automatizari in producerea de energie electrica la centrala hidroelectrica somesul cald

 

APARATE DE MASURA SI AUTOMATIZARI

AUTOMATIZARI IN PRODUCEREA DE ENERGIE ELECTRICA LA CENTRALA HIDROELECTRICA SOMESUL CALD

CAPITOLUL I

GENERALITATI

1.SURSELE DE APA SI IMPORTANTA LOR

Apa inseamna viata nu numai pentru fiintele vii, dar si pentru economia tuturor tinuturilor, din toate timpurile, fiind un element de neinlocuit pentru agricultura, industrie si transport.

Din suprafata intregii planete de circa 510 milioane de kilometri patrati, peste doua treimi,respectiv 360 milioane kilometri patrati reprezinta intinderea apelor.Numai o treime din suprafata continentelor este bogata in apa,restul reprezentand tinuturi sarace si aride .Pentru a corecta factorii care conditioneaza prezenta apei este necesar sa se recurga la un ansamblu de masuri pentru folosirea rationala a surselor de apa ,cum ar fi: captarea, inmagazinarea,tratarea apei,etc.

Apa mai poate fi folosita si pentru producerea de energie electrica,prin amenajarea potentialului energetic al cursurilor de apa, a mareelor, a valurilor, etc.

Omul creeaza mijloace tehnice destinate reducerii eforturilor sale fizice in obtinerea de energie electrica necesara realizarii de produse si servicii .

Mecanizarea il elibereaza pe om de consumurile mari de energie in procesul de productie.

Automatizarea urmareste eliminarea interventiei directe a omului in procesul de productie.

Cererea din ce in ce mai mare de energie electrica l-a determinat pe om sa realizeze pe cursul apelor amenajari hidroenergetice.

2.FOLOSINTELE AMENAJARILOR HIDROENERGETICE

Amenajarile hidroenergetice constituie un exemplu de folosinta complexa, deoarece apa acumulata intr-un lac artificial poate fi folosita in acelasi timp pentru producerea de energie,alimentarea cu apa a zonelor agricole (irigatii) , alimentarea cu apa potabila sau industriala a centrelor apropiate, piscicultura, combaterea eroziunii solului,agrement, etc.

Exemple de folosinta complexa a apelor il constituie: Amenajarea hidrenergetica a raului Ages, Amenajarea Bistritei in sectorul Bicaz, Amenajarea Portile de Fier (pe Dunare), etc.

De exemplu, la Amenajarea Somesul Cald de pe raul Somesul Mic ,datorita lacului de acumulare de la Centrala Hidro-Electrica Somesul Cald si Tarnita, in afara efectului energetic se satisfac si alte necesitati ale economiei nationale,

cum ar fi: irigarea terenurilor agricole,atenuarea cu 60% a debitelor catastrofale ce se produceau pe valea Somesului Mic, alimentarea cu apa a centrelor urbane din aval .

Producerea energiei electrice in centrale hidroelectrice, alaturi de producerea

energiei electrice in centrale termo si nuclearo electrice, sta la baza asigurarii

consumului de energie electrica.

In tarile dezvoltate, aproape toate resursele hidraulice rentabile au fost sau

sunt utilizate. Din acest motiv, practic asigurarea cresterii cererii de energie

electrica in aceste tari (cu exceptia tarilor nordice) se realizeaza din alte surse

decat cele hidraulice.

In schimb in tarile in curs de dezvoltare exista inca resurse hidraulice imense

care pot fi exploatate.

De remarcat ca producerea energiei electrice in centrale hidroelectrice se

bucura de o serie de atuuri :

- energia obtinuta poate fi considerata "curata" si "regenerativa";

- costuri practic nule pentru combustibil si deci un cost mai redus al energiei

- disponibilitate practic tot timpul anului;

- un timp de raspuns foarte scurt la solicitarile consumatorilor - practic

pornirea si atingerea puterii maxime se poate face in cateva minute;

Conform fig.1 avem amenajarea hidroenergetica Somes unde se vad trei tipuri de amenajari hidroelectrice respectiv:

a) amenajare cu lac de acumulare, captari secundare , barajul este construit pe albia raului, cu centrala mult mai in aval, chiar subteran, numita amenajare mixta.

b) amenajare in cascada unde lacul de acumulare este canalul de legatura intre centrale, fara captari secundare.

c) amenajare pe firul apei, cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic in altul

2.1 Amenajarea mixta

Amenajarea CHE mixta contine o aductiune, un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge in sala masinilor amplasata in subteran. In acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei cai: prin baraj, prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coborarea nivelului aval (figura 2).

Astfel de amenajari sunt intalnite la noi in tara la CHE Arges si CHE Mariselu de pe raul Somes.

La aceasta din urma, lacul de acumulare se afla la Belis, castelul de echilibru se afla in dreptul localitatii Mariselu la 9 Km in aval, apa ajungand aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata in munte.

Fig.2. Amenajare CHE in derivatie cu schema mixta:

1 - lac de acumulare;

2 - baraj;

3 -priza de apa;

4 - canal de aductiune;

5 - castel de echilibru;

6- put fortat;

7 - CHE;

8 - galerie de acces;

9 - canal de evacuare a apei din centrala

10 - albia raului.

De aici apa este adusa la turbine, amplasate intr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului, caderea totala fiind de aproximativ 500 m.

Accesul in centrala este posibil prin o galerie de acces cu panta de 10%, deci lunga de 1 Km

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana, pe sub un alt

munte, la cativa Km in aval, la coada lacului CHE Tarnita.

2.2. Amenajare in cascada

In acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor raului principal sau ale unor afluenti care se varsa in raul principal in aval. In functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de pe firul apei prin canale de legatura si aductiuni.

Din aceasta categorie fac parte amenajarile C.H.E. Gilau I , Gilau II, Floresti I,

Floresti II, Cluj I.

Apa uzinata de catre o centrala este evacuata prin canalul de evacuare apoi intra in camera de incarcare a urmatoarei centrale.

Amenajarile in cascada sunt specifice debitelor mari cu caderi mici.

