Электрооборудование станций и подстанций

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

Казанский (приволжский) федеральный университет

Набережно-Челнинский институт (филиал)

Кафедра «Электроэнергетика и электротехника»

Контрольная работа

по дисциплине «Введение в инженерное дело»

на тему:

Электрооборудование станций и подстанций

Выполнил: Исхаков А.Н.

Студент группы 2162205

Проверил: ст. преп. Хафизов А.А.

Набережные Челны - 2016



Содержание

Введение

1. Электрическая станция

2. Основное оборудование электростанций

3. Электрическая подстанция

4. Основные элементы подстанций

Заключение

Список используемой литературы



Введение

Производство и передача электроэнергии осуществляется посредством энергосистемы, которая связывает в себя электростанции и конечных потребителей, в единую, структурированную систему, о которой и пойдет речь в сегодняшней статье. В нашей стране, существует 6 энергосистем, в составе которых функционируют 74 районные системы. Давайте разберемся с терминологией.

Энергоэлектрическая сеть - совокупность систем для передачи электрической энергии от источника ее производства, до конечного потребителя. В ее состав входят:

- электрические станции;

- подстанции;

- распределительные устройства;

- токопроводы;

- линии электропередачи.

Энергосистема предназначена для производства и передачи электроэнергии, а это значит, что на нее возложена огромная ответственность, так как от работы этой системы зависит функционирование большинство аспектов человеческой жизни и деятельности. Все это заставляет предъявлять в энергосистеме достаточно высокие требования, и первое требование, безусловно - это надежность и живучесть. Для того, чтобы добиться высокой живучести, необходимо использовать только самые крепкие материалы, которые способны выдержать большинство поражающих факторов. Наряду с использованием надежных материалов, требуется обеспечить им максимально - быстрый ремонт. Ну и конечно же, энергосеть должна быть экономичной, чтобы ее сооружение было экономически целесообразным. Для повышения экономичности, необходимо использовать типовые детали, которые можно изготавливать в больших количествах. Сами материалы, ни в коем случае не должны быть дефицитными, так как недостаток товара на рынке приводит к его удорожанию. Вся сеть должна иметь возможность дальнейшей модернизации, без демонтажа системы. В идеале, вся модернизация должна происходить без какого-либо прерывания в подачи электричества. [1]



1. Электрическая станция

Электрическая станция (электростанция) - совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории. Существует множество типов электростанций. Отличия заключаются в технических особенностях и исполнении, а также в виде используемого источника энергии. Несмотря на все различия, большинство электростанций используют для своей работы энергию вращения вала генератора. Станции разных типов объединены в Единую энергетическую систему, позволяющую рационально использовать их мощности, снабжать всех потребителей. [2]

Атомная станция (АЭС) - ядерная установка, использующая для производства энергии (чаще всего электрической) ядерный реактор (реакторы), комплекс необходимых сооружений и оборудования. [3]

Рис. 1. Атомная электростанция

Газотурбинная электростанция - современная высокотехнологичная установка, генерирующая электричество и тепловую энергию. Основу газотурбинной электростанции составляют один или несколько газотурбинных двигателей - силовых агрегатов, механически связанных с электрогенератором и объединенных системой управления в единый энергетический комплекс. Газотурбинная электростанция может иметь электрическую мощность от двадцати киловатт до сотен мегаватт. Она способна также отдавать потребителю значительное количество (вдвое больше электрической мощности) тепловой энергии, если установить на выхлопе турбины котёл-утилизатор; в этом случае установка называется ГТУ-ТЭЦ. В компрессор (1) газотурбинного силового агрегата подается чистый воздух.

