Презентация "Тяговые подстанции" по физике – проект, доклад

Лекция № 1

Тема: Введение. Общие сведения о тяговых подстанциях. 1. Общие сведения о тяговых подстанциях 2. Назначение подстанций, классификация тяговых подстанций и их особенности

Электростанции предназначены для производства электрической энергии. По роду первичной энергии, преобразуемой специальными агрегатами в электрическую энергию, электростанции подразделяются на: тепловые, гидравлические и атомные.

Введение

Рисунок 1.- Классификация электростанции

Тепловые электростанции. Тепловые электростанции (ТЭС) преобразуют химическую энергию топлива в электрическую энергию и тепло. К ТЭС относятся конденсационные электростанции (КЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), газотурбинные, с МГД - генераторами и дизельные. КЭС - это тепловая электростанция, оборудованная паровыми турбинами, работающими по конденсационному циклу. На КЭС пар, отработавший в паровых турбинах, поступает в конденсаторы, где он, охлаждаясь, конденсируется в воду. Затем эту воду подают в паровые котлы, в которых из воды создают пар, поступающий в паровую турбину. Получается замкнутый цикл: вода - пар - турбина - вода. Потери воды в этом цикле пополняются из специальных водоемов. На КЭС устанавливают турбогенераторы (турбогенератор - это блок из паровой турбины и генератора трехфазного переменного тока) большой мощности - 200, 300, 500, 800, 1200 МВт. к. п. д. КЭС, работающей на твердом топливе, составляет 25-28%, а на пылеугольном топливе - от 34 до 40%.

тэц - это тепловая электростанция с комбинированным производством электрической энергии и тепла в теплофикационных паротурбинных установках ТЭЦ, вырабатывающие как электрическую, так и тепловую энергию (пар, горячая вода), сооружают обычно возле производственных и бытовых тепловых потребителей. В отличие от конденсационных электростанций ТЭЦ оборудуют специальными теплофикационными турбинами, в которых часть пара проходит не все ступени. Отбираемый на промежуточных ступенях турбины пар используют для производственных и бытовых нужд - центрального отопления, пропарочных цехов, сушилок фабрик и заводов. Количество отбираемого пара можно регулировать в зависимости от спроса тепловых потребителей на пар и горячую воду. Чем больше спрос на пар и горячую воду, тем выше к. п. д. тепловой части ТЭЦ, так как меньше тепла уносится из конденсатора охлаждающей водой. Полный к. п. д. ТЭЦ, характеризующий использование топлива при комбинированном отпуске электрической и тепловой энергии, достигает 60-70% и выше.

Газотурбинная электростанция - это тепловая электростанция, преобразующая химическую энергию топлива в электрическую с помощью газовых турбин. Образование рабочей газовой смеси высокого давления осуществляется в специальной камере сгорания турбины. К.п.д. электростанции с газовыми турбинами ниже, чем с паровыми турбинами, что объясняется следующим: водяные пары являются лучшим теплоносителем, чем продукты сгорания органического топлива, на котором работает газовая турбина; на приведение в действие компрессора расходуется более половины мощности, развиваемой турбиной. Основной недостаток газовой турбины состоит в том, что она может работать только на очень чистых продуктах сгорания в виде природного газа или специально очищенного и поэтому дорогого жидкого топлива. На электростанциях же с паровыми турбинами используется преимущественно низкосортное топливо.

Магнитогидродинамический генератор (МГД - генератор) позволяет получить электрическую энергию непосредственно из плазмы. МГД - генератор не имеет котла, турбины, ротора и вообще каких-либо подвижных частей. Он представляет собой резервуар, заполненный газами. Газы, разогретые до температуры 2600-27000С, образуют плазму, обладающую хорошей проводимостью. Плазма перемещается мощным магнитным полем, под действием которого в ней, как в проводнике, наводится э. д. с. Таким образом, тепло непосредственно превращается в электричество. Тепло продуктов сгорания, выходящих из канала МГД -генератора, используют для получения пара в парогенераторе. Пар направляют в паровую турбину. Сочетание МГД - генератора о паровой турбиной позволяет на такой электростанции достигнуть к. п. д. 50-55%, что выше к. п. д. тепловых электростан­ций с турбинами конденсационного типа.