Fig. 3 Amenajare in cascada

1 - baraje

2 - lacuri de incarcare

2.3. Amenajare pe firul apei

Amenajarea cuprinde un baraj care retine apa unui rau si o CHE amplasata chiar in albia raului,

in imediata apropiere a barajului, cu care poate forma corp comun.

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici:

-caderea de apa este mica sau medie, inaltimea de cadere a apei este data exclusiv de ridicarea

de nivel obtinuta prin baraj;

-posibilitatile de acumulare sunt reduse, in unele situatii acumularea este practic nula;

-coeficientul de suprainstalare este de obicei mare, in jur de 10;

-se folosesc in special pe cursuri de apa cu debite relativ mari;

-in exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila, in functie de nivelul apei

din amonte de baraj.

In figura 4 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei.

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului.

Fig. 4 Amenajare hidroelectrica pe firul apei

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - canal de evacuare

4 - firul apei

5 - centrala electrica

La C.H. E. Somesul Cald ,se asigura prin barajul creat pe Somes , posibilitatearealizarii unei productii de energie de 19,40 Gwh / an , cu o putere instalata de

12 MW / h si functioneaza in tandem cu C.H.E Tarnita si C.H.E. Gilau I

Apa uzinata de la C.H.E. Tarnita este preluata de lacul de acumulare de la C.H.E.Somesul- Cald, care la randul ei o uzineaza si o cedeaza lacului de acumulare de la C.H.E. Gilau I.

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor in axa barajului, la o extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cate una cum e cazul CHE de la Portile de fier I (una pentru Romania pe malul stang al Dunarii si una pentru Serbia pe malul drept al Dunarii).

La noi in tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspandite.

O astfel de amenajare este C.H.E. Somesul Cald.

3.MARIMI FIZICE IMPORTANTE LA DIMENSIONAREA AMENAJARILOR HIDROELECTRICE

In natura, cantitatile insemnate de apa evaporata cad inapoi sub forma de precipitatii si se infiltreza in straturile superioare ale scoartei pamantului sau in albiile cursurilor de apa.

Aceste mase tind sa coboare apoi spre nivelul marilor si oceanelor,producand in drumul lor un lucru mecanic necesar pentru invingerea rezistentelor care se opun miscarii apei in albiile naturale ale acesteia.

Orice cantitate de apa care este situata la un anumit nivel terestru reprezinta o sursa de energie hidraulica.Energia hidraulica din natura este formata din energie potentiala si enregie cinetica.

Aceasta enrgie poate fi transformata in cea mai mare parte in energie electrica cu ajutorul masinilor hidraulice amplasate in uzinele hidroelectrice

Cele mai importante marimi hidraulice la dimensionarea unei amenajari hidroenergetice sunt: debitul, caderea si randamentul.

Debitul este o marime fizica caracterizata prin volumul de apa raportat la unitatea de timp ,de aceea se masoara in metri cubi pe secunda (m3/s).

Debitul este o marime foarte importanta la determinarea puterii hidraulice si deci la dimensionarea amenajarii hidrenergetice

Caderea reprezinta inaltimea la care se gaseste volumul de apa deasupra nivelului dat .Caderea este direct proportionala cu energia potentiala a cursului de apa, deci valoarea ei influenteaza direct puterea hidraulica

Randamentul unei uzine hidroenergetice este compus din produsul randamentelor diverselor instalatii care produc transformarea energiei hidraulice in energie electrica.Intotdeauna ,randamentul are o valoare subunitara (<1), deoarece pe traseu exista pierderi de sarcina.

CAPITOLUL II

AUTOMATIZARI IN PRODUCEREA DE ENERGIE

ELECTRICA LA CENTRALA HIDROELECTRICA

SOMESUL CALD

In timp ce procesele industriale devin din ce in ce mai ample si mai complexe implementarea automatizarilor devine o prioritate.

Necesitatea crescanda de automatizari a dus la creearea unei game largi de echipamente de automatizare. Practic prin aceasta gama de echipamente sunt acoperite toate cerintele.

Automatizarea reprezinta reuniunea a doua sisteme:

instalatia tehnologica

dispozitivele de automatizare care stabilesc legea sau algoritmul de conducere al procesului tehnologic

In centrala hidroelectrica Somesul Cald instalatia tehnologica este formata din hidrogenerator HVS 420/101-36, echipat cu o turbina Kaplan tip 13-21, transformator de inalta tensiune 6 -110 KV, baraj, lac de acumulare,aductiune, canal de fuga, instalatii auxiliare ale centralei (instalatia de drenaj,golire aspirator, gospodaria de ulei, aer tehnic, apa de racire golire apa capac turbina).

Dispozitivele de automatizare in instalatia tehnologica sunt foarte variate.

Astfel avem :

- elemente de comparatie

elemente de executie

traductoare de reactie

traductoare de intrare

Mai multe dispozitive angrenate in lantul de automatizare formeaza un sistem de automatizare, cum ar fi:

sisteme de automatizare electronice complexe

sisteme de automatizare pneumatice

sisteme de automatizare hidraulice

sisteme de automatizare mixte (electrohidraulice, electropneumatice,electromecanice)

sisteme de automatizare cu timp de raspuns lent

sisteme de atomatizare cu timp de raspuns rapid

sisteme de automatizare cu echipamente unificate

sisteme de automatizare cu echipamente specializate

sisteme de automatizare continue

sisteme de automatizare discrete( numerice, cu esantionare)

INSTALATIA TEHNOLOGICA DE PRODUCERE

A ENERGIEI ELECTRICE LA HIDROCENTRALA SOMESUL CALD

Pentru intelegerea procesului tehnologic de producere a energiei electrice unde se implementeaza sistemele de automatizare este necesara descrierea constructiva si functionala a instalatiei tehnologice.

4. DESCRIEREA CONSTRUCTIVA SI FUNCTIONALA A INSTALATIEI

Schema este compusa din :

4.1.Lacul de acumulare

Este lacul artificial creat in spatele barajului in scopul stocarii (inmagazinarii) volumelor mari de apa care vor folosi la producerea energiei electrice

In afara de folosinta energetica, lacul de acumulare poate folosi la irigatii, alimentari cu apa, agrement,etc.

