Режимы работы и эксплуатация электроооборудования электрических станций

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ  
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 

 

 

Н.В. Коломиец, Н.Р. Пономарчук, Г.А. Елгина 

 

 

 

РЕЖИМЫ РАБОТЫ  
И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ 
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ 

 
Рекомендовано в качестве учебного пособия 
Редакционно-издательским советом 
Томского политехнического университета 
 

 

 

 

 

 

 

 

Издательство  
Томского политехнического университета 
2015 

УДК 621.311.2.004(075.8) 
ББК  31.277.1я73 
К61 
 
 
Коломиец Н.В. 
   К61  
Режимы работы и эксплуатация электрооборудования электрических станций : учебное пособие / Н.В. Коломиец, Н.Р. Пономарчук, 
Г.А. Елгина ; Томский политехнический университет. – Томск : 
Изд-во Томского политехнического университета, 2015. – 72 с. 
 

Пособие содержит теоретические основы и допустимые режимы работы 
турбогенераторов, рекомендации и расчеты по определению теплового состояния трансформатора, расчет переходного процесса при самозапуске электродвигателей собственных нужд энергоблока.  
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 140400 
«Электроэнергетика и электротехника», профиль подготовки «Электрические 
станции».  

УДК 621.311.2.004(075.8) 
ББК  31.277.1я73 
 

 

Рецензенты 

Заместитель технического директора 
Томской ГРЭС-2 ТГК-11 
И.В. Редькин 

Начальник службы электрических режимов 
филиала ОАО «СО ЕЭС», Томское РДУ 
Т.Р. Березницкая 
 

 

 

 
© ФГАОУ ВО НИ ТПУ, 2015 
© Коломиец Н.В., Пономарчук Н.Р.,  
Елгина Г.А., 2015 
© Оформление. Издательство Томского  
политехнического университета, 2015 

ВВЕДЕНИЕ 

В соответствии с учебным планом подготовки специалистов по 
направлению140400 – Электроэнергетика и электротехника и профилю – 
«Электрические станции» предусматривается выполнение курсовой работы в рамках дисциплины «Эксплуатация и режимы работы электрооборудования электростанций». К этому моменту студентами изучен 
профессиональный цикл дисциплин в соответствии с учебным планом, в 
частности, такие дисциплины как «Электрические машины», «Электрические станции и подстанции» и др. Кроме того, после производственной 
практики студенты знакомятся с общими вопросами организации эксплуатации основного электрооборудования, методами и средствами 
управления работой электростанцией, основными эксплуатационными 
режимами. В связи с этим целью данной курсовой работы является систематизация полученных знаний и развитие навыков самостоятельной 
работы и владения различными прикладными программными средствами 
при решении практических задач, с которыми приходится иметь дело 
персоналу эксплуатационного состава электростанции. 
В содержание курсовой работы входят вопросы, связанные с анализом и расчетом режимов работы турбогенераторов, силовых трансформаторов и электродвигателей механизмов собственных нужд тепловых электростанций. 
Данные методические указания предназначены для студентов указанного профиля очного обучения и содержат: 
1. Задание на проектирование; 
2. Исходные данные для выполнения курсовой работы; 
3. Методические указания и рекомендации по выполнению отдель- ных пунктов задания; 
4. Рекомендуемую литературу. 

 
 

1. ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ 

Задание содержит вопросы расчета режимов, объединенные в рамках трех основных разделов дисциплины: 
1. Режимы работы турбогенератора; 
2. Режимы работы силового трансформатора; 
3. Режимы работы электродвигателей механизмов собственных 
нужд. 
Помимо этого в этом разделе приведены некоторые требования по 
оформлению пояснительной записки. 

1.1. Режим работы турбогенератора 

1. Выбрать тип синхронного генератора, привести его паспортные 
данные, основные параметры и характеристики, дать описание, принятой системе охлаждения, отметив ее достоинства и недостатки. 
2. Определить различными способами ток возбуждения генератора в номинальном режиме работы. Вычислить погрешность расчетов в 
сравнении с паспортными данными; выбрать систему возбуждения и 
привести ее описание, сравнив со штатной, рекомендуемой заводомизготовителем. 
3. Определить условия работы турбогенератора в режиме синхронного компенсатора, асинхронном и несимметричном режимах. 
4.  Построить диаграмму мощностей турбогенератора и определить возможность его работы по заданному диспетчерскому графику 
нагрузки. Дать рекомендации по ведению режимов работы. 