Дизельная элекmросmанция (ДЭС) - это тепловая электростанция, преобразующая химическую энергию жидкого топлива в электрическую с помощью дизельных агрегатов. Мощность ДЭС колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч киловатт. Основное преимущество ДЭС - быстрый пуск, поэтому они нашли широкое применение в качестве передвижных электростанций на стройках, удаленных от электрических сетей, для питания электрифицированного инструмента при выполнении ремонтных работ в путевом хозяйстве, выполнение ремонтных работ в коммунальном хозяйстве, городов и т. п. ДЭС применяют также для электрификации небольших поселков, удаленных от государственных электрических сетей, а также в качестве источников резервного питания устройств СЦБ. К. п. д. ДЭС составляет 30-32%.

Гидроэлектростанции. На гидроэлектростанциях преобразуется механическая энергия водного потока в электрическую. Гидроэлектростанции делятся так: ГЭС - приплотинные, плотинные, деривационные; ГАЭС - гидроаккумулирующие; ПЭС - приливные. Приплотинные и плотинные ГЭС строят на многоводных реках, деривационные и гидроаккумулирующие - на немноговодных реках с боль­шим перепадом воды, приливные - на побережьях морей и океанов. На ГЭС устанавливают гидрогенераторы (гидрогенератор - это блок из гидравлической турбины и генератора трехфазного переменного тока) большой мощности: 225, 500, 640 МВт и более. Например, на Саяно-Шушенской ГЭС установлено 10 гидрогенераторов мощностью по 640 МВт ГЭС строят в местах наилучшего использования рек, так как мощность ГЭС зависит от разности бьефов (уровней воды до и после турбины) и количества воды, проходящей через турбину в единицу времени.

ГАЭС - это электростанция, работающая на воде, перекаченной из нижнего бьефа в верхний. ГАЭС применяют для покрытия остропиковой части графика нагрузок в утренние и вечерние часы суток. В ночное время воду из нижнего бьефа в верхний перекачивают гидроагрегатами, питаемыми от электрической системы. Этим достигается улучшение экономических показателей ТЭС, загружаемых в периоды спада нагрузок для наполнения бассейнов суточного регулирования ГАЭС. ПЭС создается отсечением плотиной морского залива или бухты от моря. Волна прилива, движимая космическими силами, дважды в сутки наступает на берег океана. Общая мощность прилива составляет 1 млрд. кВт. Энергия прилива оказывалась до недавнего времени не использованной ввиду ее зависимости от ритма движения Луны (остановка, падение и нарастание через каждые 6 ч 50 мин, уменьшение мощности при убывании видимости лунного диска в течение месяца).

Атомные электростанции (АЭС). На АЭС преобразуется энергия расщепления ядер атомов химических элементов в электрическую энергию и тепло. В АЭС на тепловых нейтронах используется тепловая энергия распада атомного ядра изотопа 235 урана (содержание U235 в природном уране 0,712%) или тория. Чтобы получить тепловую энергию распада атомного ядра длительно (а не в виде взрыва) и управлять ею, применяют атомные реакторы со специальными замедлителями. По существу, АЭС является тепловой, так как тепловая энергия распада атомного ядра через специальные теплоносители передается воде, преобразуемой в пар, который приводит в движение турбогенератор. Однако вследствие интенсивного радиоактивного излучения требуется сооружение специальных средств для защиты от него, что существенно отличает АЭС от ТЭС. К. п. д. АЭС на тепловых нейронах составляет 25-30%.

Геотермальные электростанции. Они работают на принципе использования глубинного тепла Земли. Солнечные электростанции. Земля каждый день получает от Солнца в тысячу раз больше энергии, чем ее вырабатывают все электростанции мира. Задача состоит в том, чтобы научиться практически, использовать хотя бы ее небольшое количество.