Datele caracteristice ale lacului de acumulare:

- lungimea este de 3,7 km

- suprafata este de 85 ha

- volumul este de 7, 5 mil. Mc

- nivelul normal de retentie : 441 mdM ( fata de nivelul Marii)

4.2.Barajul

Barajul reprezinta obstacolul artificial construit pe albia naturala a cursului de apa in scopul obtinerii lacului de acumulare. El poate fi de mai multe feluri:de beton,de anrocamente,de pamant ecranat cu beton,etc.

La Somesul Cald barajul este construit din beton armat, de greutate.

Date caracteristice ale barajului:

-Lungimea barajului la coronament este de 68 m;

-Inaltimea barajului este de 33,5 m;

-Data punerii in functiune: 30.03.1983

4.3. Aductiunea

Aductiunea reprezinta galeria situata sub nivelul minim din lacul de acumulare prin care se preia apa din lac si se transporta spre turbina.si poate fi din beton sau din beton blindat cu blindaj metalic.

4.4. Uvraje , batardouri si vane rapide

Uvrajele si batardourile sunt niste constructii metalice destinate sigurantei functionarii si izolarii centralei.

Vanele rapide au un rol de siguranta, reglaj si intretinere a aductiunii si sunt compuse dintr-o constructie care contine doua vane rapide amplasate pe conducta de aductiune.

Fig.5 Schema amenajarii hidroelectrice C.H.E. Somesul Cald

4.5.Centrala propriu-zisa

Centrala cuprinde urmatoarele:cladirea centralei,sala masinilor, instalatiile din centrala,masinile de ridicat,camera de comanda.

Turbinele si generatorul sunt amplasate in sala masinilor.

Instalatiile din centrala furnizeaza agenii necesari bunei fucnctionari a agregatelor :apa de racire, ulei sub presiune,aer comprimat, sau asigura epuismentul (eliminarea apei),stingerea incendiilor,aer conditionat.

Masinile de ridicat sunt deobicei podul rulant si diverse trolii de manevra.

Camera de comanda contine panouri electrice si automatizate pentru comenzile de la distanta a inchiderii-deschiderii diverselor echipamente , ridicarea-coborarea stavilelor segment pentru deversare controlata,inchiderea-deschiderea vanelor sferice,etc.

Datele caracteristice ale centralei:

- tipul centralei: supraterana in frontul de retentie

- putere instalata: 12 MW

- cadere neta: 20,70 m

- debitul instalat : 70 mc / s

- energia medie produsa : 19, 40 GWh / an

- numarul si tipul hidroagregatului: 1 hidroagregat echipat cu turbina Kaplan

- data punerii in functiune : 30.03.1983

4.6.Canalul de fuga

Canalul de fuga este o constructie din beton captusita cu tabla din otel sub forma cilindrica la inbinarea cu conul aspirator. Are rolul de a dirija apa uzinata spre lacul de linistire.

4.7.Lacul de linistire

Lacul de linistire este o constructie din beton armat destinat preluari debitelor de apa uzinta si a intrerupe curentii de apa turbionari in vederea protejarii solului de pe albia raului.

4.8.Statia de transformare

Statia de transformare este conpusa din:

-intrerupator de mare putere

-transformator de mare putere

-izolatori, descarcatori, cabluri terminale

-separatori

-reductori

-celule de 110 kv

-statii de 20 kv

-intrerupatori debrosabili 20 kv

4.9.Priza de apa potabila si industriala

In urma unui proiect promovat in 1982 s-au gasit finantari europene si s-a executat alimentarea cu apa potabila si industriala a zonei din aval de hidrocentrala Somesul Cald.

Aceasta lucrare a constat in efectuarea unui traseu de conducta cu diametrul de 1000 mm , intre barajul hidrocentralei Somesul Cald si statia de tratare a apei din localitatea Gilau si s-a finalizat in anul 2000.

Priza de apa potabila se afla in corpul barajului independenta de aductiunea turbinei, avand incorporate vanele si gratarele necesare .

Ulterior in anii 207-2009, datorita unui proiect mai amplu de alimentare cu apa potabila a zonei Cluj, Dej , Gherla, Zalau, s-a construit un traseu de conducta cu alimentare apa din barajul Tarnita si care s-a racordat la contucta existenta de la Somesul Cald.

Astfel lacul Somesul Cald a devenit lac de agrement, pescuit si turism.

In jurul lacului s-a dezvoltat o retea de turism bine definita care aduce venit localitatii.

S-au creeat noi locuri de munca prin intretinerea si exploatarea potentialului energetic al hidrocentralei, astfel putandu-si exersa profesiile localnicii din satele apartinatoare Somesul Cald, Somesul Rece, Gilau, Tranita.

5. HIDROGENERATORUL HVS 420/101-36''

a) Generalitati

Hidrogeneratorul vertical sincron tip HVS 420/101-36 este destinat echiparii centralei hidroelectrica Somesul Cald.

Hidrogeneratorul este de tip suspendat si se cupleaza direct si rigid cu turbina hidra- ulica tip Kaplan care il antreneaza.Rotorul hidrogeneratorului este format din:

-arbore;

-coroana polara;

-polii;

-infasurarea de excitatie.

Rotorul este sustinut si ghidat de un lagar axial radial amplasat in steaua superioara si de un lagar radial montat in steaua inferioara.Steaua inferioara este fixata pe o fundatie de beton.

Statorul generatorului se compune din:

-carcasa;

-miezul magnetic;

-infasurarea trifazata de inalta tensiune.

Statorul este fixat pe steaua inferioara si la rindul lui sustine steaua superioara.

Racirea lagarelor se realizeaza cu ajutorul racitorilor montati in baia de ulei a fiecarui lagar .

Racirea generatorului se efectueaza cu aer in circuit inchis, racitoarele de aer sunt fixate de fundatie si presate strins pe carcasa, in dreptul unor degajari practicate in acest scop.