Под высоким давлением воздух из компрессора направляется в камеру сгорания (2), куда подается и основное топливо - газ. Смесь воспламеняется. При сгорании газовоздушной смеси образуется энергия в виде потока раскаленных газов. Этот поток с высокой скоростью устремляется на рабочее колесо турбины (3) и вращает его. Вращательная кинетическая энергия через вал турбины приводит в действие компрессор и электрический генератор (4). С клемм электрогенератора произведенное электричество, обычно через трансформатор, направляется в электросеть, к потребителям энергии. [4]

Рис. 2. Схема газотурбинной электростанции

Жидкотопливная электростанция - стационарная или подвижная энергетическая установка, оборудованная одним или несколькими электрическими генераторами с приводом от дизельного (бензинового) двигателя внутреннего сгорания. [5]



Рис. 3. Дизель-генераторная электростанция

Твердотопливные электростанции - это электростанции, работающие на твердых видах топлива, таких как уголь, торф, сланец, дерево. [6]

Рис. 4. Твердотопливная электростанция

Гидроэлектростанция (ГЭС) - электростанция, использующая в качестве источника энергии энергию водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа. [7]

Рис. 5 Схема плотины гидроэлектростанции

Ветроэлектростанции, они же ветрогенераторы - это специальные устройства, преобразующие энергию ветра в электрическую энергию. Ветряные электростанции производят электричество за счет энергии перемещающихся воздушных масс - ветра. [8]

Рис. 6. Ветроэлектростанция

Геотермальная электростанция (ГеоЭС или ГеоТЭС) - вид электростанций, которые вырабатывают электрическую энергию из тепловой энергии подземных источников (например, гейзеров). Геотермальная энергия - это энергия, получаемая из природного тепла Земли. Достичь этого тепла можно с помощью скважин. [9]

Рис. 7. Схема геотермальной электростанции

Солнечная электростанция - инженерное сооружение, преобразующее солнечную радиацию в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции. [10]

Рис.8. Схема солнечной электростанции

2. Основное оборудование электростанций

К основному оборудованию электростанций можно отнести:

· генераторы;

· турбины;

· котлы;

· трансформаторы;

· распределительные устройства;

· двигатели;

· выключатели;

· разъединители;

· линии электропередач;

· средства автоматики и релейной защиты [11]

Генераторы. Гидрогенератор предназначен для выработки электроэнергии при непосредственном сопряжении с гидравлической радиально-осевой турбиной. Выполнен гидрогенератор в подвесном исполнении с расположением подпятника на верхней крестовине и двумя направляющими подшипниками, размещенными в зоне верхней и нижней крестовин. Изоляция роторной и статорной обмоток - класса F. Охлаждение гидрогенератора - воздушное. Система возбуждения - тиристорная. Подпятник гидрогенератора - на гидравлической опоре с самоустанавливающимися сегментами и рассчитан на нормальную работу при нагрузке от веса вращающихся частей гидрогенератора, турбины и реакции воды. [12]

Рис. 9. Гидрогенератор Братской ГЭС

Типичный генератор тепловой электростанции (ТЭС) приводится во вращение непосредственно паровой турбиной, которая совершает 3000 оборотов в минуту. В генераторах такого типа магнит, который называют также ротором, вращается, а обмотки (статор) неподвижны. Система охлаждения предупреждает перегрев генератора.

Рис. 10. Схема типичного генератора ТЭС

Турбины ТЭС, АЭС. Современная энергетика основывается на централизованной выработке электроэнергии. Генераторы электрического тока, устанавливаемые на электрических станциях, в подавляющем большинстве приводятся паровыми турбинами. Доля электроэнергии, производимой в нашей стране тепловыми и атомными электростанциями, где применяются паровые турбины, составляет 83-85%. Таким образом, паровая турбина является основным типом двигателя на современной тепловой электростанции и в том числе на атомной. Паровая турбина получила также широкое распространение в качестве двигателя для кораблей военного и гражданского флота. Паровые турбины применяются, кроме того, для привода различных машин - насосов, газодувок и др. Типичная паровая турбина содержит две группы лопаток. Пар высокого давления, поступающий непосредственно из котла, входит в проточную часть турбины и вращает рабочие колеса с первой группой лопаток. Затем пар подогревается в пароперегревателе и снова поступает в проточную часть турбины, чтобы вращать рабочие колеса с второй группой лопаток, которые работают при более низком давлении пара.

