важность усвоения материала данного раздела, поскольку принципы выполнения технологической части станции находят свое отражение в принципах построения электрических схем станции.
Контрольные вопросы
1. Расшифруйте сокращенные названия основных типов станций: ГРЭС, КЭС, ТЭЦ, ГЭС, ГАЭС, ГТУ.
2. Проведите сравнительный анализ основных характеристик ТЭЦ и КЭС.
3. Почему КПД станции типа ТЭЦ выше, чем у станции типа КЭС?
4. В чем принципиальное различие технологических схем станций типа КЭС?
Раздел 2. Электрооборудование электростанций
Классификация электрооборудования электростанций. Основное электрооборудование. Синхронные генераторы. Конструктивные особенности. Способы охлаждения. Общие сведения о системах возбуждения. Назначение и принципы работы устройств регулирования возбуждения, гашение поля. Основные параметры генераторов.
Защита генераторов от ненормальных и аварийных режимов. Защита изоляции генераторов от перенапряжений.
Силовые трансформаторы, их классификация и основные параметры. Системы охлаждения трансформаторов. Способы заземления нейтрали трансформаторов. Нагрузочная способность, допустимые систематические и аварийные перегрузки. Автотрансформаторы, режимы их работы и особенность применения.
Защита трансформаторов и автотрансформаторов от аварийных режимов. Защита изоляции трансформаторов от перенапряжений.
Электрические аппараты и токоведущие части. Классификация электрических аппаратов и их назначение.
Высоковольтные выключатели: классификация. Способы гашения дуги. Область применения отдельных типов выключателей.
Разъединители, отделители, короткозамыкатели, заземлители: назначение, конструктивные особенности.
Измерительные трансформаторы тока и напряжения. Назначение, погрешности, классы точности измерительных трансформаторов.
Плавкие предохранители, разрядники, ограничители перенапряжения: назначение, конструктивные особенности.
Токоограничивающие реакторы. Одинарные реакторы, сдвоенные реакторы; их основные свойства и параметры.
Проводники и изоляторы. Шинные конструкции и токопроводы, их виды и области применения. Комплектные пофазноэкранированные токопроводы.
Методические указания
Все силовое электрооборудование первичных цепей электростанций можно подразделить на три основные группы: основное оборудование, электрические аппараты и токоведущие части.
К основному оборудованию относятся синхронные генераторы, силовые трансформаторы и электродвигатели собственных нужд.
Материал, посвященный синхронным генераторам, приводится в [1, 4, 5]. При изучении данной дисциплины студенты получают наиболее общие сведения о синхронных генераторах. Рекомендуется уделить внимание наиболее распространенной конструкции генераторов – турбогенераторам, применяемых на тепловых и атомных электростанциях.
Во время работы генератора его обмотки и магнитопровод нагреваются. Для отвода тепла используются специальные системы охлаждения. При рассмотрении конструкции генераторов следует изучить особенности исполнения двух основных систем охлаждения – косвенной (поверхностной) и непосредственной (внутрипроводниковой).
Для питания обмотки ротора постоянным током используются специальные источники, называемые возбудителями. При изучении способов возбуждения необходимо рассмотреть упрощенные схемы наиболее распространенных систем: электромашинных (в качестве возбудителя – генератор постоянного тока); вентильных (высокочастотных, бесщеточных, тиристорных) независимых и самовозбуждения.
При классификации силовых трансформаторов следует учитывать такие показатели, как: количество фаз; число обмоток; способы охлаждения и вид охлаждающей среды; способы регулирования напряжения; направление передаваемой мощности; схемы и группы соединения обмоток. При соединении обмоток в звезду образуется нейтральная точка - нейтраль. Применение получили несколько способов заземления нейтрали. В сетях с уровнем напряжения до 1000 В – глухозаземленная нейтраль. В сетях 6-35 кВ - незаземленная или компенсированная. В сетях 110-1150 кВ – эффективно-заземленная, причем, при 110-220 кВ возможно частичное разземление нейтралей, а при 330-1150 кВ нейтраль замыкается напрямую, либо через небольшое активное или реактивное сопротивление.
Автотрансформаторы характеризуются наличием электрической связи между основными обмотками. Широкое использование автотрансформаторов обусловлено рядом их технико-экономических преимуществ перед трансформаторами: меньше габариты, меньше потери, меньше стоимость. Однако применение автотрансформаторов имеет ограничения: они могут применяться только для связи эффективно-заземленных сетей; широкое распространение автотрансформаторов приводит к росту токов КЗ.
Материал, посвященный электрическим аппаратам, изложен достаточно подробно в рекомендованной литературе [1,5].
При изучении электрических аппаратов следует ознакомиться с их назначением и конструкцией. Особое внимание рекомендуется уделить основным коммутационным аппаратам – выключателям. Необходимо изучить классификацию выключателей, их основные параметры, способы гашения дуги и условия выбора выключателей.
Контрольные вопросы
1. В чем различие между систематическими и аварийными перегрузками?
2. Укажите преимущества автотрансформатора перед трансформаторами.
3. Перечислите основные способы гашения дуги переменного тока в выключателях.
4. Поясните назначение следующих коммутационных аппаратов: выключателей, разъединителей, отделителей.
5. Поясните, что означает класс точности измерительных трансформаторов?
6. Какие преимущества имеют сдвоенные реакторы по сравнению с одинарными?