Excitarea hdrogeneratorului este de tip rotativ cu diode redresoare,excitatoarea,montata deasupra hidrogeneratorului pe arbore comun,

furnizeaza curent continuu cu care se alimenteaza infasurarea de excitatie a hidrogeneratorului.

Hidrogeneratorul mai cuprinde si instalatii auxiliare :

-instalatia de racire;

-instalatia de franare;

-instalatia de ridicare;

-insatalatia de stins incendiul.

Excitatia hidrogeneratorului se compune din:

-reostat de excitatie;

-rezistenta de excitatie rapida;

-regulatorul automat de tensiune.

5.1. Caracteristicile generale ale hidrogeneratorului:

5.2. Caracteristici constructive ale hidrogeneratorului:

Statorul care formeaza partea de indus a masinii se compune din trei parti principale:

carcasa care are rolul de suport mecanic

pachetul de tole stator care formeaza circuitul magnetic al indusului

infasurarea statorica care formeaza circuitul electric, la bornele caruia se obtine sistemul de tensiuni trifazice

Diametrul exterior statoric .4200 mm

Diametrul interior statoric3800 mm

Lungimea pachetului de tole..1010 mm

Numarul crestaturilor270 mm

Intrefierul..10 mm

Infasurarea statorica formeaza circuitul electric prin intermediul caruia se obtine un sistem de tensiuni trifazice, atunci cand rotorul hidrogenaratorului este antrenat de turbina hidraulica in miscare de turatie, iar infasurarea de excitatie este strabatuta de curent continuu care creeaza un camp magnetic fix fata de rotor.

Infasurarea este executata din conductorii de cupru in paralel.

Conexiunea dintre bobine se face prin sudare cu aliaj de argint, iar izolarea conexiunilor prin bandaje cu banda P-701.

Rotorul este partea inductoare si are in componenta sa urmatoarele parti principale:

coroana polara, prin care se face transmiterea cuplului motor si prin care se inchide circuitul magnetic al rotorului;

polii rotorului se compun dintr-un miez de tole stantate di tabla de otel

infasurarea de excitatie se executa din bobine individuale cu spire cu profil special, ele se fixeaza pe poli formand circuitul de excitatie;

5.3. Racirea hidrogeneratorului

Racirea aerului de ventilatie se realizeaza cu ajutorul a 6 racitoare de aer uniform dispuse pe suprafata exterioara a carcasei hidrogeneratorului.

Prin racitoarele de aer circula apa cu ajutorul unui sistem de tevi radiatoare.

Circulatia aerului prin racitori este asigurata de catre ventilatoarele axiale montate pe suprafetele laterale ale coroanei si efectul de ventilatie al polilor .

5.4. Instalatia de stingere a incendiilor in generator

Pentru stingerea unui eventual incendiu in interiorul generatorului este prevazut cu instalatie de stins incendiu cu apa pulverizata.

Actionarea instalatiei de stingere a incediului se face semiautomat.

5.5. Regimuri de functionare

regim admisibil de functionare de lunga durata la Pa = 13.900 KVA

si cos f = 1

se admite functionarea de lunga durata a hidrogeneratorului la cos f = 0

inclusiv U = U n

se admite functionarea in regim de compensator sincron la Un si Pn

in cazuri de avarie suporta suprasarcini de scurta durata la curentul statoric 2 x I n timp de 1 minut

nu se admite functionarea generatorului in regim asincron

nu se admite functionarea cu punere la pamant a unei faze si constitue regim de avarie

temperatura maxima a infasurarii statorice 110 grade C

temperatura maxima a miezului magnetic 110 grade C

temperatura maxima a lagarelor 70 grade C

5.6. Sistemul de control termic

Se compune din:

traductoare termice semiconductoare (TTS)

cable electrice

blocul de afisaj

Traductoarele sunt constituite din jonctiunea baza emitent a unui tranzistor din siliciu tip " npn ".

Blocul de afisaj este subansamblu principal al grupei de control termic, rolul sau este de a afisa analogic sau numeric temperaturile masurate.

5.7. Norme de protectia muncii si stins incendiu

se interzice executarea lucrarilor in circuitul statorului generatorului aflat in turatie cu exceptia masuratorilor si incercarilor.

la executarea manevrelor se vor folosi in mod obligatoriu echipamentul de protectie

in timpul functionarii este interzisa stingerea incendiului la elementele aflate sub tensiune

se mentine o curatenie exemplara a generatorului

la orice inceput de incendiu la generator, acesta se deconecteaza de la retea dupa care se intervine cu agentul de stingere

daca incendiul este de proportii se anunta unitatile de pompieri

6. TURBINA HIDRAULICA KAPLAN KVB 13 - 21

6.1. Generalitati

Turbina hidraulica are drept scop prelucrarea energetica a potentialului hidraulic existent .

Turbina este de tip KAPLAN cu dispozitie verticala, camera spirala din beton captusita cu tabla de otel.

Turbina este amplasata in prelungirea aductiunii de la priza de apa si canalul de fuga din sistemul de evacuare al hidrocentralei.

Este o turbina de tip reactiv, inecata in apa destinata caderilor mici de apa si debitelor foarte mari ( H = 10 - 50 m; Q = 700 mc / s )

Astfel de turbine se afla si la Portile de Fier si reprezinta o performanta pe plan mondial atat din punct de vedere al puterii pe unitate cat si ca dimensiuni.