Рис. 11. Схема турбины электростанции

распределительный оборудование аппаратура электростанция

Котлы. Мазутный, угольный или газовый котел. Котел заполнен причудливо изогнутыми трубками, по которым проходит нагреваемая вода. Сложная конфигурация трубок позволяет существенно увеличить количество переданной воде теплоты и за счет этого вырабатывать намного больше пара. [13]

Рис. 12. Схема газового котла теплоэлектростанции

Трансформаторы. Передача электроэнергии в основном сопровождается существенными потерями, которые связаны с нагревом проводов линий электропередачи током. Часть энергии расходуется на нагрев проводов, так что при большой длине линии передача электроэнергии может стать экономически невыгодной. Поэтому нужно уменьшать силу тока, что при заданной передаваемой мощности приводит к необходимости увеличения напряжения. Чем длиннее линия электропередачи, тем выгоднее применять большие напряжения (на некоторых напряжение достигает 500 кВ). Генераторы переменного тока выдают напряжения, которые не могут быть больше 20 кВ (что связано со свойствами используемых изоляционных материалов). Поэтому на электростанциях ставят повышающие трансформаторы, которые увеличивают напряжение и во столько же раз уменьшают силу тока. Для подачи потребителям электроэнергии необходимого (низкого) напряжения на концах линии электропередачи ставят трансформаторы понижающие. Понижение напряжения обычно производится поэтапно. [14]

Рис. 13. Схема повышения и поэтапного понижения электроэнергии трансформаторами

Распределительные устройства. Распределительное устройство (РУ) - электроустановка, служащая для приёма и распределения электрической энергии одного класса напряжения.



Рис. 14. Основной повышающий блочный трансформатор

Распределительное устройство содержит набор коммутационных аппаратов, вспомогательные устройства РЗиА и средства учёта и измерения.

Распределительные устройства электростанций, подстанций, как правило, позволяют создавать различные схемы электрических соединений. Эти условия обеспечиваются в первую очередь за счет использования всех систем шин (секций) в качестве рабочих с равномерным распределением элементов схемы по системам шин (секциям) и установкой соответствующих селективных релейных защит. В распределительном устройстве электростанции или подстанции объединены электрические цепи всех основных агрегатов: генераторов, трансформаторов, линий. При повреждении в распределительном устройстве нарушается работа одного или сразу нескольких основных агрегатов. Поэтому к эксплуатации распределительных устройств предъявляют высокие требования. [15]

Разъединители. Разъединителями называют коммутационные аппараты, предназначенные для отключения и включения цепей без тока и для создания видимого разрыва в воздухе. Уровень изоляции этого разрыва (промежутка) должен соответствовать максимальному импульсному напряжению при полной волне. По конструкции различают рубящие, поворотные, качающиеся, катящиеся и пантографические разъединители. Насколько прост принцип действия разъединителей, настолько высокие требования предъявляются к их эксплуатационной надежности.

Рис. 15. ОРУ Балаковской АЭС

Это объясняется многочисленностью этих аппаратов в каждой установке высокого напряжения и важным местом, занимаемым ими в электрической схеме станций и подстанций. По меньшей мере две трети всех разъединителей подключены к сборным шинам и к воздушным и кабельным линиям, отходящим от подстанции. Поэтому надежность работы всей установки прямо зависит от надежности работы разъединителей. [16]

Рис. 16. Пантографический разъеденитель

Линии электропередач. Линия электропередачи (ЛЭП) - сооружение, состоящее из проводов или кабелей, а также опорных, изолирующих и вспомогательных устройств, предназначенное для передачи и распределения электроэнергии. Различают воздушные ЛЭП с неизолированными проводами, которые подвешивают над поверхностью земли (воды) на опорах с помощью изоляторов, и подземные (подводные) ЛЭП с электрическими кабелями, прокладываемыми под землёй или под водой. Напряжение ЛЭП определяется её протяжённостью и передаваемой по ней мощностью. Наибольшее распространение получили воздушные ЛЭП переменного тока.