1.2. Режим работы силового трансформатора 

1. 
Для заданного суточного графика нагрузки (табл. 2.3) выполнить расчет теплового режима силового трансформатора, питающего 
собственные нужды принятого энергоблока и местные потребители.  
2. 
Построить графики изменения температуры масла в верхних 
слоях и наиболее нагретых точек обмотки. 
3.  Определить относительный износ витковой изоляции трансформатора. 
4.  Произвести расчет допустимых нагрузок и аварийных перегрузок трансформатора. 

 

 

1.3. Режимы работы электродвигателей механизмов собственных нужд 

1. Для заданных механизмов собственных нужд (с. нщн.) конкретного энергоблока выбрать электродвигатели. 
2. Выбрать схему рабочего и резервного питания собственных 
нужд электростанции, а также число рабочих, резервных или пускорезервных трансформаторов собственных нужд. 
3. Для трех агрегатов, имеющих разные механические характеристики (р = 0, р = 1, р = 23), построить характеристики избыточного момента на валу электродвигателя аналитически и на ПЭВМ с использованием промышленной программы МУСТАНГ. 
4. Определить время пуска и выбега для двух агрегатов с. н. аналитически и на ПЭВМ с использованием промышленной программы 
МУСТАНГ. 
5. Произвести проверку на нагрев двигателей, выбранных в пункте 3 с номинальным и действительным напряжением на шинах. 
6. Смоделировать самозапуск электродвигателей собственных 
нужд на базе промышленной программы МУСТАНГ и определить 
группу механизмов собственных нужд для двигателей, которых может 
быть обеспечен успешный самозапуск. 

1.4. Требования к курсовой работе 

Расчетно-пояснительная записка и графическая часть оформляются 
в соответствии с требованиями и рекомендациями стандарта СТО ТПУ 
2.5.01-2006 «Работы выпускные квалификационные, проекты и работы 
курсовые» и положения о ВКР бакалавра,специалиста, магистра. 
Рисунки в пояснительной записке могут быть выполнены в графическом редакторе «Visio» или на миллиметровой бумаге. 
Графическая часть проекта содержит схему питания секций 6.3 кВ 
собственных нужд, где схема собственных нужд представлена детально, 
а основное оборудование станции структурно. 
В схеме питания секций 6.3 кВ собственных нужд изображаются 
все рабочие и резервные (пускорезервные) трансформаторы собственных нужд, электрические аппараты, сборные шины рабочего и резервного питания первой ступени напряжения (см. рис. П1). Потребители 
собственных нужд второй ступени напряжения представляются обобщенно и питаются от одного трансформатора Т2 на секции А1, мощность 
которого выбирается из условия 

 
2
1
Д
0,1
T
S
S


, 
 

где 
1
Д
S
 – суммарная мощность электродвигателей первой ступени 
напряжения. 

Местные потребители могут быть представлены также в виде 
обобщенной нагрузки 

 
1
1
МН
МН
МН
А
В
S
S
S


, 
 

распределенной между секциями A и B собственных нужд блока. При 
этом рекомендуется принять 
1
1
МН
МН
А
В
S
S

. 

Общестанционная нагрузка собственных нужд распределяется равномерно между всеми секциями собственных нужд блоков и принимается из условия 

 
1
1

ном
осн.
осн.
0,1
,
G
А
В
S
S
S
n


 
 

где 
1
1
осн.
осн.
,
А
В
S
S
 – мощность общестанционных потребителей собстве
ных нужд, подключенных к секциям A1 и B1; 
ном
G
S
 – номинальная мощность блока; n – число энергоблоков на станции. 
 
 

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ 

Трехзначный номер варианта задания выдается преподавателем 
или определяется по порядковому номеру фамилии студента в групповом журнале. При этом номер определяет первые две цифры варианта, а 
их сумма дает третью цифру. Например, студент Иванов А.А. под номером 14 в журнале имеет вариант 145. 
Первая цифра варианта определяет род топлива, используемого на 
станции: 
0 – низкозольный каменный уголь; 
1 – высокозольный каменный уголь; 
2 – газ; 
3 – мазут. 
Вторая цифра определяет вид диспетчерского графика по таблице 
2.2. При этом данные табл. 2.2 представлены в виде дроби, где в числителе – значение коэффициента мощности (cos), а в знаменателе – значение активной нагрузки генератора в процентах от Рном.  
Кроме того, сумма первых двух цифр варианта дает число турбогенераторов на электростанции, если она составляет менее 7. Если сумма 
составит цифру более 7, то ее следует разделить пополам, округлив до 
большего значения. Например, сумма цифр составляет 13, тогда число 
агрегатов принимается равным 7 и т. д. 
В настоящее время выпускная квалификационная работа бакалавра 
может быть выполнена по результатам курсовых работ и проектов, поэтому количество агрегатов на электростанции принимается, как в курсовом 
проекте по дисциплине «Электрическая часть электрических станций». 
Единичная мощность турбогенератора может определяться по таблице 2.1, в соответствии с третьей цифрой номера варианта или приниматься, как и в курсовом проекте по дисциплине «Электрическая часть 
электрических станций». Соответствующий состав механизмов собственных нужд принимается по таблице П1, приведенной в приложении. Пояснение к таблице П1 приведены перед таблицей. 
Сумма второй и третьей цифры дает номер суточного графика для 
расчета теплового режима трансформатора собственных нужд или 
блочного трансформатора, если источником питания секций 6,3 кВ собственных нужд является реактированная линия. Данные приведены в 
табл. 2.3. 
Сумма всех трех цифр соответствует порядковому номеру города в 
таблице 1.37, для которого следует принять соответствующее значение 