6.2.Caracteristici tehnice principale

tipul turbinei.. KVB 13 - 21

diametrul turbinei 3.300 mm

camera spirala.. din beton la 180 grade

caderea neta de calcul.. Hc = 20,70 m

caderea neta maxima Hmax = 21,90 m

caderea neta minima. H min = 19,90 m

cota minima la P max.. 436,00 mdM

sensul de rotatie.. spre dreapta

debitul maxim absorbit la H calcul 70 mc/s

debitul maxim absorbit la H max 65,98 mc/s

putere maxima la arbore la H max. 12,95 MW

H calc. 12,95 MW

H min. 12,05 MW

inaltimea maxima de aspiratie. 1,40 m

6.3. Descrierea constructiva a turbinei Kaplan

Turbina hidraulica KVB este formata din urmatoarele subansamble:

rotorul turbinei

aparatul director

instalatia de semnalizare rupere bolturi de siguranta

statorul turbinei

captuseala camerei spirale

Fig.6 Elemente constructive principale: 1-camera spirala; 2-statorul cu palete fixe; 4-palete mobile aparat director; 7-butucul rotorului cu pale; 9-arborele turbinei; 10-rotorul generatorului; 11-lagar turbina; 25-cuplaj;

camera rotorului

lagarul turbinei

arborele turbinei

ventilul de rupere a vacumului

coloana de distributie

dispozitivul de blocare

servomotori

cap de distributie

6.4  . Descrierea functionala

Admisia apei la turbina KVB se face printr-o camera spirala din beton,captusita cu tabla din otel in zona de intrare si in zona pintenului.Camera spirala distribuie uniform debitul de apa pe periferia statorului.

Statorul, prin cele 11 coloane profilate hidrodinamic si prin pinteni conduce uniform apa spre aparatul director, imprimandu-i directia optima de intrare, mai departe apa patrunde prin AD in camera rotorului.

Prin modificarea deschiderii AD si prin schimbarea pozitiei paletelor acestuia se obtin debite diferite in turbina si implicit puteri diferite transmise la HG.

Aparatul director are si rolul de protectie, prin inchiderea lui inchide si accesul automat al apei in turbina la aruncare de sarcina brusca sau la o avarie in instalatie.

Ruperea unuia sau mai multor bolturi de forfecare ca urmare a patrunderii unor corpuri straine intre palaete se semnalizeaza cu ajutorul microintrerupatoarelor instalatiei pentru semnalizarea ruperii bolturilor de siguranta.

In continuare apa trece in camera rotorului si la rotor, unde are loc transformarea energiei hidraulice in energie mecanica de rotatie. Turbina este prevazuta cu dublu reglaj, ce consta in rotirea concomitenta a paletelor AD si a palelor rotorului cu care se asigura un randament cu valori ridicate in intregul domeniu de functionare agregat. Servomotoarele palelor rotorice sunt comandate de regulatorul de turatie electrohidraulic prin intermediul capului de distributie si a coloanei de distributie.

Evacuarea apei din camera rotorului spre canalul de fuga a centralei in conditii hidraulice optime se face prin tubul de aspiratie din beton captusit in zona conului cu tabla de otel.

Transmisia cuplului motor la arborele generatorului se face prin intermediul arborelui turbinei si prin cuplajul fix al celor doi arbori.

In zona capacului turbinei arborele este ghidat de catre un lagar de conducere cu cuzinet din cauciuc turnat in corpul din otel in care se ghideaza fusul arborelui.

Lagarul turbinei poate prelua eventualele incarcari radiale rezultate din dezechilibrul maselor rotitoare.

SISTEME DEAUTOMATIZARE IN CADRULCENTRALEI HIDROELECTRICE

Daca incepem sa intelegem modul cum functioneaza procesul tehnologic atunci putem trece la conceperea unui sistem de automatizare.

Un sistem automatizat este alcatuit din :

senzori ( traductori )

actuatori ( executanti )

controleri ( conducatori)

Senzorii ne furnizeaza informatii despre marimile fizice din procesul tehnologic, de exemplu un senzor de temperatura ne furnizeaza informatii despre temperatura la un moment dat.

Controlerul unui sistem automatizat primeste informatia de la traductor, o analizeaza, ia decizii si da comanda la actuatori.

Actuatorii sunt elemente de executie a unui sistem automatizat.

Traductorii sunt senzori optoelectronici, senzori de proximitate, senzori ultrasonici, limitatoare de cursa, detectoare de turatii, detectoare de presiune, detectoare de temperatura.

Rolul acestor traductoare intr-un sistem automatizat este de a oferi date primare din campul sistemelor automate celor care conduc sau supervizeaza instalatia.

In cadrul hidrocentralei de la Somesul Cald s-au implementat mai multe sisteme de automatizari.

Astfel avem sisteme de automatizari care sunt participante directe la fluxul tehnologic ( producerea de energie electrica ) sisteme care protejeaza procesul de productie si sisteme care avertizeaza pericolul unor anomalii cum ar fi:

- protectii tehnologice

- protectii electrice

- protectii termice

- sisteme de comanda tip:

a) regulator automat de turatie ( RAV )

b) sistem automat de reglare excitatie ( SAREX )

c) pornirea hidroagregatului

d) oprirea hidroagregatului

De la aceste sisteme de automatizari se asteapta opriri cat mai rare a hidroagregatului, fuctionarea in parametrii proiectati si livrarea cantitativ - calitativ a energiei electrice, fara costuri suplimentare.

7. PROTECTII TEHNOLOGICE

7.1. Protectii tehnologice a hidrogeneratorului:

a)     Presiune incorecta in hidroforul de inalta presiune:

presiune minima

presiune maxima

presiune minima de avarie

b)     Nivelul incorect al uleiului din hidrofor:

nivel maxim .. semnal

nivel maxim.oprire agregat

nivel minim..semnal

nivel minim..oprire

nivel minim..avarie

c)     Apa de racire si ungere:

filtru de lucru infundat..semnal

pornit pompa de rezervasemnal

lipsa apa etansare lagar turbina.semnal

..oprire agregat

lipsa apa racire magistrala.oprire agregat

d)     Apa infiltrata in capac la turbina

pornire pompa evacuare apa capac turbina

nivel crescutsemnal

nivel periculos capac turbina.oprire agregat

e)     Franare accidentala

rotor ridicat oprire agregat

f)      Vana cu inchidere rapida

presiune marita in instalatie . ..semnal

nivel minim de ulei in rezervor.. semnal

depasirea timpului de ridicare..semnal

inchidere accidentala vana.oprire agregat

g)     Apa infiltrata in centrala

pornire pompa de rezervasemnal

nivel periculos..oprire agregat

h)     Presiune incorecta aer comprimat in rezervor

minima.semnal

maximasemnal

i)       Nivele ulei lagare

lagar axial radial

maximsemnal

minim 1.semnal

minim 2oprire agregat

lagar radial

maximsemnal

minim 1.semnal

minim 2oprire agregat

j)      Cresterea critica a turatiei

ambalare-140%

ambalare-160%

k)     Rupere bolturi aparat director..semnal

7.2. Protectii tehnologice auxiliare

Nivel maxim lac de acumulare.semnal

Nivel minim lac de acumulare..semnal

8. PROTECTII ELECTRICE

a)     Protectia diferentiala

b)     Protectia suprasarcina

c)     Protectia ardere siguranta la transformatoarele de tensiune hidrogenerator

