Електричні вимірювання при виробництві електроенергії гідрогенераторами

Електричні вимірювання при виробництві електроенергії гідрогенераторами. Основи вимірювальних приладів, параметрів та режимів роботи гідроелектростанцій (ГЕС)

Розділ 1: Вступ до вимірювань на ГЕСЧому точні вимірювання є серцем безпечної та ефективної генерації електроенергії

Перетворення енергіїГідроелектростанція перетворює потенційну та кінетичну енергію води в механічну енергію обертання турбіни, яка обертає ротор гідрогенератора. У статорі генератора виникає змінний електричний струм завдяки явищу електромагнітної індукції. Роль вимірювань. Без постійного контролю електричних величин неможливо забезпечити стабільну напругу в мережі та захистити обладнання від аварій. Вимірювання виконуються в режимі реального часу 24/7 спеціальними датчиками та приладами. Основи виробництва електроенергії

Головні вузли для вимірювань. Гідрогенератор складається з двох основних частин:•Статор (нерухома частина): генерує високу напругу, де вимірюють струм, напругу та температуру обмоток.•Ротор (рухома частина): отримує струм збудження, де вимірюють струм та напругу постійного струму.•Система охолодження: потребує вимірювання неелектричних величин (температура, тиск). Будова гідрогенератора

Розділ 2: Ключові електричні параметри. Основні три стовпи електричних вимірювань: Напруга, Струм та Частота

Напруга (U)Вимірюється в кіловольтах (к. В). На виходах гідрогенераторів становить зазвичай від 6,3 к. В до 24 к. В залежно від потужності. Струм (I)Вимірюється в амперах (А) або кілоамперах (к. А). Вказує на поточне електричне навантаження генератора. Частота (f)Вимірюється в герцах (Гц). В енергосистемі України нормальна частота суворо дорівнює 50 Гц. Три головні величини струму

50.0 Герц (Гц) — базова частота. Чому частота така важлива?Частота ротора гідрогенератора прямо пов'язана зі швидкістю його обертання та частотою мережі. Відхилення частоти більше ніж на ±0.2 Гц свідчить про дисбаланс між виробництвом та споживанням електроенергії в країні. Регулятори швидкості турбіни ГЕС реагують за лічені секунди для відновлення частоти. Стандарт частоти 50 Гц

Маневрові ГЕС покривають ранкові та вечірні піки споживання електроенергії, швидко змінюючи потужність генераторів. Добовий графік навантаження ГЕС

Розділ 3: Вимірювання потужностіАктивна, реактивна та повна потужність трифазного гідрогенератора

Активна потужність (P)Одиниця виміру: Мегавати (МВт). Це корисна потужність, яка виконує роботу (освітлення, роботу двигунів, нагрів). Формула для трифазного струму: Реактивна потужність (Q)Одиниця виміру: Мегавари (МВар). Необхідна для створення магнітного поля в генераторі та трансформаторах. Реактивна потужність визначається за формулою: Активна та реактивна потужність

Оптимальний коефіцієнт потужності гідрогенератора становить cos φ = 0.85...0.90. Вимірювання фазового кута додає контролю над втратами в мережі. Коефіцієнт потужності (cos φ)

Розділ 4: Вимірювальні прилади та трансформатори. Як виміряти тисячі ампер та вольт за допомогою безпечних приладів

Чому не можна міряти напряму?Напруга генератора (наприклад, 13 800 В) і струм (10 000 А) занадто великі для звичайних щитових приладів.•Трансформатор струму (ТС): знижує струм до безпечних 1 А або 5 А.•Трансформатор напруги (ТН): знижує високу напругу до стандартних 100 В.•Гарантують вимірювальну точність та безпеку персоналу. Трансформатори струму та напруги

{5 C22544 A-7 EE6-4342-B048-85 BDC9 FD1 C3 A}Характеристика. Аналогові (стрілкові)Цифрові (мікропроцесорні)Точність вимірювання. Низька або середня (клас 1.0 - 2.5)Висока (клас 0.2s - 0.5)Швидкість зчитування. Візуальна за стрілкою. Миттєва передача в АСУ ТПСтійкість до завад. Висока механічна стійкість. Потребує захисту від електромагнітних завад. Реєстрація аварій. Відсутня (тільки поточний стан)Запис осцилограм та історії подій. Аналогові проти цифрових приладів

Процес безпечного підключення гідрогенератора до об'єднаної енергосистеми. Розділ 5: Синхронізація з мережею

Рівність напруг: Напруга генератора повинна дорівнювати напрузі мережі (контролюється подвійним вольтметром). Рівність частот: Частота генератора має збігатися з частотою мережі 50 Гц (вимірюється подвійним частотоміром). Збіг фаз: Кут між векторами напруг має дорівнювати нулю (контролюється синхроноскопом). Правильний порядок фаз: Послідовність фаз А-В-С генератора та мережі має бути ідентичною. Умови точної синхронізації

1. Пуск турбіни. Відкриття напрямного апарату, розгін ротора до номінальних обертів.2. Збудження. Подача струму в ротор, підйом напруги статора до рівня мережі.3. Подгонка частоти. Точне регулювання обертів турбіни до збігу фаз із мережею.4. Ввімкнення вимикача. Замикання головного вимикача та набором навантаження. Етапи підключення до мережі

Розділ 6: Контроль температури та ізоляціїНеелектричні та захисні вимірювання для запобігання аваріям

Температурний контроль. Захист від перегріву. Проходження великих струмів викликає нагрів обмоток статора і ротора (закон Джоуля-Ленца). У пази статора вбудовують терморезистори та термопари. Вони передають дані на щит управління. Перевищення температури понад +120°C може розплавити ізоляцію та спричинити коротке замикання.

Вимірювання мегаомметром: Контроль опору ізоляції обмоток перед пуском (повинен бути більше кількох Мегаом). Неперервний моніторинг: Контроль часткових розрядів у високовольтній ізоляції під час роботи генератора. Опір ізоляції та діагностика

Розділ 7: Автоматизація та АСУ ТПСучасні цифрові диспетчерські пульти та смарт-вимірювання

Цифрові датчики. Перетворюють аналоговий сигнал напруги й струму в цифровий код безпосередньо біля генератора. Протоколи IEC 61850 Забезпечують високошвидкісну передачу даних по оптиковолоконних лініях зв'язку. Система SCADAВізуалізує всі параметри на моніторах диспетчера та автоматично реагує на відхилення. Цифрові АСУ ТП та SCADA

Виміряти — означає пізнати. Без точних вимірювань керувати енергосистемою неможливо.— Фундаментальний принцип електротехніки""Золоте правило енергетики

Гідрогенератори вимагають безперервного вимірювання U, I, f, P, Q та температури. Для безпеки вимірювань використовують трансформатори струму та напруги. Підключення до мережі вимагає суворої синхронізації частоти (50 Гц), напруги та фаз. Сучасні ГЕС повністю автоматизовані завдяки мікропроцесорним АСУ ТП. Підсумки для учнів

Запитання та обговорення. Дякуємо за увагу! Готові відповісти на ваші запитання щодо вимірювань на ГЕС. Тема наступного заняття“Електричні вимірювання в виробленні електроенергії атомними станціями”