охл
θ
. Табл. 1.37 приведена в 1. 

Таблица 2.1 
Мощность турбогенератора 

№ 
0 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 

PG.ном, МВт 
50÷63 
100÷120 
150÷165 200 300 320 500 800 1200 220 

Таблица 2.2 
Диспетчерский график нагрузки 

Часы 
Варианты 

1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
0 

2 
0,95 
115 
0,8 
120 
0,9 
110 
0,85 
100 
0,9 
120 
0,95 
105 
1,0 
115 
1,0 
110 
0,95 
110 
1,0 
105 

4 
–0,95 

70 
–0,65 

80 
–0,6 
40 
–0,7 
70 
–0,5 
60 
–0,85 

90 
–0,9 
70 
–0,75 

60 
–0,8 
40 
–0,7 
80 

6 
0,8 
90 
1,0 
100 
0,5 
90 
0,95 
70 
0,6 
80 
0,6 
80 
0,5 
100 
0,8 
100 
1,0 
90 
ном 
100 

8 
0,7 
60 
–0,9 
70 
0,8 
80 
0,9 
110 
0,7 
0,5 
0,8 
40 
–0,8 
100 
0,9 
75 
ном 
80 
0,8 
90 

10 
0,85 
100 
0,95 
60 
0,7 
70 
0,8 
80 
–0,8 
80 
0,7 
100 
0,75 
70 
ном 
80 
–0,9 
100 
0,6 
100 

12 
1,0 
90 
0,85 
100 
–0,8 
60 
0,7 
60 
–0,6 
60 
–0,7 
50 
ном 
90 
–0,8 
95 
–0,6 
70 
0,85 
80 

14 
0,9 
100 
1,0 
90 
–0,95 
110 
–0,9 
80 
0,85 
100 
ном 
110 
0,95 
80 
0,95 
50 
0,6 
50 
0,9 
70 

16 
0,85 
80 
0,9 
100 
0,95 
100 
0,75 
90 
ном 
95 
0,85 
90 
0,8 
60 
0,6 
70 
0,75 
90 
–0,5 
60 

18 
–0,8 
70 
0,75 
80 
0,6 
80 
ном 
100 
0,5 
60 
0,5 
80 
0,75 
40 
0,85 
90 
0,9 
70 
0,65 
70 

20 
–0,6 
70 
–0,8 
70 
ном 
90 
–0,95 
110 
–0,8 
70 
–0,8 
60 
–0,6 
50 
–0,6 
60 
–0,95 

80 
–0,9 
70 

22 
–0,7 
60 
ном 
110 
–0,9 
70 
0,6 
60 
–0,7 
50 
0,9 
70 
0,65 
80 
0,75 
50 
–0,6 
60 
0,85 
70 

24 
ном 
100 
–0,75 

60 
–0,7 
60 
–0,5 
40 
0,95 
90 
0,75 
60 
–0,5 
50 
0,5 
70 
08 
100 
0,95 
100 