d)     Protectie contra cresterii tensiunii la bornele generatorului

e)     Protectie punere la pamantsemnal si oprire de avarie

f)      Protectie impotriva functionarii in regim de motor a hidrogeneratorului

g)     Protectiile transformatorului au lucrat.oprire de avarie

Hidrogeneratorul datorita acestor protectii poate functiona in anumite regimuri stabilite de proiectant si anumiti parametrii functionali stabiliti de catre constructor.

9. PROTECTIA TERMICA

9.1   Sistemul de control termic cu semiconductoare tip SCTS

Sistemul acesta reprezinta controlul centralizat de masura a starii termice a hidroagregatului pe cele zece canale de masura.

Acest sistem se compune din:

traductoare termice semiconductoare ( TTS)

cable electrice

blocul de afisaj

Traductoarele sunt constituite din jonctiunea baza-emitor a unui tranzistor din siliciu tip " npn ".

In instalatie se gasesc doua tipuri de traductoare:

TTS simplu, destinat a se amplasa in bobinajul statoric al generatoarelor

TTS etans in montare, destinat a se monta in lagare scufundate in ulei

Caracteristici ale TTS.

sensibilitate.2,25 m V/grad C

domeniul termic-50..+150 grad C

curent de excitatie..500 mA6A

tensiunea la borne..max 3 V

Blocul de afisaj este subansamblu principal al grupei de control termic, rolul sau consta in afisarea analogica sau numerica a temperaturilor masurate si a indica canalul de masura activat

10. SISTEME DE COMANDA

10.1 Regulatorul automat de turatie

Regulatorul automat de turatie electrohidraulic realizat de CCSITH - Resita in colaborare cu IPA Bucuresti este destinat automatizarii hidroagregatului in sensul reglarii sutomate a turatiei incarcarii cu putere activa, pozitionarii paletelor rotorice la unghiul optim prin sistemul copiant cu cama combinatorica.

Este conceput astfel incat sa asigure urmatoarele functiuni, legate de destinatia sa

reglarea frecventei unei retele electrice izolate

reglarea turatiei la mers in gol a unui grup destinat a fi cuplat la un sistem energetic

reglarea frecventei unui sistem energetic

reglajul frecventa-putere

- reglarea in functie de cadere in cazul hidrocentralelor de mica cadere a aparatului director si a palelor rotorice

Regulatorul de turatie are doua parti principale:

- o parte electronica

- o parte hidraulica

a) Partea electronica este un bloc electronic alimentat la 127 V prin intermediul unui transforamtor de 220 / 170 V cu un consum de cca 220 VA.

Masura frecventei hidrogeneratorului este luata prin intermediul unui reductor de tensiune care reduce tensiunea nominala ageneratorului la 100 V.

Intre reductorul de tensiune si regulator se mai monteaza un tansformator cu raportul 1 : 1 pentru separarea galvanica.

Partea electronica a regulatorului se compune din sertare tipizate, unul destinat alimentarii iar altul care include circuite electronice ale echipamentului propriu zis

b) Partea hidraulica se compune din blocuri delimitate functional si constructiv astfel: - bloc convertor

-bloc comanda AD

-bloc comanda pale rotor

-bloc cu came

-bloc reactie rotor

-echipamente de indicare

Blocul convertor este un ansamblu care transforma semnalul electric al echipamentului electronic in semnal hidraulic care comanda sertarul de distributie al aparatului director si al rotorului.

Blocul convertor se compune din:

convertor electrohidraulic

electrodistribuitor

filtru de ulei

batiu

conducte

Blocul de comanda AD este un ansamblu care permite amplificarea semnalului hidraulic provenit de la blocul convertor precum si comanda manuala locala sau prin telecomanda adeschiderii aparatului director

Blocul de comanda se compune din;

limitator de deschidere

sertar de distributie

traductor de deplasare

piese de legatura

Bloc reactie rotor este un ansamblu care transmite semnalul primit de la servomotorul rotorului prin intermediul traductorului de deplasare la sistemul copiant .

Se compune din:

mecanism reactie motor

traductor de deplasare

10.2      Pornirea hidroagregatului ( HG)

a)     Pregatirea pornirii

In vederea pornirii hidroagregatului se face in prealabil un control in toate instalatiile aferente, respectiv statia de 110KV , statia de 6,3 KV, statia de 20 KV, generator, turbina, apa de racire, panourile grupului (schema sinoptica), panourile de servicii agregat si generale, trafo servicii interne.

Se verifica urmatoarele;

sa fie deblocat aparatul director

parametrii GUP-ului ( nivele, presiuni, temperatura) sa fie normali

parametrii instalatiei de aer comprimat sa fie in limitele normale

instalatia de apa racire

nivelele normale de ulei in lagare

- in statia de 6 KV se verifica ca aparatajul primar sa fie in schemanormala

in statia de 110 KV se verifica reductorii de curent, reductorii de tensiune IO 110 KV si MOP

instalatia de curent continuu sa fie in schema normala si functionala

vanele rapide nr 1 si 2 sa fie in pozitie inchisa

toate protectiile electrice si tehnologice trebuie sa fie in functiune

alimentarea circuitelor de excitatie a HG sa fie in schema

cheia de AAR ( 0,4 KW) sa fie pe automat

se verifica toate semnalizarile optice de pe panourile agregatului, precum si pozitia tuturor cheilor din schema sinoptica

b)     Manevre executate inintea pornirii HG-ului

- se conecteaza IO 110 KV la TH prin impulsul dat din cheia de pe panoul de comanda ( astfel se pune sub tensiune TH 6,3-110KV) conform fig.7.