На электростанциях 1 (рис. 1) генераторами вырабатывается трехфазный переменный ток промышленной частоты 50 Гц напряжением 10 кВ и выше и подается на повышающие подстанции 2. Переменный ток повышенного напряжения 35; 110 кВ и выше по линии электропередачи (ЛЭП) передается к потребителям через трансформаторы понижающей подстанции 3, понижающие напряжение до 10 кВ. Трансформаторы понижающей подстанции 4 понижают напряжение до 380/220 В. От шин пониженного напряжения энергия поступает к потребителям 5. Потребители 6 питаются от шин электростанции через понижающую подстанцию 7. Совокупность воздушных и кабельных линий электропередачи и подстанций, работающих на определенной территории, называются электрической сетью.

Общие сведения о тяговых подстанциях

Рисунок 2- Схема электрической сети

Электрическая подстанция - это электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электрической энергии. Подстанции бывают повышающие и понижающие. Повышающие подстанции 2 (см. рис. 1) сооружают обычно непосредственно при электростанциях. Они служат для связи электростанции с электрической системой и передачи электроэнергии до потребителей высоким напряжением. Понuжающuе подстанции 3 (см. рис. 1) предназначены для преобразования напряжения питающей сети в более низкое напряжение, при котором электроэнергия передается потребителям, при соединенным к данной подстанции. Они бывают с одним вторичным напряжением 10 (11) кВ и двумя вторичными напряжениями 10 (11) и 35 (38,5) кВ, как подстанция 2.

Номинальным током электрических машин, трансформаторов и аппаратов является наибольший допустимый ток, при прохождении которого сколь угодно длительное время температура нагрева токоведущих частей и изоляции не превышает установленной нормами величины при определенной расчетной температуре окружающей среды. Наиболее предпочтительными являются номинальные токи, кратные и дольные следующим значениям (ГОСТ 6827-76): 1,0; 1,6; 2,5; 4,0 и 6,3 А. Например, 0,1; 1,0; 10; 100; 1000; 10000 и 100000 А. Иcnыmательное напряжение короткого замыкания зависит от мощности трансформатора, напряжения обмотки высшего напряжения, количества фаз и обмоток (одно- или трехфазные, двух- или трехобмоточные), способа регулирования напряжения. Буквы и цифры, обозначающие тип трансформатора или автотрансформатора, имеют следующие значения в порядке их написания.

Исполнение: А - автотрансформатор (трансформатор не имеет отличительного буквенного обозначения); Т - трехфазный; О - однофазный; Р - наличие расщепленной обмотки НН. Вид охлаждения обозначается одной или двумя буквами. Сухие трансформаторы с естественным воздушным охлаждением: С - открытым, СЗ - защищенным, СГ - герметичным исполнением и СД - с воздушным дутьем. Масляные трансформаторы: М - естественная циркуляция масла и воздуха; Д - принудительная циркуляция воздуха и естественная циркуляция масла; МЦ - естественная циркуляция воздуха и принудительная циркуляция масла; ДЦ - принудительная циркуляция воздуха и масла; МВ - принудительная циркуляция воды и естественная циркуляция масла; Ц - принудительная циркуляция воды и масла. Трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком: Н - естественное охлаждение негорючим жидким диэлектриком; НД - охлаждение негорючим жидким диэлектриком с дутьем. Количество обмоток: Т - трехобмоточный (двухобмоточный трансформатор не имеет специального буквенного обозначения).

Наличие устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) в одной из обмоток трансформатора - Н. В числителе дроби после буквенного обозначения типа указывается номинальная мощность трансформатора в кВА, в знаменателе - класс напряжения обмотки ВН в кВ. Пример обозначения трансформатора: ТРДН-25000/110 - трехфазный с расщепленной обмоткой НН, принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла, регулированием напряжения под нагрузкой мощностью 25000 кВА, напряжением 110 кВ обмотки ВН.

Энергетическая система представляет собой совокупность электрических станций, трансформаторных подстанций, линий электропередачи и тепловых сетей, приемников тепловой и электрической энергии, связанных между собой общностью процесса производства, распределения и потребления тепловой и электрической энергии. Часть энергетической системы, состоящая из генераторов, повышающих и понижающих подстанций, линий электрической сети и приемников электроэнергии, называется электрической системой.

Что такое электрическая станция и какие у него есть виды? Что является источником питания для тяговой подстанции

Контрольные вопросы: