Электромеханическая система гидрогенератора большой мощности (Саяно-Шушенская ГЭС)

Корпус подпятника крепят к днищу масляной ванны подпятника или к верхнему диску опорной крестовины.

Для охлаждения и смазки подпятника применяют минеральное масло, заполняющее ванну подпятника. Циркулирую под воздействием вращающегося диска, масло охлаждает сегменты и диск и отдает выделяющееся на поверхности трения тепло трубчатым маслоохладителям, по которым протекает техническая вода. Для обычно используемых в маслоохладителях гладких латунных томпаковых трубок диаметром 17/19 мм на 1 кВт потерь в подпятнике используется 3,5-4,5 м трубок. В тех случаях, когда разместить необходимое количество трубок маслоохладителей в ванне не представляет возможным или когда в технической воде содержатся абразивные частицы и агрессивные примеси, способные разрушить материал трубок, применяется выносная система охлаждения с принудительной циркуляцией масла.

Направляющие подшипника в современных генераторах выполняются исключительно с самоустанавливающимися сегментами. Сегменты в радиальном направлении опираются на регулировочные опорные болты, ввинченные в отдельные втулки, которые запрессованы в корпус подшипника. Опора сегмента, так же как и в подпятнике, смещается от середины против вращения для облегчения поворота сегмента и образования масляного клина. Поверхность сегментов облицовывается баббитом марки Б-16.

При нормальных условиях направляющие подшипники не воспринимают сколько-нибудь значительных нагрузок. Однако возможны аварийные состояния, при которых возникает одностороннее напряжение ротора к статору.

Шейка вала имеет в пределах подшипника форму колокола, под который входит внутренняя часть масляной ванны - выгородка. Сегменты подшипника погружают в масло на 1/3 - 1/2 высоты сегмента. Благодаря давлению, развивающемуся в масляном клине между сегментом и шейкой, масло растекается по всех поверхности сегмента и обеспечивает смазку непогруженной части подшипника. Дополнительным источником смазки являются радиальные отверстия в шейке, работающие как центробежный насос.

Масло, циркулирующее в ванне, охлаждается встроенным в нее трубчатыми маслоохладителями.

Подшипники, расположенные выше ротора, изолируют. Нижние направляющие подшипники, как правило, не изолируют.

В подавляющем большинстве случаев генераторы выполняют с системой косвенного воздушного охлаждения. Воздух циркулирует по замкнутому циклу и охлаждается в воздухоохладителях.

Напор, необходимый для преодоления аэродинамических сопротивлений каналов в собственно генераторе, воздухоохладителях и воздухопроводящих каналах вне генератора, создается вращающимся ротором и установленными на его торцах вентиляторами. При наиболее распространенной схеме самовентиляции по замкнутому циклу нагретый в активных частях машины воздух выходит из вентиляционных каналов сердечника в полость статора, далее через воздухоохладители направляется двумя раздельными потоками мимо торцов и вновь засасывается вентилирующим действием ротора.

Воздухоохладители, размещенные вокруг генератора, присоединяются к корпусу статора непосредственно или через патрубки шириной около 400 мм. Патрубки способствуют выравниванию скоростей воздуха по поверхности охладителей. В боковых стенках патрубков предусматривают дверцы, через которые можно попасть внутрь корпуса для осмотра как самих охладителей, так и креплений сердечника статора к корпусу.

Когда генератор работает с отбором горячего воздуха для обогрева машинного зала, необходимо обеспечить подачу соответствующего соответствующего количества воздуха для компенсации отбора. Горячий воздух выводится из патрубков воздухоохладителей или из корпуса статора по специальным кожухам и затем через верхние перекрытия генератора попадает в машинный зал.

Наибольшая скорость в каналах вне генератора не должна превышать 5 м/с, падение давления воздуха вне генератора и воздухоохладителей не должно превышать 100 Па.

Практически реализованы конструктивные схемы непосредственного водяного охлаждения всех основных элементов гидрогенераторов, в которых имеют место значительные потери.

Внешняя система циркуляции дистиллята включает в себя водяные наосы, теплообменники, фильтры механической очистки, магнитные фильтры, оинообменный фильтр, водяной бак, а также контрольно-измерительную аппаратуру, средства защиты и сигнализации. Все баки, трубопроводы, арматура и аппаратура замкнутой циркуляционной системы выполняются из некоррозирующих материалов. Дистилят подается в обмотку двумя центробежными насосами с электродвигателями переменного тока, из которых один - рабочий, другой - резервный. Для контроля за циркуляцией дистиллята устанавливаются расходометры. Из наноса дистиллят поступает в водяные теплообменники, где охлаждается до необходимой температуры. Затем - в сетчатые фильтры механической очистки и магнитные фильтры, где очищается от случайных ферромагнитных частиц, после этого дистиллят поступает в обмотку и далее в водяной бак и вновь к насосам. В водяном баке поддерживается небольшое избыточное давление азота для предотвращения попадания в дистиллят воздуха. Снижение до минимума содержания в дистилляте углекислого газа и кислорода имеет особенно важное значение, так как именно ими в значительной мере определяется интенсивность протекающих в каналах проводников химических процессов. Поэтому в современных системах водяного охлаждения мощных гидрогенераторов применяются различные способы дегазации и декарбонизации дистиллята.