se verifica vizual la fata locului conectarea corecta

se da impuls de ridicare a vanelor rapide din cheia de pe panou

se verifica ca pozitia vanelor sa fie deschisa

se face ridicare rotor pentru patrunderea peliculei de ulei la lagarul axial

se coboara rotorul de pe saboti si se urmareste semnalul de pe panou ,, coborat si defranat "

se verifica pe panoul de comanda semnalul aparat director inchis

se deschide electrovana apa-racire prin impulsul dat din cheia de pe panoul de comanda

se verifica pe schema sinoptica pozitia indicatorilor de circulatie a apei de racire si ungere

Fig. 7. Transformatorul de 6,3-110KV si statia de 110KV

Aceste conditii sunt confirmate prin semnalul optic de pe panoul de comanda ,, agregat gata de pornire "

c)     Pornirea hidroagregatului pe automat

Prin pornirea pe automat se intelege pornirea cu toate automatizarile in functiune ( regulator, tensiune, SAREX, GUP, regulator turatie apa-racire, aer comprimat ) de regula acesta fiind procesul normal de pornire al hidroagregatului:

- Se trece cheia de pe panoul de comanda pe pozitia comanda pornire hidroagregat local.

- Se pune chiea de alegere regim sincronizare pe pozitia automat

- Se da impuls de pornire HG din cheia de ,, pornire oprire hidroagregat "

- Se urmareste ca toate procesele sa decurga normal pana la intrarea in paralel a HG-ului.

Aceste procese sunt :

deschiderea aparatului director la 30 % din cursa servomotoarelor

palele rotorice sa fie deschise la pozitia de pornire cca 60 %

se urmareste rotirea hidroagregatului

- la 30 % din turatia nominala incepe inchiderea palelor rotorice pana la zero

la 80 % din turatia nominala se conecteaza automat coloana de sincronizare si SAREX-ul

reglajul turatiei si palelor rotorice este preluat de catre RAV (regulatorul automat de turatie )

Cand parametrii de sincronizare sunt corespunzatori (frecvente egale respectiv frecventa generator- frecventa retea, tensiuni aproximativ egale

succesiunea fazelor) are loc conectarea IO 6,3 KV - HG prin impuls dat de SAREX

Dupa intrarea in paralel a HG -ului se trece la incarcarea stimulenta cu putere activa, prin comenzi manuale de pe panoul de comanda pana la puterea dispusa de dispecer sau la puterea admisa de functionare normala.

Aceasta se efectueaza prin deschiderea paletelor AD si a palelor rotorice operatie efectuata de catre RAV prin comanda primita de catre SAREX.

Se incarca hidrogeneratorul cu putere reactiva pentru mentinerea tensiunii la borne in limite normale tinand cont si de dispozitia Dispeceratului Hidroenergetic Teritorial, prin cheia de pe panoul de camanda.

Se verifica la fata locului pozitia ,, conectat " a IO generatorului.

10.3. Oprirea hidrogeneratorului

Oprirea hidrogeneratorului se poate face in doua moduri:

oprirea normala voita

oprirea fara descarcare de sarcina in avarie

a)     Oprirea normala voita

se comanda oprirea HG din cheia de comanda

se descarca de sarcina HG

se deconecteaza generatorul de la retea

se inchide aparatul director prin excitarea electrodistribuitorului sigma

dupa ce turatia ajunge la 30% din turatia nominala, intra franarea automata a partilor rotitoare

b)Oprirea de avarie

Acesta oprire este asigurata de instalatiile de automatizare, care prin itermediul releelor si a sistemului automat de excitatie la orice avarie care pune in pericol functionarea HG-ului in bune conditii, inchide aparatul director si coboara

vanele rapide decupland totodata generatorul de la retea.

Fig. nr 8 Panourile de comanda si excitatoarea HG din sala masinii

Toate aceste chei de comanda, aparate de vizualizare, urmarire, schema sinoptica, SAREX, semnalizari, avarii, anomalii, se gasesc pe panoul de comanda din sala masinii conform fig.nr.8.

REVIZIA SISTEMELOR DE AUTOMATIZARE IN

CENTRALA HIDROELECTRICA

11.REVIZII SI LUCRARI DE INTRETINERE

Lucrarile de mententanta si intretinere se executa cu personal specializat si autorizat in efectuarea de lucrari in centrale si statii.

Aceste revizii pot fi planificate cu scopul de prevenire avarii si se efectueaza la un anumit numar de ore de functionare .

Reviziile accidentale se realizeaza atunci cand in procesul tehnologic intervin incidente si avarii.

Reparatiile capitale se fac in urma unor programe de retehnologizare a tuturor elementelor din centrala hidroelectrica Somesul Cald.

11.1      Revizia panourilor de protectii, masura, automatizari

a)     Instalatia de pornire - oprire hidroagregat se efectueaza prin:

- revizia electromecanica, masurarea izolatiei, verificarea schemei de conexiuni

- revizii relee intermediare tip RI - IO (100 buc. )

- releee tip RTPA - 7 ( 14 buc)

- relee de semnalizare tip RA- 7 ( 70 buc)

- circuitele secundare si aparatajul auxiliar aferent procesului de pornire oprire (comutatoare, butoane, rezistente aditionale, limitatoare, lampi de semnalizare

- intocmirea buletinelor de verificare

Aceasta lucrare se executa in circa 200 ore .De obicei se executa de o formatie din doi , trei membrii. Pretul pe ora echivaleaza intre 70 si 80 lei.

b)     Panouri de masura si aparate de inregistrare

Lucrarile se executa conform instructiunilor tehnice interne si cuprind urmatoarele:

verificarea vizuala a starii fizice a contorilor

verificarea legaturilor electrice la contori si la sirurile de cleme

curatirea de praf in interiorul panoului

intocmirea buletinelor de verificare

Lucrarile se executa in circa 48 de ore, de catre formatia de electricieni.

c)     Instalatia de control termic a HG -ului

revizia electromecanica a traductoarelor

masurarea izolatiei circuitelor

verificarea legaturilor electrice la aparataj si la sirul de cleme

verificarea aparatului digital

intocmirea buletinelor de verificare

Lucrarile se executa in 48 de ore

d)     Instalatia de control turatie a HG-ului

Lucrarile de revizie se executa la echipamentul de masura turatie format din traductor de proximitate, unitatea centrala si panou operator cu cable.