Различают магистральные ЛЭП и распределительные. Магистральные ЛЭП напряжением 220 кВ и выше служат для передачи электроэнергии от мощных электростанций, а также для связи между энергосистемами и электростанциями внутри системы; распределительные ЛЭП (35-150 кВ) - для распределения электроэнергии и электроснабжения потребителей крупных районов; линии напряжением 20 кВ и ниже - для подвода электроэнергии к потребителям. Воздушные ЛЭП постоянного тока (обычно сверхвысокого напряжения) применяют для связи между энергосистемами, работающими несинхронно или с разными частотами, а также для повышения устойчивости работы энергосистемы, для передачи большой мощности на сверхдальние расстояния (св. 1500 км). Конструктивные параметры воздушных ЛЭП (высота подвеса проводов над поверхностью земли, расстояние между соседними опорами и между проводами и т. д.) зависят от номинального напряжения линии, рельефа и климатических условий местности и т.д. Опоры ЛЭП могут быть изготовлены из деревянных столбов, железобетонных и металлических конструкций. Чаще всего используют железобетонные опоры практически на всех ЛЭП (кроме сверх - и ультравысокого напряжения, где используют только металлические опоры). На воздушных линиях обычно применяют алюминиевые и сталеалюминевые провода (вокруг сердечника из стальных проволок навивают несколько слоёв проволоки из алюминия). [17]

Рис. 17. ЛЭП 110Кв

Средства автоматики и релейной защиты. Релейная защита - комплекс автоматических устройств, предназначенных для быстрого (при повреждениях) выявления и отделения от электроэнергетической системы повреждённых элементов этой электроэнергетической системы в аварийных ситуациях с целью обеспечения нормальной работы всей системы. Действия средств релейной защиты организованы по принципу непрерывной оценки технического состояния отдельных контролируемых элементов электроэнергетических систем.

Рис. 18. Шкафы релейной защиты и автоматики Чебоксарской ГЭС

Релейная защита (РЗ) осуществляет непрерывный контроль состояния всех элементов электроэнергетической системы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений РЗ должна выявить повреждённый участок и отключить его от Электроэнергетической системы, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения (короткого замыкания). Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная работа энергосистем. [18]

3. Электрическая подстанция

Электрическая подстанция - электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распределительных и вспомогательных устройств. Подстанция, в которой стоят повышающие трансформаторы, повышает электрическое напряжение при соответствующем снижении значения силы тока, в то время как понижающая подстанция уменьшает выходное напряжение при пропорциональном увеличении силы тока.

Необходимость в повышении передаваемого напряжения возникает в целях многократной экономии металла, используемого в проводах ЛЭП, и уменьшения потерь на активном сопротивлении. Действительно, необходимая площадь сечения проводов определяется только силой проходящего тока и отсутствием возникновения коронного разряда. Также уменьшение силы проходящего тока влечёт за собой уменьшение потери энергии, которая находится в прямой квадратичной зависимости от значения силы тока. С другой стороны, чтобы избежать высоковольтного электрического пробоя, применяются специальные меры: используются специальные изоляторы, провода разносятся на достаточное расстояние и т.д.

Основная же причина повышения напряжения состоит в том, что чем выше напряжение, тем большую мощность и на большее расстояние можно передать по линии электропередачи.

Рис. 19. Понижающий силовой трансформатор подстанции

4. Основные элементы электроподстанций

Силовые трансформаторы, автотрансформаторы.

Вводные конструкции для воздушных и кабельных линий электропередачи.

Открытые (ОРУ) и закрытые (ЗРУ) распределительные устройства, включая:

Системы и секции шин.

Силовые выключатели.

Разъединители.

Плавкие предохранители.

Измерительное оборудование (измерительные трансформаторы тока и напряжения, измерительные приборы).