В процессе эксплуатации периодически включается ионообменный фильтр, используемый для обессоливания воды и поддерживающей высокое удельное электрическое сопротивление дистиллята. Минимально допустимое значение удельного электрического сопротивления дистиллята, по достижении которого подается предупреждающий сигнал, устанавливается обычно в диапазоне 75-100 кОм*см. Дистиллят должен быть нейтральным по отношению ко всем материалом водяного тракта.

Надежность работы системы циркуляции дистиллята обеспечивается контрольно-измерительными устройствами, светозвуковой технологической сигнализацией и автоматикой. Автоматически контролируются работа насосов, уровень дистиллята и давление в баке, расход, давление и температура дистиллята на входе и выходе обмоток, температура всех параллельных по ходу воды ветвей в обмотке статора.

При нахождении гидрогенератора в резерве во избежание окисления внутренней поверхности полых проводников и образования на ней отложений циркуляция циркуляция дистиллята не прекращается.

Примером современного исполнения гидрогенераторов средней мощности являются генераторы для ГЭС Сальто-Гранде (Аргентина-Уругвай) мощностью 135 МВт, 13,8 кВ, 75 об/мин.

Конструктивное исполнение гидрогенератора - зонтичное с расположением подпятника на конической подставке, установленной на крышке турбины, с одним направляющим подшипником в центральной части верхней крестовины.

Статор гидрогенератора для удобства транспортировки выполнен из шести частей. Сердечник статора набирается из штампованных сегментов холоднокатной электротехнической стали, покрытых с обеих сторон изоляционным лаком. Обмотка статора - стержневая, волновая, двухслойная. Корпусная изоляция стержней обмотки и перемычек - класса нагревостойкости В.

Ротор гидрогенератора состоит из сварного спицевого остова, обода, набираемого из штампованных сегментов, полюсов с обмоткой возбуждения и демпферной обмоткой, токопровода от обмотки возбуждения до контактных колец и вала надставки с втулкой направляющего подшипника. К нижнему фланцу остова ротора присоединяется вал турбины.

Верхняя крестовины выполнена с цельносварной центральной частью и отъемными лапами. В центральную часть крестовины встроен направляющий подшипник с маслоохладителями. Подшипник сегментный, в радиальном направлении сегменты опираются на сферическую поверхность винтовых регулируемых опор.

Двухрядный подпятник рассчитан на нагрузку 26,2 МН, имеет 18 пар самоустанавливающихся опорных сегментов, расположенных двумя концентрическими кольцами. В радиальном направлении сегменты через эластичные тарельчатые опоры и регулируемые опорные болты попарно связаны балансирами, которые опираются на цилиндрическую поверхность своих опор. Сегменты подпятника и подшипника облицованы бабитом.

Подпятник расположен в масляной ванне и охлаждается встроенными трубчатыми маслоохладителями.

Для охлаждения активных частей гидрогенератора применена замкнутая система вентиляции с охлаждением воздуха в воздухоохладителях, расположенных на корпусе статора. Для торможения ротора при останове и подъеме его при ремонтах гидрогенератор снабжен 36 тормозами-домкратами.

Температурный контроль гидрогенератора осуществляется термометрами сопротивления и термосигнализаторами, установленными в статоре, подпятнике, подшипнике и их масляных ваннах, в зонах горячего и холодного воздуха.

Регуляторный генератор - синхронный, трехфазный, с возбуждением от постоянных магнитов.

Возбуждение гидрогенератора выполняется по схеме тиристорного самовозбуждения с питанием тиристорного преобразователя от шин статора через выпрямительный трансформатор.



6.Оценка устойчивости работы данного гидрогенератора^[2]

(1)

Допущения^[2]:

Ш Нагрузка симметричная;

Ш Гистерезис магнитной цепи отсутствует;

Ш Вихревые токи в массивных частях системы малы;

Ш Рассеяние магнитной системы неизменно;

Ш Процессы в цепях якоря протекают значительно быстрее, чем в цепи возбуждения;

Ш Индуктивностью и сопротивлением сериесной обмотки возбуждения пренебрегаем.

