Стационарных электростанций

Общие сведения. Синхронные машины применяют во многих отраслях народного хозяйства, в частности, в качестве генераторов в передвижных и стационарных электрических станциях, двигателей в установках, не требующих регулирования частоты вращения или нуждающихся в постоянной частоте вращения.

Общий прогресс, бурно протекающий в условиях научно-технической революции, достиг такого высокого уровня, что промышленность и энергетика оказывают весьма заметное влияние на биосферу из-за соизмеримости мощностей процессов в искусственных, созданных человеком системах и глобальных процессов в природе. Действительно, мощность только стационарных электрических станций мира превышает 2 ТВт, а мощность всех установок, вырабатывающих энергию,— не меньше 10 ТВт, что соответствует мощностям таких явлений, как испарение влаги с поверхности Земли (0,5 ТВт),: как приливы в морях и океанах (2— 3 ТВт), как действие термических градиентов океана и суши (2,0 — 2,5 ТВт), 'и даже таких колоссальных проявлений сил природы, как землетрясения (1,5—100 ТВт). По сравнению с энергией Солнца, посылаемой на Землю, это составляет совсем немного. В самом деле, если считать, что мощность излучения Солнца 174000 ТВт, то 10 ТВт составит менее 0,006%.

Таким образом, особый интерес представляет детальное знакомство с проблемами построения аналитических решений уравнений состояния таких линейных стационарных электрических цепей, которые содержат только один накопитель энергии — индуктивный или емкостный элемент. Целесообразность выделения в отдельный класс таких цепей и последующего углубленного исследования их уравнений обусловлена следующими обстоятельствами. Во-первых, подобные цепи — наиболее простые электрические цепи, в которых возникают процессы, обусловленные накоплением и расходованием энергии электромагнитного поля. Изучение подобных простейших процессов представляет интерес тем более, что подобные цепи соответствуют достаточно важным в прикладном отношении электротехническим устройствам. Кроме того, простота математической структуры уравнений состояния подобных цепей и наглядность физической картины явлений, им соответствующих, позволяют простыми математическими средствами создать такую методику всестороннего исследования этих уравнений, которая бы в наибольшей мере отвечала особенностям физической природы рассматриваемых явлений. Во-вторых, изучение явлений в подобных цепях представляет интерес в том смысле, что все более сложные цепи с несколькими накопителями энергии фактически состоят из совокупности цепей выделенного класса, рассматриваемых как подцепи. Еще более важным является то, что созданная методика математического исследования уравнений состояния простейших электрических цепей может быть распространена и на уравнения состояния сложных электрических цепей, содержащих большое число накопительных элементов, и даже на уравнения состояния электромагнитных сред. Дело в том, что уравнения состояния простейших электрических цепей x—ax + f, где X—IL(X—UC) —ток индуктивного (или напряжение емкостного) элемента соответствующей цепи, имеют формальное сходство с уравнениями состояния сложных электрических цепей, содержащих несколько накопителей энергии: x=Ax+f, где x~[xi ...хт]* — /n-мерный вектор переменных состояния. Формальным сходством обладает и запись аналитических

АНАЛИТИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ СОСТОЯНИЯ ЛИНЕЙНЫХ СТАЦИОНАРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Проанализированные в настоящей главе методы позволяют простыми способами находить аналитические решения уравнений состояния таких сложных электрических цепей, как нестационарные электрические цепи. Полученные при этом выражения дают возможность проводить качественный анализ решений, например оценку их резонансных свойств. Кроме того, возможно эффективное осуществление их численной обработки. Прежде всего это относится к нахождению периодических режимов. Дело в том, что определение периодических режимов в нестационарных электрических цепях при использовании методов непосредственно численного интегрирования их уравнений отличается большой сложностью, особенно в части идентификации таких режимов. Численная же обработка полученных в данной главе аналитических решений позволяет определить значения параметров периодического режима. С вычислительной точки зрения эта обработка не связана с существенными трудностями и фактически аналогична обработке решений уравнений состояния стационарных электрических цепей.