Оборудование ВЧ-связи между подстанциями (конденсаторы связи, фильтры присоединения).

Токоограничивающие, регулирующие устройства (конденсаторные батареи, реакторы, фазовращатели и пр.).

Преобразователи частоты, рода тока (выпрямители). [19]

Силовые трансформаторы - устройство и принцип действия. При транспортировке электроэнергии на большие расстояния для снижения потерь используется принцип трансформации. Для этого электричество, вырабатываемое генераторами, поступает на трансформаторную подстанцию. На ней повышается амплитуда напряжения, поступающего в линию электропередачи. Второй конец ЛЭП подключен на ввод удаленной подстанции. На ней для распределения электричества между потребителями осуществляется понижение напряжения. На обеих подстанциях трансформацией электроэнергии больших мощностей занимаются специальные силовые устройства:

1. трансформаторы;

2. автотрансформаторы. Они имеют много общих признаков и характеристик, но отличаются определенными принципами работы. Передача электроэнергии между разделенными обмотками происходит за счет электромагнитной индукции. При этом изменяющиеся по амплитуде гармоники тока и напряжения сохраняют частоту колебаний.

Особенности устройства. Силовые трансформаторы в энергетике устанавливаются на заранее подготовленные стационарные площадки с прочными фундаментами. Для размещения на грунте могут монтироваться рельсы и катки. Отдельные ярко выраженные элементы его конструкции снабжены подписями. Электрическое оборудование трансформатора размещается внутри металлического корпуса, изготовленного в форме герметичного бака с крышкой. Он заполнен специальным сортом трансформаторного масла, которое обладает высокими диэлектрическими свойствами и, одновременно, используется для отвода тепла от деталей, подвергаемых большим токовым нагрузкам.

Принцип и режимы работы. В основу работы силового трансформатора заложены те же законы, что и у обычного. Проходящий по входной обмотке электрический ток с изменяющейся по времени гармоникой колебаний наводит внутри магнитопровода меняющееся магнитное поле. Изменяющийся магнитный поток, пронизывая витки второй обмотки, наводит в них ЭДС.

Режимы работы. При эксплуатации и проверках силовой трансформатор может оказаться в рабочем или аварийном режиме. Рабочий режим создается подключением источника напряжения к первичной обмотке, а нагрузки - ко вторичной. При этом величина тока в обмотках не должна превышать расчетных допустимых значений. В этом режиме силовой трансформатор должен длительно и надежно питать все подключенные к нему потребители. Разновидностями рабочего режима являются опыт холостого хода и короткого замыкания, создаваемые для проверок электрических характеристик.

Холостой ход создается размыканием вторичной цепи для исключения протекания в ней тока. Он используется для определения:

· КПД;

· коэффициента трансформации;

· потерь в стали на намагничивание сердечника.

Опыт короткого замыкания, создается шунтированием накоротко выводов вторичной обмотки, но с заниженным напряжением на входе в трансформатор до величины, способной создать вторичный номинальный ток без его превышения. Этот способ используют для определения потерь в меди.

К аварийным режимам трансформатора относятся любые нарушения его работы, приводящие к отклонению рабочих параметров за границы допустимых для них значений. Особенно опасным считается короткое замыкание внутри обмоток. Аварийные режимы приводят к пожарам электрооборудования и развитию необратимых последствий. Они способны причинить огромный ущерб энергосистеме. Поэтому для предотвращения подобных ситуаций все силовые трансформаторы снабжаются устройствами автоматики, защит и сигнализации, которые предназначены для поддержания нормальной работы первичной схемы и быстрого отключения ее со всех сторон при возникновении неисправностей. [20]

Рис. 20. Схема силового трансформатора подстанции

Вводные конструкции для воздушных и кабельных линий электропередачи. Как правило, перед трансформатором ставится ещё один важный модуль. Это вводные конструкции под воздушные и кабельные линии электропередачи. Их роль заключается в том, чтобы организовать прием вводного напряжения и передать его уже на вход трансформатора. В него входит изоляторы, разъединители, сама механическая конструкция или специальный шкаф. Далее уже, после преобразования в трансформаторе электроэнергия передается на следующий модуль под названием распределительное устройство или сокращённо РУ. Его задача, следовательно, принять и распределить электричество.