Уравнение цепи возбуждения

; (2)

Уравнения (1) и (2) в приращениях для базового режима

(3)

. (4)

Уравнения (3) и (4) в относительных приращениях и в операторной форме

; (5)

, (6)

Где,

; ;

-относительные приращения переменных.

- постоянная времени цепи ОВ



Соответствующие коэффициенты, характеризующие чувствительность генератора к изменению тока возбуждения, частоте вращения, токов нагрузки и компаундирования.

Решая (5) и (6) совместно, получим

. (7)

Фрагмент структурной схемы, составленной по уравнению (7), приведен на рис.4.

Рисунок 4 - Фрагмент структурной схемы генератора

В зависимости от применения способа регулирования напряжения генератора в схеме используется участок или .

7.Аналоги рассматриваемого гидрогенератора

Аналогом рассматриваемого гидрогенератора средней мощности по электромеханической системе, является синхронизированный асинхронный генератор.

Синхронизированный асинхронный генератор (САГ) представляет собой асинхронную машину (АМ) с фазным ротором.

Отличие:

В классической АМ с фазным ротором: цепь фазной обмотки после контактных колец либо закорачивается, либо в эту цепь подключаются сопротивления, изменяемые в процессе управления.

В САГ: на роторную обмотку подается электрическая энергия через контактные кольца и преобразователь частоты (ПЧ). ПЧ может быть выполнен в виде циклоконвертора или со звеном постоянного тока.

Мощность этого ПЧ небольшая, так как он рассчитан на передачу только энергии скольжения. Его мощность пропорциональна отклонению скорости вращения ротора от скорости вращения поля статора.

Создание бесконтактного САГ связано с существенным усложнением конструкции и ухудшением массогабаритных показателей.

Находят применение в ветроэнергетических и гидрогенераторных установках.

Асинхронизированных генераторов используют в единичных случаях.

Преимущества^[7]:

Ш позволяет, в отличие от обычных синхронных машин, при вращении турбины (и вала гидрогенератора) с переменной частотой вращения обеспечивать постоянную и номинальную частоту сети без применения статических преобразователей в силовой цепи после генератора, например, преобразователей частоты со звеном постоянного тока.

Ш устойчивость работы в сети.

Недостатки:

Ш стабилизация частоты напряжения возможна лишь при небольших изменениях частоты вращения;

Ш бьльшие размеры и стоимость по сравнению с обычными синхронными машинами;

Ш меньший КПД;

Ш затрудненные условия обслуживания, так как требуют для замены стержней любой обмотки выема ротора или подъема статора.

Аналогом рассматриваемого гидрогенератора также является гидрогенератор подвесного исполнения Верхне-Териберской ГЭС мощностью 130 МВт, 10,5 кВ, 187,5 об/мин^[3].

Конструктивное исполнение гидрогенератора - подвесное, с расположением подпятника на верхней крестовине и с двумя направляющими подшипниками в центральных частях верхней и нижней крестовин.

Статор гидрогенератора для удобства транспортировки выполнен из четырех секторов. Сердечник статора набран из сегментов, штампованных из холоднокатной электротехнической стали и покрытых с обеих сторон изоляционным лаком.

Обмотка статора - стержневая, волновая двухслойная. Корпусная изоляция стержней обмотки и перемычек - типа слюдо-серм по нагревостойкости не ниже класса F.

Ротор гидрогенератора состоит из сварного остова с отъемными спицами, насаженными на вал, обода, набираемого из штампованных сегментов, полюсов с обмоткой возбуждения и демпферной обмоткой, токо-провода от обмотки возбуждения до контактных колец. На гидрогенераторе осуществлена конструкция разъемного ротора, позволяющая производить демонтаж остова ротора при остающемся на тормозах - домкратах ободе ротора с полюсами.

Верхняя и нижняя крестовины - лучевого типа с цельносварной центральной частью и отъемными лапами. В центральной части крестовин размещены направляющие подшипники с масляными ваннами и маслоохладителями.

Подшипники сегментные, в радиальном направлении сегменты опираются на сферическую поверхность винтовых регулируемых опор. Подпятник - с самоустанавливающимися сегментами на винтовых регулируемых опорах, с регулируемым эксцентриситетом, рассчитан на нагрузку 10,5 МН. Сегменты подпятника и подшипника облицованы бабитом. Подпятник расположен в масляной ванне и охлаждается встроенными трубчатыми маслоохладителями, имеется устройство для принудительной подачи масла под высоким давлением на плоскости трения сегментов, которое автоматически включается при пуске и останове агрегата.

Для охлаждения активных частей гидрогенератора применена замкнутая система вентиляции с охлаждение воздуха в воздухоохладителях, расположенных на корпусе статора.

