Михаил Моисеевич Ботвинник – чемпион мира по шахматам в 1948-1957 годах.

 

3.6. Частота выходного напряжения f

Соответствует стандартному значению частоты промышленной и бытовой сети:

f =50 ± 0,2 Гц (европейский стандарт).

f =60 Гц (американский стандарт).

См.также Раздел 2.6.

Пример: из первых 18 гидрогенераторов крупнейшей ГЭС "Итайпу" половина работает с выходной частотой 50 Гц (для энергосети Парагвая), половина – с частотой 60 Гц (для энергосети Бразилии) [16].

 

3.7. Частота вращения n и число пар полюсов р

Выбор частоты вращения гидрогенератора n зависит от трех факторов:

- оптимальной частоты вращения гидротурбины n _т;

- наличия мультипликатора между гидротурбиной и гидрогенератором;

- требуемой частоты выходного напряжения:

f = pn /60, (3.1)

где p – число пар полюсов генератора.

Оптимальная частота вращения гидротурбины

Вода, в отличие от пара, не может вращать турбину с большой частотой вращения. Оптимальная частота вращения гидротурбины зависит от типа и мощности турбины, а также от напора, и может быть выражена следующей эмпирической формулой [41]:

, (3.2)

где k _б – коэффициент быстроходности, зависящий от типа турбины; Н – напор [м]; Р - мощность турбины [МВт].

Наличие мультипликатора

В агрегатах для микроГЭС (т.е. при малых мощностях) в ряде случаев между турбиной и генератором устанавливают мультипликатор (чаще используют общее название – редуктор).

Мультипликатор – механическая передача, повышающая частоту вращения и понижающая вращающий момент.

В этом случае

n = n _т* i,(3.3)

где i – передаточное число мультипликатора.

В соответствии с (3.3) даже при невысокой частоте вращения гидротурбины n _т можно обеспечить относительно большую частоту вращения генератора n, что позволяет снизить его массу и размеры.

Однако добавление в систему редуктора приводит к усложнению системы, повышению стоимости и снижению надежности. В агрегатах для крупных ГЭС их использование практически неосуществимо.

Поэтому частота вращения мощных гидрогенераторов равна частоте вращения гидротурбины n = n _т и невысока.

Требуемая частота выходного напряжения

С учетом заданной частоты выходного напряжения (в России – 50Гц) и выражения (3.1) у гидрогенератора выбирается такое число пар полюсов р, чтобы получаемая частота вращения n =60 f / p, была близка к значению, соответствующей оптимальной частоте вращения турбины.

Классификация по частоте вращения

По частоте вращения n гидрогенераторы разделяются на [9]:

- тихоходные - до 100 об/мин (устанавливаются на равнинных реках, где напоры невелики);

- быстроходные - свыше 100 об/мин (устанавливают на горных реках).

Примеры:

- гидрогенераторы Саяно-Шушенской ГЭС: n =142,8 об/мин (р = 21);

- гидрогенераторы Братской ГЭС: n =125 об/мин (р = 24)[7];

- гидрогенераторы Красноярской ГЭС: n =93,8 об/мин (р = 32) [7];

- гидрогенераторы ГЭС "Итайпу": n =90,9 об/мин [6];

- гидрогенератор Днепровской ГЭС (ДнепроГЭС): n =83,3 об/мин (р = 36) [25];

- гидрогенераторы Волгоградской ГЭС: n =63,3 об/мин (р = 44) [25];

- гидрогенераторы Чебоксарской ГЭС: n= 57,7 об/мин (р = 52);

- гидрогенераторы Саратовской ГЭС: n =51,5 об/мин (p =58) [37].

Красноярская ГЭС была изображена на оборотной стороне российской 10-рублевой купюры 1997 года выпуска [16].

 

Мощность гидрогенераторов

Номинальная мощность

По мощности гидрогенераторы крупных ГЭС разделяются на следующие классы [43]:

- малой мощности — до 5 МВт;

- средней — от 5 до 25 МВт;

- большой мощности — свыше 25 МВт.

Самые мощные гидрогенераторы в России: гидрогенераторы Саяно-Шушенской ГЭС, сооруженной на реке Енисей: 640 МВт (711 МВА [6]).

Самые мощные гидрогенераторы в мире: гидрогенераторы ГЭС "Сянцзяба" (Китай, река Янцзы): 800 МВт [31].

Мощность некоторых крупнейших гидрогенераторов:

- гидрогенераторы ГЭС "Итайпу" (Бразилия): 700 МВт [16]; 823,6 МВА (самый мощный гидрогенератор в мире) [6];

- гидрогенераторы ГЭС "Три ущелья" (Китай): 700 МВт [16];

- гидрогенераторы Красноярской ГЭС: 500 МВт [16];

- гидрогенераторы Братской ГЭС: 250 и 255 МВт[16];

- гидрогенераторы Усть-Илимской ГЭС: 240 МВт[16].

Выходная мощность гидрогенератора Р _вых.г зависит от выходной мощности гидротурбины Р _вых.т, являющейся входной мощностью для гидрогенератора

Р _вых.г = η_г* Р _вых.т,

где η_г – КПД гидрогенератора.

Выходная мощность гидротурбины Р _вых.т зависит от мощности водотока N, являющейся входной мощностью для гидротурбины

Р _вых.г = η_г* N,

где η_т – КПД гидротурбины.

Чтобы на выходе генератора была обеспечена заявленная мощность, на гидротурбину должна быть подана достаточная мощность водотока.

Мощность водотока может быть рассчитана по формуле [1]: , где ρ - плотность воды =1000 g - ускорение свободного падения =9,81 м/с; Q - расход воды, [м^3/сек]; Н - напор воды, м. Для создания повышенного напора строится плотина, поднимающая уровень воды в реке и создающая напор воды в месте расположения турбин (рис. 3.2) [11]. В зависимости от максимального использования напора воды ГЭС делятся на [30]: - высоконапорные — более 60 м; - средненапорные — от 25 м; - низконапорные — от 3 до 25 м. Не следует путать высоту плотины и значение напора (напор меньше).

Рис. 3.2. Схема плотины ГЭС [24]

Примеры (величина расчетного напора) [16]:

- Гизельдонская ГЭС (Северная Осетия, Россия): 289 м (самая высоконапорная ГЭС в России) [29];

- Саяно-Шушенская ГЭС: напор 194 м (плотина 245 м);

- ГЭС "Итайпу": 118,4 м;

- Братская ГЭС: 106 м;

- ГЭС "Три ущелья": от 79 до 109 м.

 

Перегрузка

В требованиях для гидрогенераторов задается перегрузка по току.

Согласно ГОСТ 183-74 гидрогенераторы должны без повреждений и остаточных деформаций выдерживать:

- при косвенном охлаждении обмоток статора - 1,5-кратный номинальный ток в течение 2 минут;

- при непосредственном охлаждении обмотки статора - 1,5-кратный номинальный ток в течение 2 минут.