Оборудование подстанции, содержит в себе больше множество аппаратов или компонентов, которые представлены в виде отдельных устройств и также как модули, выполняют свою специфическую задачу.

Силовые выключатели - представляют собой основные коммутационные компоненты, которые включают и выключают силовые цепи в различных режимах своей работы, а именно холостого хода, токовой нагрузки, короткого замыкания, перегрузки и т.д. Наиболее тяжелой работой для них считается отключение при токе короткого замыкания, поскольку в результате тянется дуга, которую необходимо погасить.

Плавкие предохранители - пожалуй, это полный аналог обычным предохранителем с разницей в размерах и величине значения тока срабатывания. Происходит перегорание, при высоком значении силы тока.

Измерительные компоненты - это трансформаторы тока и напряжение, задача которых измерять электрические величины и питать устройство релейной защиты. Коэффициент трансформации их таков, что при максимальных значениях измеряемых величин, выходной ток и напряжение не превышают 5 А и 100 В.

Разрядники и нелинейные ограничитель напряжений - основной их задачей является защита линии, от атмосферных и коммутационных перенапряжений.

Шины - предназначены для соединения между собой отдельных компонентов распределительного устройства. Выполняются из полосы алюминия или меди.

Заземляющие устройства - их роль заключается в соединении с землёй различных металлических частей оборудования.

Токоограничивающие и регулирующие устройства - это конденсаторные батареи, реакторы, фазовращатели и пр. Их основная задача заключается в ограничении значений тока.

Это были основные модули и компоненты, которыми обычно снабжаются подстанции. В зависимости от конкретных нужд, условий эксплуатации, типа, мощности, прочих особенностей, подстанции комплектуются теми или иными функциональными частями. В самом простом случае электроподстанция может состоять только из наиболее важных устройств - это силовой трансформатор, защитные элементы в виде предохранителей, контактные и соединительные части. [21]



Заключение

Электрическая энергия - важнейший, универсальный, самый эффективный в технико-экономическом плане вид энергии. Это предопределило ее широкое использование на производстве и в быту. Электроэнергетика является составной частью «авангардной тройки НТР». Показатели объема выработки электроэнергии в целом и в расчете на душу населения позволяют судить об уровне социально-экономического развития страны.

Более 60% всей электроэнергии вырабатывается в промышленно развитых странах. Девятка лидеров по производству электроэнергии на душу населения отличается от лидеров по ее общей выработки. К числу крупнейших экспортеров относятся Франция, Россия, Парагвай, Германия, Канада, Швейцария. Электроэнергия вырабатывается на станциях разного типа. Но практически весь объем ее производства дают электростанции главных типов, работающие на традиционных источниках энергии - угле, газе, мазуте, гидравлической и ядерной энергии. Разный режим нагрузки электростанций различного типа делают возможным создание ядерных энергосистем. Они могут регулировать работу электростанций, позволяют маневрировать производством электроэнергии, снижать себестоимость, обеспечивать стабильное энергоснабжение. [22]



Список используемой литературы и ресурсов

1. Савельев Н.Ф., Электрические станции // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: в 86 т. (82 т. и 4 доп.). - СПб., 1890-1907.

2. Атомная электростанция

3. Газотурбинная электростанция

4. Дизельная электростанция

5. Гидроэлектростанция

6. Геотермальная электростанция

7. Солнечная электростанция

8. Распределительное устройство

9. Электрическая часть электростанций /Под ред. С.В. Усова., 1987.

10. Энциклопедия «Техника». М.: Росмэн. 2006.

11. Релейная защита и автоматика

12. Электрическая подстанция

Размещено на allbest.ru

...