Для торможения ротора при останове и подъеме его при ремонтных работах гидрогенератор снабжен тормозами - домкратами.

Гидрогенератор оснащен системами водо- и маслоснабжения, пожаротушения, теплового контроля, защиты подпятника и подшипников.

Регуляторный генератор - синхронный, трехфазного тока с возбуждением от постоянных магнитов, предназначен для электрогидравлического регулятора частоты вращения гидрогенератора.

Система возбуждения гидрогенератора - тиристорная по схеме самовозбуждения.

Так же аналогом рассматриваемого гидрогенератора является гидрогенератор для ГЭС Пурнари (Греция) мощностью 100 МВт, 15,75 кВ, 150 об/мин, имеет зонтичное исполнение с расположением подпятника на нижнем грузонесущей крестовине с двумя направляющими подшипниками. Для удобства транспортирования статора генератора выполнен из четырех частей. Сердечник статора набирается из штампованных сегментов холоднокатной электротехнической стали, покрытых лаком. Обмотка статора - стержневая, волновая, двухслойная. Корпусная изоляция обмотки статора выполнена натермореактивных связующих, класс нагревостойкости изоляции F^[3].

Ротор гидрогенератора состоит из сварного спицевого остова, обода, набираемого из штампованных сегментов, полюсов с обмоткой, надставкой вала с втулкой верхнего направляющего подшипника. К нижнему фланцу остова ротора присоединяется вал турбины.

Верхняя и нижняя крестовины выполнены с цельносварными частями и объемными лапами. В центральную часть нижней крестовины встроены подпятник, направляющий подпятник и маслоохладители. Подпятник рассчитан на нагрузку 9 МН, имеет 16 самоустанавливающихся сегментов, которые опираются через эластичные тарельчатые опоры на регулируемые болты, установленные в корпусе подпятника.

Сегменты подпятника и подшипников имеют баббитовое покрытие. Во время пусков и остановов агрегата на плоскости трения принудительно подается масло под давлением.

Гидрогенератор имеет воздушную замкнутую систему вентиляции. Воздух охлаждается в газоохладителях, расположенных на корпусе статора.

Торможение агрегата производится с помощью механических тормозов, установленных на лапах нижней крестовины, тормоза используются также для подъема ротора при ремонтных работах.

Генератор снабжен системой температурного контроля. Температура определяется с помощью термометр сопротивления. В статоре, подпятнике, подшипниках, масляных ваннах, в зонах горячего и холодного воздуха установлены термосигнализаторы.

8.Достоинства и недостатки гидрогенератора средней мощности

Преимущества^[7]:

Ш Использование возобновляемой энергии;

Ш Дешевизна получаемой электроэнергии;

Ш Отсутствие вредных выбросов в атмосферу;

Ш Быстрый (по сравнению с ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции;

Ш Производительность ГЭС легко контролировать, изменяя скорость водяного потока (объем воды, подводимый к турбинам);

Ш КПД гидротурбин достигает 95%, что существенно выше КПД турбин других типов электростанций;

Ш В себестоимости производства электроэнергии на гидростанциях отсутствует топливная составляющая, что делает энергию более конкурентоспособной в условиях рынка;

Ш Водохранилища, сооружаемые для гидростанций, можно использовать в качестве зон отдыха.

Недостатки^[7]:

Ш Строительство ГЭС ведется только там, где есть большие запасы энергии воды;

Ш Строительство ГЭС занимает длительный период и стоит дорого;

Ш В настоящее время (2010) строительство ГЭС типа Саяно-Шушенской обходится приблизительно по цене 2 млн. долларов за 1 МВт мощности;

Ш Для строительства ГЭС затапливаются большие площади плодородных земель;

Ш Площадь затопленных сельхозугодий у Красноярской ГЭС 120 тыс.га, Саяно-Шушенской ГЭС - 18,3 тыс.га.

Ш Строительство плотин препятствует естественной миграции рыб и может привести к их исчезновению;

Ш На горных реках ГЭС могут подвергаться опасности из-за высокой сейсмичности районов;

Ш Вода, использованная в турбинах гидроэлектростанций, становится «мертвой», в ней погибают все микроорганизмы;

Ш Протяженная засуха снижает и может даже прервать производство электроэнергии;

Ш Разрушение или авария плотины большой ГЭС практически неминуемо вызывает катастрофическое наводнение ниже по течению реки.

9.Выбор частных показателей качества и их оценка

При формировании обобщенного критерия из всего многообразия выявленных частных критериев выбираем такую их группу, которая в наибольшей степени будет способствовать достижению поставленной цели. Частные показатели качества, не вошедшие в состав обобщенного критерия, могут быть при этом учтены в виде ограничений.