§ 5.1. Вычисление матричной экспоненты и преходящих составляющих решений уравнений состояния линейных стационарных электрических цепей

§ 5.2. Расчет установившихся и преходящих составляющих решений уравнений состояния линейных стационарных электрических цепей в безрезонансном случае

§ 5.3. Расчет принужденных составляющих решений уравнений состояния линейных стационарных электрических цепей

Глава 2. Аналитические решения уравнений состояния линейных стационарных, электрических цепей .................... 79

§ 4.1. Классический метод решения уравнений состояния нестационарных электрических цепей ................... ... 139

§ 5.1. Вычисление матричной экспоненты и преходящих составляющих решений уравнений состояния линейных стационарных электрических

При отсутствии источников электропитания энергосистемы электроснабжение КС с газотурбинным приводом газоперекачивающих агрегатов можно осуществлять от передвижных или стационарных электростанций. Собственные электростанции КС имеют привод синхронных генераторов от двигателя или турбины, работающих на газе или дизельном топливе. Такие электростанции можно использовать и в качестве резервного источника электроэнергии для нагрузок особой группы потребителей КС и НПС. Широкое применение для этих целей нашли мобильные автоматизированные газотурбинные электростанции типа ПАЭС мощностью 1250, 1600 и 2500 кВт. Оборудование ПАЭС размещают в одном фургоне, где установлены газотурбинный двигатель, генератор, блок маслотопливных коммуникаций, распределительное устройство РУ-6 кВ, пульт управления и топливный бак. Распределительное устройство состоит из пяти ячеек — ввода, отходящего фидера, трансформатора напряжения, разрядника и трансформатора собственных нужд. В электростанциях применены шестиполюсные синхронные генераторы трехфазного тока частотой 50 Гц и номинальным напряжением 6 кВ.

Однако суммарная мощность всех электростанций мира (2 млрд. кВт) уже соизмерима с мощностью многих явлений природы. Так, средняя мощность воздушных течений на планете составляет (25—35)109 кВт. Такого же порядка средняя мощность ураганов — (30— —40) 109 кВт. Суммарная мощность приливов равна (2— —5)109 кВт. Проводя сопоставление мощностей, следует учитывать, что кроме стационарных электростанций имеется большое число передвижных энергетических установок. Например, мощность всех действующих пассажирских самолетов на планете составляет не менее 0,15Х X Ю9 кВт, что соизмеримо с мощностью всех электростанций ЕЭС СССР (на начало 1985 г. составила 315000 МВт, или примерно 0,3-109 Вт). Стационарные электростанции даже при меньших мощностях оказывают заметное влияние на биосферу, так как продолжительность работы их в течение года больше. Так, большую тревогу вызывает загрязнение атмосферы, обусловленное эксплуатацией энергетических и других установок, и изменение ее газового состава, обусловленное сжиганием больших количеств органического топлива; загрязнение мирового океана; истребление лесов, затопление суши при сооружении гидроэлектростанций; тепловое загрязнение водоемов тепловыми электростанциями и общее изменение всего теплового баланса планеты. Очевидно, что планирование и проектирование энергетических систем, их развитие и эксплуатация должны осуществляться с учетом всех аспектов влияния на окружающую среду. А потому инженеру-энергетику необходимы знания о природе и происходящих в ней явлениях.

Непосредственное получение электрической энергии уже широко используется в автономных источниках энергии небольшой мощности, для которых показатели экономичности работы не имеют решающего значения, а важны надежность работы, компактность, удобство обслуживания, небольшая масса и т. д. Такие источники энергии применяются в системах сбора информации в труднодоступных местах Земли и в межпланетном пространстве, на космических аппаратах, самолетах, судах и т. п. Суммарная установленная мощность миллиардов автономных источников электроэнергии, несмотря на их скромные размеры, превосходит мощность всех стационарных электростанций, вместе взятых.

Существует аппаратура, которая по условиям эксплуатации не может получать электрический ток от электростанций. Для литания такой аппаратуры разработаны особые источники тока, способные превращать разные виды энергии в электрическую энергию и имеющие -небольшие габариты. Источники тока для питалия аппаратуры, не получающей электрический ток от стационарных электростанций, называются автономными.