Acestea se executa astfel:

revizia electromecanica

masurarea izolatiei

verificarea schemei de conexiuni

remedierea defectiunilor

probe functionale

La aceasta revizie este necesara o formatie de electricieni, iar timpul de executie este de 48 de ore.

11.2      Revizia intrerupator 6,3 KV

La acesta revizie se verifica urmatoarele;

chei comanda indicatoare de pozitiei

semnalizari luminoase

relee intermediare si de semnalizare

comenzi anclasare / declansare

semnalizari de pozitie

sistem de brosare / debrosare

Masuratori conform instructiunilor

rezistenta omica a cailor de curent

rezistenta de izolatie

timpii de anclasare / declansare

Timpul de executie este de 24 ore cu o formatie de electricieni.

11.3      Revizia instalatiei de sincronizare automata

Prin aceasta lucrare se efectueaza revizia la elementele de comanda, indicare, semnalizare, circuite, legaturi, relee.

Se inlocuiesc circuitele sau relee defecte, se curata de praf contactele, se inlocuiesc cheile de comanda.

Lucrarea se executa in 64 de ore cu un grup de electricieni.

11.4      Instalatia de racire- ungere si stins incendiu

La aceasta instalatie se executa urmatoarele lucrari de revizie:

revizia indicatorilor de curgere si circulatie

revizia indicatorilor de pozitie

curatirea fosa - generator, a tubulaturii de circulatie aer

revizia elementelor de inchidere-deschidere electrovane

revizia manometrelor si aparatelor de masura

verificarea gaurilor de stropire la capete bobinaj din cadrul instalatiei de stins incendiul

Lucrarea se executa in circa 200 ore din care 150 ore pentru electricieni si 50 ore pentru mecanici

11.5      Revizia instalatiei automate de excitatie

revizia elemnetelor de comanda, de indicare, de semnalizare, circuite, legaturi relee

revizia circuitelor si aparatajului secundar aferent

revizia reostatului de excitatie si motorasul de actionare

Lucrarea se executa in 64 ore de catre o echipa de electricieni.

Tinand cont ca aceste revizii trebuie efectuate concomitent se cere hidrogeneratorul indisponibil pentru o perioada de circa 14 - 15 zile si se retrage din exploatare pe perioada reviziei.

Avand in verede faptul ca tariful orar este in jur de 70 -80 lei pentru efectuarea acestor revizii se aloca aproximativ 160000 lei cheltuiala cu manopera, din care 70% este regie si 30% este munca prestata efectiv de echipa de muncitori.

12.MATERIALE SI PIESE DE SCHIMB AFERENTE REVIZIILOR

Pentru efectuarea reviziilor sunt necesare o serie de materiale si piese de schimb chiar blocuri sau ansambluri complexe.

Inaintea reviziilor se intocmeste un necesar de materiale si piese care vor fi inlocuite.

Se aloca o suma de 20000 lei ce reprezinta materiale si piese de schimb.

Pentru componentele defecte care fac obiectul de inventar se intocmeste un proces verbal de constatare si se achizitioneaza separat de suma alocata.

Aceste materiale se vor achizitiona inainte de inceperea reviziilor si se vor defalca pe sectoarele existente in procesul de mentenanta.

Fiecarei formatii de lucru i se atribuie un nomenclator de lucrari care cuprinde operatiile ce urmeaza sa le efectueze, orele atribuite pentru fiecare operatie si materialele necesare.

Prin tabelul de mai jos pot exemplifica o parte din lista cu cantitatile de materiale si pretul aferent acestora.

LISTA CANTITATILOR DE MATERIALE

PENTRU REVIZIE LA HIDROGENERATORUL

CHE SOMESUL CALD

13. AVANTAJELE CENTRALELOR HIDROELECTRICE

AUTOMATIZATE

Progresul vertiginos al sistemelor de automatizare permit realizarea de ritmuri de productie din ce in ce mai rapide.

In acelasi timp calitatea produselor trebuie sa satisfaca cerintele din ce in ce mai diverse.

Recent a fost pusa in functie centrala Rucar cu o putere instalata de 30 MW prima hidrocentrala pe bazinul Dambovitei complet automatizata.

Cererea din ce in ce mai mare de energie electrica, datorate revitalizarii economiei romanesti si pretul redus al energiei electrice produse in hidrocentrale sunt motivele majore ale programului de automatizare a tuturor hidrocentralelor in vederea cresterii puterii instalate in hidrocentrale demarat de Guvernul Romaniei.

Fata de energia obtinuta prin arderea combustibililor clasici ( petrol, carbune, sisturi bituminoase) sau reactiile metalelor radioactive (uraniu imbogatit, plutoniu), energia electrica obtinuta prin amenajarea cursului raurilor sau fluviilor este in primul rand 'curata', fara a elibera in mediul inconjurator nici un fel de noxe si este regenerabila.

Amenajarile hidroelectrice permit, pe langa folosintele energetice si alte folosinte, asa cum am aratat: in agricultura, piscicultura, gospodarirea apelor, turism.

Amortizarea cheltuielilor constructiilor executate se face relativ rapid, astfel incat investitiile ulterioare sunt minime,numai pentru intretinere, ceea ce conduce la un cost ieftin al kilowatt-ului (adica apa este gratuita) , in comparatie cu centralele termice la care combustibilul are costuri din ce in ce mai ridicate.

Dezavantajele constau in modificarea biotopului inconjurator,necesitatea exproprierilor terenului din calea constructiilor,anii secetosi care pot scadea dramatic nivelul in lac.

In Romania zilelor de azi este mult mai avantajoasa obtinerea energiei electrice din hidrocentrale, deoarece acestea sunt existente, nu necesita import de combustibili si sistemul hidrotehnic este foarte bine organizat.