При выборе частных показателей качества и критериев эффективности необходимо обеспечивать^[2]:

Ш Строгое соответствие критерия эффективности целевой функции системы (соответствие между критерием и задачей, выполняемой системой).

Ш Возможность учета всего многообразия факторов, определяющих качество работы системы.

Ш Соответствие критерия масштабу исследования (направленности и цели проводимых исследований).

Ш Для макетного образца не важны эстетические показатели. Единичный образец имеет свои критерии, серийный образец - свои.

Ш Простота, наглядность и ясный физический смысл показателей качества и критерия эффективности.

Ш Возможность количественной оценки выбранных критериев.

Ш Непротиворечивость частных показателей общему критерию эффективности.

Частные показателей качества^[7]:

a) Выходное напряжение

Выходное напряжение - трехфазное переменное. Номинальное напряжение гидрогенераторов выбирается из ряда значений, определенных государственным стандартом:

0,4; 0,63; 3,15; 6,3; 10,5; 13,8; 15,75; 18,0; 20 кВ.

Чем больше мощность машины, тем выше выбирается уровень напряжения (чтобы при этом получить меньший рост фазного тока) (табл.1) ^[1].

Таблица 1 -Зависимость напряжения гидрогенераторов от мощности

Мощность, МВА	5-10	10-25	25-50	50-150	150-500	Более 600
Напряжение, кВ	3,15-6,3	6,3-10,5	10,5-13,8	13,8-15,75	15,75-18,0	18,0-20,0

Допустимое изменение действующего значения напряжения на выводах обмотки статора составляет 5% при номинальной мощности и номинальном коэффициенте мощности.

Для передачи электроэнергии отдаленным потребителям даже такое высокое переменное напряжение мощных гидрогенераторов дополнительно увеличивается в силовых трансформаторах до 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ.

b) Фазный ток

Большая выходная мощность гидрогенераторов (несмотря на большой уровень выходного напряжения) достигается большими токами в обмотке статора генератора:

c) Линейная нагрузка и плотности тока

Повышение удельных энергетических показателей гидрогенераторов достигается при обеспечении повышенного значения линейной нагрузки, связанной с повышенным значением плотности тока в фазной обмотке. Это, в свою очередь, может быть достигнуто за счет использования способов интенсивного охлаждения. Такие гидрогенераторы называют высокоиспользованными. Примеры высокоиспользованных гидрогенераторов в России приведены в табл. 2^[1].



Таблица 2 - Линейная нагрузка и плотность тока в обмотках высокоиспользованных и обычных генераторов.

место установки гидрогенератора	Ном. мощность, МВт	Линейная нагрузка, А/см	Плотность тока в обмотке статора, А/мм2	Плотность тока в обмотке возбуждения, А/мм2
Саяно-Шушенская ГЭС	640	1178	5,43	3,83
Красноярская ГЭС	500	1228	7,3	4,45
Братская ГЭС	250	708	2,51	2,25
Асуанская ГЭС	175	657	2,29	1,99
Волгоградская ГЭС	115	451	3,52	2,31
Воткинская ГЭС	100	553	3,19	2,43

d) Коэффициент мощности (cos ц)

От 0,8 до 0,9.Согласно ГОСТ 5616-89 устанавливается:

Ш 0,8 - для гидрогенераторов и генераторов-двигателей мощностью до 125 MBА;

Ш 0,85-0,9 - для гидрогенераторов мощностью от 125 до 360 MBA;

Ш 0,9 - для гидрогенераторов мощностью более 360 MBA.

e) Коэффициент полезного действия

Как и все сверхмощные электрические машины, гидрогенераторы обладают КПД, близким к 1 (100%).

КПД тем больше, чем больше:

Ш Номинальная мощность гидрогенератора;

Ш Номинальная частота вращения гидрогенератора (табл.3)^[1].

Таблица 3 - Ориентировочные значения КПД синхронных машин при различной номинальной мощности и частотах вращения:

	Диапазон частоты вращения, об./мин.
	50 - 93,76	100 -187,5	200 - 300	333,3-600
Sном, МВА	КПД, %
10 - 25	95,9 - 96,6	96,0 - 96,7	95,8 - 96,4	96,1-96,3
25 - 50	96,6 - 97,3	96,7 - 97,3	96,4 - 97,2	96,5-97,0
50 - 100	97,3 - 98,0	98,0 - 98,2	97,2 - 97,7	97,0-97,6
100 - 250	98,0 - 98,3	98,2 - 98,6	97,7 - 98,4	97,6-98,4
Свыше 250	98,3 - 98,7	98,6 - 98,9	98,2 - 98,5	более 98,5

Причем наибольшее значение КПД турбина имеет при частоте вращения в 2-3 раза меньше максимальной, которую они могут развить без нагрузки. При правильном проектировании гидроагрегата принимают согласованное решение по частоте вращения, чтобы и турбина, и генератор работали наиболее эффективно.