время человек не может использовать. Однако суммарная мощность всех электростанций мира (1,5 млрд.кВт) уже соизмерима с мощностью многих явлений природы. Так, средняя мощность воздушных течений на планете составляет (25-f-35) • 109 кВт. Такого же порядка средняя мощность ураганов — (30-^40) -109 кВт. Суммарная мощность приливов (2-^5) -109 кВт. Проводя сопоставление мощностей, следует учитывать, что кроме стационарных электростанций имеется большое число передвижных энергетических установок. Например, мощность всех действующих пассажирских самолетов составляет не менее 0,12-109 кВт, что соизмеримо с мощностью всех электростанций европейской части Единой энергетической системы Советского Союза. Стационарные электростанции даже при меньших мощностях оказывают заметное влияние на биосферу, так как у них гораздо больше продолжительность работы в течение года. Искусственные энергетические процессы обычно оказывают большое влияние на биосферу и происходящие в пей процессы. Причем зачастую это влияние носит неблагоприятный характер. Так, большую тревогу вызывает загрязнение атмосферы, обусловленное эксплуатацией энергетических и прочих установок, и изменение ее газового состава, обусловленное сжиганием больших количеств органического топлива; загрязнение мирового океана; истребление лесов, затопление суши при сооружении гидроэлектростанций; тепловое загрязнение водоемов тепловыми электростанциями и общее изменение всего теплового баланса планеты. Очевидно, что планирование и проектирование энергетических систем, их развитие и эксплуатация должны осуществляться с учетом всех аспектов влияния на окружающую среду. Отсюда к инженеру-энергетику предъявляются новые требования больших знаний о природе и происходящих в ней явлениях.

Общий прогресс, особенно бурно протекающий в последнее время в условиях научно-технической революции, достиг такого высокого уровня, что человек в результате своей промышленной деятельности оказывает весьма заметное влияние на биосферу. Действительно, мощность только стационарных электростанций мира примерно равна 1,5 ТВт, а мощность всех установок, вырабатываемых энергию, не меньше 8—9 ТВт, что примерно соответствует мощностям таких явлений, как испарение влаги с поверхности Земли (0,5 ТВт), как приливы в морях и океанах (2—3 ТВт), как действие термических градиентов океана и суши (2—2,5 ТВт), и даже таких колоссальных проявлений сил природы, как землетрясения (1,5—100 ТВт). Вырабатываемая человеком энергия влияет на естественные процессы, происходящие на нашей планете. Энергия всех видов топлива, добываемого в настоящее время на планете в течение года, равна примерно 50 тыс. ТВт-ч. Это составляет менее 0,01% от энергии Солнца, посылаемой на Землю, но и при таких величинах вырабатываемой энергии тепловой эффект оказывается заметным в тепловом балансе планеты и существенно влияющим на климат, особенно на отдельных, наиболее «энергетически напряженных» территориях (см. В.5).

Непосредственное получение электрической энергии уже широко используется в автономных источниках энергии небольшой мощности, для которых показатели экономичности работы не имеют решающего значения, а важны надежность работы, компактность, удобство обслуживания, небольшой вес и т. д. Такие источники энергии используются в системах сбора информации в труднодоступных местах Земли и в межпланетном пространстве, на космических аппаратах, самолетах, судах и т. п. Суммарная установленная мощность миллиардов автономных источников электроэнергии, несмотря на их скромные размеры, превосходит мощность всех стационарных электростанций, вместе взятых.

При отсутствии источников электропитания энергосистемы электроснабжение КС с газотурбинным приводом газоперекачивающих агрегатов можно осуществлять от передвижных или стационарных электростанций. Собственные электростанции КС имеют привод

Самосинхронизация генераторов на электростанциях газопроводов. Метод включения на параллельную работу сравнительно небольших по мощности генераторов стационарных электростанций газопроводов, имеющих в качестве привода газовый двигатель, применим в тех случаях, когда двигатель имеет хорошо отрегулированный

33. О ПОВЫШЕНИИ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ РЕЗЕРВНЫХ ПЕРЕДВИЖНЫХ ИЛИ СТАЦИОНАРНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НЕБОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ (КОЛХОЗАХ И СОВХОЗАХ), НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ И У ПРОЧИХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, НОРМАЛЬНО ПОЛУЧАЮЩИХ ПИТАНИЕ ОТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ЭНЕРГОСИСТЕМ МИНЭНЕРГО СССР

Подключение резервных передвижных или стационарных электростанций к сетям напряжением ниже 1000 В совхозов, колхозов и других потребителей электроэнергии во многих случаях осуществляется