Таблица2.3 
Суточный график нагрузки 

Часы 
Варианты 

1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
0 

1 
0,88 
0,81 
0,83 
0,86 
0,63 
0,65 
0,76 
0,69 
0,69 
0,73 

2 
0,94 
0,9 
0,85 
0,89 
0,75 
0,66 
0,79 
0,65 
0,72 
0,75 

3 
1,01 
0,94 
0,96 
0,9 
0,83 
0,7 
0,8 
0,62 
0,77 
0,73 

4 
1,17 
0,95 
0,99 
0,93 
0,77 
0,8 
0,81 
0,65 
0,85 
0,73 

5 
1,27 
0,92 
1,03 
0,96 
0,7 
0,89 
0,86 
0,65 
0,96 
0,76 

Окончание табл. 2.3 

Часы 
Варианты 

1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
0 

6 
1,44 
0,85 
1,0 
0,95 
0,71 
0,91 
0,94 
0,65 
1,15 
0,82 

7 
1,46 
0,72 
0,95 
0,94 
0,85 
0,89 
1,04 
0,64 
1,3 
1,03 

8 
1,21 
0,69 
0,9 
0,9 
1,24 
0,83 
1,04 
067 
1,33 
1,24 

9 
1,06 
0,75 
0,95 
0,86 
1,3 
0,74 
1,1 
0,73 
1,29 
1,35 

10 
0,94 
0,98 
1,11 
0,84 
1,03 
0,68 
1,14 
0,87 
1,13 
1,31 

11 
0,81 
1,27 
1,21 
0,92 
0,92 
0,67 
1,18 
1,07 
0,98 
1,13 

12 
0,8 
1,31 
1,26 
1,27 
0,84 
0,7 
1,22 
1,16 
0,92 
0,97 

13 
0,82 
1,1 
1,33 
1,37 
0,84 
0,75 
1,16 
1,16 
0,86 
0,76 

14 
0,88 
1,0 
1,32 
1,29 
0,86 
0,83 
1,04 
1,16 
0,8 
0,69 

15 
0,94 
0,89 
1,26 
0,94 
0,9 
1,21 
0,95 
1,14 
0,75 
0,69 

16 
0,91 
0,85 
1,13 
0,84 
0,96 
1,31 
0,88 
1,08 
0,75 
0,72 

17 
0,92 
0,85 
1,07 
0,85 
0,95 
1,23 
0,84 
0,93 
0,78 
0,82 

18 
0,96 
0,88 
1,03 
0,87 
0,9 
1,0 
0,82 
0,82 
0,83 
0,87 

19 
0,98 
0,85 
1,04 
0,93 
0,85 
0,77 
0,82 
0,79 
0,89 
0,92 

20 
0,96 
0,82 
1,01 
0,91 
0,73 
0,71 
0,82 
0,74 
0,92 
0,92 

21 
0,93 
0,8 
0,96 
0,87 
0,67 
0,7 
0,8 
0,74 
0,9 
0,83 

22 
0,91 
0,8 
0,94 
0,85 
0,62 
0,7 
0,8 
0,74 
0,85 
0,69 

23 
0,88 
0,79 
0,91 
0,84 
0,59 
0,67 
0,78 
0,75 
0,8 
0,64 

24 
0,85 
0,75 
0,8 
0,83 
0,58 
0,63 
0,77 
0,75 
0,69 
0,72 

3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТУРБОГЕНЕРАТОРАХ 

3.1 Основы теории работы генератора 

Синхронные генераторы состоят конструктивно из неподвижного 
статора с трехфазной обмоткой и приводящего во вращение первичным 
двигателем (турбиной) ротора с обмоткой возбуждения, в которую подается постоянный ток от системы возбуждения. 
Частота вращения ротора n у синхронных машин связана с частотой переменного тока f постоянным соотношением 

 

60
,
f
n
p

 
 

где p – число пар полюсов. 
В России принята частота переменного тока f = 50 Гц при p = 1,  
n = 3000 об/мин, а, к примеру, в США – f = 60 Гц при p = 1, n = 3600 об/мин. 
Для атомных электростанций при частоте f = 50 Гц применяются генераторы с p = 2 , n = 1500 об/мин. 
Роторы турбогенераторов выполняются неявнополюсными. Полюсы в них образованы соответствующей укладкой обмотки возбуждения 
в пазы на цилиндрической поверхности бочки ротора. 
Обмотка занимает примерно две трети окружности. При этом ротор 
оказывается симметричным только относительно двух взаимно перпендикулярных осей d и q, называемых соответственно продольной и поперечной осями машины (см. рис. 1). Продольная ось условно проходит 
через центр ротора и делит пополам большой зуб ротора. 
Обмотка статора выполняется с таким же числом полюсов, что и 
ротор. 
При работе машины постоянный ток от возбудителя, проходя по обмотке возбуждения генератора, создает магнитный поток Ф, вращающийся вместе с ротором. Путь прохождения потока показан на рис. 3.1 [2]. 
В установившемся режиме, т. е. при неизменной нагрузке и неизменной скорости вращения сумма моментов, действующих на вал генератора, 
равна нулю. Если по какой-либо причине это условие нарушается, возникает избыточный момент (вращающий или тормозящий) и скорость вращения увеличивается или уменьшается. Можно сказать, что вращающий 
момент турбины уравновешивается равным ему по величине, но противоположным по знаку тормозящим моментом турбогенератора. 
Вращающий момент паровой турбины определяется давлением, 
температурой и количеством пара, поступающего на лопатки, и глубиной вакуума в конденсаторе.