Если в качестве первичной энергии рассматривать энергию воды, то КПД современных гидроагрегатов (гидротурбин и генераторов) не превышает 86% .

f) Удельные массогабаритные показатели (кг/кВт)

Чем выше номинальная мощность, тем лучше удельно-массовые показатели гидрогенераторов. В среднем, они составляют от 10 до 3,5 кг/кВт.

Поскольку номинальные частоты вращения у гидрогенераторов ниже, чем у турбогенераторов, удельные показатели гидрогенераторов хуже.

g) Показатели надежности

Гидрогенераторы характеризуются высокой степенью надежности:

Ш Средняя наработка на отказ -- 27 000 ч (прогнозируемое время работы с начала эксплуатации до первого отказа);

Ш Средний срок эксплуатации между капитальными ремонтами -- 7 лет;

Ш Средний срок эксплуатации -- 40 лет;

Ш Коэффициент готовности -0,996.

Экспертная оценка показателей качества^[7]:

Сравнение вариантов систем производится экспертами - высококвалифицированными специалистами, обладающими большим опытом проектирования, исследования и эксплуатации соответствующих систем и изделий.

Сравнение вариантов систем производится следующим образом:

Ш Выбираются n=7 частных показателей качества (критериев эффективности), в наибольшей степени отражающих наиболее важные свойства системы;

Ш Важность (ценность, полезность) каждого частного показателя качества оценивается экспертным образом по выбранной шкале (например, по десятибалльной), т.е. определяются их весовые коэффициенты b_i; , , , , , , .

Ш Частные показатели качества сравниваемых систем оцениваются по выбранной шкале (например, по десятибалльной): чем выше значение y_i, тем оцениваемая система ближе к оптимальной по данному критерию;,,, , , , .

,,, , , , .

Ш Рассчитывается значение обобщенного критерия:

Большему обобщенному показателю качества соответствует лучший вариант системы, которой является гидрогенератор подвесного исполнения Верхне-Териберской ГЭС.

10.Определение весовых коэффициентов в частных показателях системы^[7]

Весовые коэффициенты частных показателей качества представляют собой степень важности каждого частного показателя.

Весовые коэффициенты для одних и тех же показателей качества зависят от области применения оцениваемой системы. Весовые коэффициенты могут быть определены двумя способами:

Ш экспертной оценкой;

Ш аналитически.

Пример экспертной оценки представлен на рис.5. Здесь приведено мнение одного из экспертов о степени важности рассмотренных пяти частных критериев для пяти областей применения.

Важность показателей качества в данном случае оценивалось по пятибалльной дискретной шкале.

В зависимости от того, какие качества систем в наибольшей степени востребованы в той или иной области определяется количественная оценка соответствующего критерия.

Рисунок 5 - Диаграмма важности показателей качества систем различного назначения

Аналитически весовые коэффициенты определятся следующим образом:

Ш В строго числовом виде определяется функциональная зависимость эффективности системы (обобщенного критерия эффективности) от независимых частных показателей качества.

Е = ц(y₁,y₂,…,y_n).

Ш Берется полный дифференциал функции Е

dE=E/y₁·dy₁+E/y₂·dy₂ + …+E/y_n·dy_n

dE = b₁·dy₁+b₂·dy₂ + …+b_n·dy_n

Частные производные E/y_i=b_iпредставляют весовые коэффициенты частных показателей качества y₁,y₂…y_n и показывают, как изменяется Е при изменении y_iи фиксированных значениях остальных показателей y.

Как следует из приведенных выше уравнений, весовые коэффициенты b_i являются функциями многих частных показателей качества y_i, поскольку при определении b_i они принимались вполне определенными:

b_i= f(y₁,y₂,….,y_n).

Для упрощения решения задачи определения эффективности систем в большинстве случаев предполагают, что весовые коэффициенты не зависят от значений самих частных показателей качества.

Таким образом, чтобы приступить к определению b_i, надо построить математическую модель эффективности системы как функцию частных показателей качества и стоимости в виде Е=ц(y₁,y₂,….,y_n,С). Общий алгоритм ее построения определяется следующими этапами^[7]:

Ш На основании анализа исследуемого класса систем разрабатывается математическая модель работы системы в функции ее параметров и частных показателей качества.

Ш Разрабатывается математическая модель стоимостных характеристик системы с учетом проектирования, внедрения, модернизации и эксплуатации.

Ш Производится выбор показателя эффективности, отражающего назначение системы.

Ш Анализируется характер частных показателей качества.

Ш На основе результатов п.1-4 формируется математическая модель эффективности (обобщенный показатель эффективности).

Характер частных показателей определяет вид полученной модели эффективности. Она может быть детерминированной или статистической. Это существенно влияет на дальнейшее определение их числовых значений.

Если частные показатели качества являются детерминированными величинами, то по уравнениям Е=ц(y₁,y₂,….,y_n,С) и b_i= f(y₁,y₂,….,y_n,С) можно рассчитать детерминированные числовые значения эффективности и весовых коэффициентов, на чем и заканчивается определение эффективности для данной системы.

В случае, если частные показатели качества являются случайными величинами, модель эффективности представляется как статистическая модель. Весовые коэффициенты в этом случае являются случайными величинами, так как случайны сами значения частных показателей качества. Для получения b_i в виде постоянных значений находят математическое ожидание М(b_i) и дисперсию D(b_i). Дисперсия характеризует разброс значений данного весового коэффициента, а следовательно, и разброс значений коэффициента эффективности системы:

;

,

где g(b_i) - закон распределения величины b_i.

Весовые коэффициенты для рассматриваемой эмс определены экспертной оценкой и оценивались по пятибалльной дискретной шкале:

1. Показатели надежности;

2. Удельные массогабаритные показатели;

3. КПД;

4. Коэффициент мощности;

5. Выходное напряжение.

Рисунок 6 - Диаграмма важности показателей качества системы

11. Сравнение по обобщенному критерию рассматриваемого гидрогенератора с аналогичными

Общая постановка задачи сравнения по обобщенному критерию рассматриваемого гидрогенератора с аналогичными^[7]:

Ш Имеется некоторое множество вариантов построения системы, и каждая альтернатива характеризуется своими частными показателями качества (критериями).

Ш Имеется совокупность критериев Y = (y₁, y₂, y₃…. y_n), отражающих количественно свойства системы и являющихся важными для рассматриваемой области применения. Каждый вариант (для примера, вариант А) характеризуется вектором Y(А)=(y₁(A), y₂(A), .... y_n(A)).

Ш Необходимо принять решение о выборе одного варианта. Решение называется простым, если выбор производится по одному критерию, и сложным, если выбранный вариант не является лучшим по какому-то одному критерию, но может оказаться наиболее приемлемым по совокупности критериев.

Ш Принятие решения по выбору варианта на множестве критериев формально сводится к отысканию отображения , которое каждому вектору Y ставит в соответствие действительное число Е = (y) = (y₁, y₂….y_n), определяющее степень предпочтительности данного решения. Оператор называют обобщенным критерием эффективности.

Ш В практике определения эффективности сложных систем нашло применение достаточно большое число обобщенных критериев

Рисунок 7 - Классификация критериев оценки эффективности сложных систем и устройств

Оценку проведём по следующим критериям:

· энергетическая эффективность;

· надёжность;

· стоимость и затраты;

· уровень безопасности;

· масса и объём;

· уровень шума.

Составим сравнительную таблицу, по которой будет легко рассчитать общие оценочные коэффициенты для сравниваемых ЭМС (Табл. 4).

Таблица 4 - Расчет общих оценочных коэффициентов для сравниваемых ЭМС

Наименование показателя качества	Весовой коэффициент	Синхронизированный асинхронный генератор	Гидрогенератор для С.-Ш. ГЭС
		Оценочный балл	Оценочный балл
Энергетическая эффективность	8	4	5
Надёжность	7	5	5
Стоимость	6	5	5
Затраты на обслуживание	5	5	3
Стоимость обслуживания	4	5	3
Уровень безопасности при обслуживании	3	5	4
Масса и объём	2	4	5
Уровень шума при работе	1	3	4

Рассчитаем обобщённые коэффициенты синхронизированного асинхронного генератора и гидрогенератора:

;

.

Т.к. , то лучший вариант ЭМС будет при использовании синхронизированного асинхронного генератора.

Для наглядности оценки построим диаграмму важности показателей качества сравниваемых ЭМС.

Рисунок 8 - Диаграмма важности показателей качества сравниваемых ЭМС.



Заключение

В данной работе исследовалась электромеханическая система гидрогенератора большой мощности.

Были затронуты все основные моменты, которые необходимы и достаточны, чтобы подробно описать рассматриваемую систему.

В целом рассматриваемая система удовлетворяет всем требованиям как с конструкторской стороны, так и с экономической. Технический уровень, надёжность, точность системы достаточно велики, но не исключены возможности улучшения данной системы. Но в то же время улучшение одних её параметров может привести к ухудшению других. Например, использование более новых, дорогих и усовершенствованных приборов повысит уровень ЭМС и улучшит её характеристики, но в этом случае система станет хуже с экономической точки зрения - будет более дорогой и, скорее всего, усложнится система управления такой ЭМС, и наоборот.

