Способов складирования электроэнергии пока не существует, поэтому ее выработка всегда должна совпадать с потреблением. Следовательно, должна иметь механизм управления, позволяющий изменять ее мощность в зависимости от потребления электроэнергии.
Многие потребители, в том числе и механизмы собственных нужд электростанции, требуют строго определенной частоты электрического тока, т.е. частоты вращения турбогенераторов.
Согласно Правилам технической эксплуатации частота электрической сети должна быть 50±0,1 Герц во избежание самопроизвольного перераспределения мощности между потребителями, что может привести к значительным потерям энергии и нарушению устойчивости системы вплоть до отключения отдельных потребителей.
Постоянное равенство между требуемой и вырабатываемой мощностью турбоагрегата или группы их можно
обеспечить изменением расхода пара на турбину.
Машинист турбины не в состоянии изменять расход пара непрерывно и с необходимой точностью, поэтому
поддержание частоты вращения обеспечивается системой автоматического регулирования турбины.
Таким образом, главной функцией автоматического регулирования является поддержание частоты вращения ротора генератора.
В то же время имеются турбины с противодавлением, главной задачей которых является обеспечение потребителей теплотой в виде пара определенного давления поддержание в заданных пределах давления отработавшего пара и будет главной задачей регулирования таких турбин. Такие турбины часто отдают пар на производство, например для оборудования для производства бумажных пакетов.
На с турбинами, имеющими регулируемые отборы пара, необходимо работать по независимым электрическому и тепловому графикам. Система регулирования таких турбин должна обеспечивать независимое управление и поддержание как вырабатываемой мощности, так и отбираемого количества пара необходимых параметров.
Системы регулирования турбин с регулируемыми отборами пара гораздо сложнее.
Простейшая система регулирования.
На рисунке ниже изображена простейшая система регулирования турбины. От вала турбины приводится во вращение валик регулятора 1, на котором расположена перемещающаяся муфта 4. Грузы регулятора при вращении под действием центробежных сил расходятся и сдвигают муфту влево, если частота вращения уменьшается, пружина 2 перемещает муфту вправо.
Положение муфты на валике будет зафиксировано, когда центробежная сила, развиваемая грузами, уравновесится усилием в пружине растяжения.
Совокупность муфты, грузов и пружины представляет собой регулятор скорости.
1 – валик регулятора частоты вращения; 2 – пружины; 3 – грузики; 4 – муфта; 5 – рычаг; 6 – шарнир; 7 — регулирующий клапан; 8 – маховичок; 9 – пружина механизма управления.
К муфте шарнирно присоединен рычаг 5, поворачивающийся вокруг неподвижного шарнира 6 и перемещающий регулирующий клапан 7, впускающий пар в турбину.
Допустим, что положение регулятора скорости и клапана турбины обеспечивают некоторую частоту вращения и мощность турбины. При увеличении нагрузки на турбину ротор замедляет свое вращение, центробежная сила грузов уменьшится, муфта сдвинется вправо, клапан паровпуска 17 откроется для увеличения мощности турбины в соответствии с возросшей на нее нагрузкой.
Механизм управления турбоагрегатом.
В течение суток электрическая нагрузка может изменяться более чем в 2 раза, поэтому изменения частоты сети могут быть значительными. Отсюда возникает задача поддержания частоты в очень узких пределах при колебаниях нагрузки энергосистемы. Эта задача решается с помощью специального устройства управления турбиной, называемого синхронизатором, которым пользуются для точной подгонки частоты вращения (оборотов) при синхронизации турбины перед включением генератора в электрическую сеть.
Процесс восстановления частоты сети путем воздействия на механизм управления турбоагрегата называется . При изменении частоты сети посредством механизма управления частота вращения турбины изменяется (причем, в установленных пределах) очень мало (тем меньше, чем больше мощность энергосистемы), а мощность турбины значительно.
Для вторичного регулирования частоты в энергосистеме выделяется одна электростанция, постоянно изменяющая свою нагрузку в соответствии с изменением потребления электроэнергии.
Практически это производится автоматически регулятором частоты, нагружающим или разгружающим турбины при изменении частоты сети.