Потенциал гидроэнергетики можно определить, суммировав все существующие на планете речные стоки. Расчёты показали, что мировой потенциал равен пятидесяти миллиардам киловатт в год. Но и эта весьма впечатляющая цифра составляет лишь четверть от количества осадков, ежегодно выпадающих во всём мире.

С учётом условий каждого конкретного региона и состояния мировых рек действительный потенциал водных ресурсов составляет от двух до трёх миллиардов киловатт. Эти цифры соответствуют годовой выработке энергии в 10000 - 20000 миллиардов киловатт в час.

Чтобы осознать потенциал гидроэнергетики, выраженный этими цифрами, следует сопоставить полученные данные с показателями нефтяных теплоэлектростанций. Чтобы получить такое количество электроэнергии, станциям, работающим на нефти, требовалось бы около сорока миллионов баррелей нефти каждый день.

Вне всяких сомнений, гидроэнергетика в перспективе не должна оказывать негативное воздействие на окружающую среду или свести его к минимуму. При этом необходимо добиться максимального использования гидроресурсов.

Это понимают многие специалисты и поэтому проблема сохранения природной среды при активном гидротехническом строительстве актуальна как никогда. В настоящее время особенно важен точный прогноз возможных последствий строительства гидротехнических объектов. Он должен дать ответ на многие вопросы, касающиеся возможности смягчения и преодоления нежелательных экологических ситуаций, которые могут возникнуть при строительстве. Кроме того, необходима сравнительная оценка экологической эффективности будущих гидроузлов. Правда, до реализации таких планов ещё далеко, так как сегодня разработка методов определения экологического энергопотенциала не производится.

В области гидрогенераторостроения в ближайшие 10 -- 15 лет предстоит создать уникальные типы гидрогенераторов мощностью 500--1000 МВт в единице. Самую большую единичную мощность будут иметь гидрогенераторы Туруханской ГЭС на реке Нижняя Тунгуска (1000 МВт, 107 об/мин). Они будут выполнены на основе опыта создания и освоения гидрогенераторов Саяно-Шушенской ГЭС. В настоящее время проводятся исследовательские работы по внедрению более высокого напряжения (20 кВ), совершенствованию компоновки генератора, конструкции сердечника и обмотки статора, обода ротора и подпятника.

В ближайшие годы потребуются также генераторы-двигатели для ГАЭС мощностью 300-400 МВт на частоты вращения 300--500 об/мин. Эти машины будут созданы на базе генераторов-двигателей Загорской ГАЭС. Здесь основные задачи связаны со снижением потерь, созданием рациональной конструкции системы опор, усовершенствованием реверсивного подпятника.

В XII пятилетке должна быть создана новая серия гидрогенераторов небольшой мощности для использования энергоресурсов малых рек. Особенностью машин серии явится обеспечение их работы в полностью автоматизированном режиме. ^[1]



Список литературы

1. Гидроэнергетические установки (гидроэлектростанции, насосные станции и гидроаккумулирующие электростанции) : Учебник для вузов по специальностям "Гидротехническое строительство речных сооружений и гидроэлектростанций" и "Гидроэнергетические установки" / Ред. Д. С. Щавелев . - Л. : Энергоиздат, 1981 . - 520 с.

2. Раздаточный материал. Учебно-методическое пособие по курсу “Электромеханические системы”. П. А. Тыричев, В. К. Лозенко - М.: Изд-во МЭИ, 1998. - 126 с.

3. Справочник по электрическим машина : В 2 т./ С74 Под общ. Ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 456 с.: ил. ISBN 5-283-00500-3

4. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Т. 2/ С74 Под ред. И. П. Копылова, Б. К. Клокова. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 688 с.: ил.ISBN 5-283-00531-3 (Т.2)

5. Справочник по элетроснабжению и электрооборудовани: В 2 т./ С74 Т.1 Электроснабжение/ Под общ. Ред. А.А. Федорова. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 568 с.: ил.

6. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию : в 2 т./С74 Т. 2 Под общ.ред. А. А. Федорова. Элекрооборудование. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 592 с.; ил.

7. Электромеханические системы :учебн. пособие для вузов /Б.Р. Липай, А.Н. Соломин, П.А. Тыричев; под редакцией С.И. Маслова. М.: Издательский дом МЭИ, 2008. -- 351 с. ISBN 978-5-383-00243-8

8. http://www.lhp.rushydro.ru/company/objectsmap/5561.html

Размещено на Allbest.ru