V muzeju hidroelektrarne Fala si lahko ogledate naslednje eksponate:
Pomožni vzbujevalni generator je samo-vzbudni generator enosmernega toka napetosti 110 V in je povezan s turbinsko osjo preko prenosa z jermenom. Njegov namen je zagotoviti električni tok enosmerne napetosti za potrebe vzbujanja glavnega vzbujevalnika.
Samo-vzbudni enosmerni generator je vrsta generatorja, ki proizvaja enosmerno električno napetost in tok ter se lahko samodejno vzbuja brez potrebe po zunanjem vzbujanju. Deluje na osnovi principa elektromagnetne indukcije.
Generator vsebuje stator z navitji in rotor s komutatorjem. Ko se rotor vrti, se magnetno polje v statorju spreminja, kar povzroči indukcijo električne napetosti v statorskih navitjih. Komutator na rotorju preko drsnih ščetk nato pretvori to inducirano izmenično napetost v enosmerno napetost, ki se odvede iz pomožnega vzbujalnega generatorja.
Samo-vzbudni enosmerni generator vključuje tudi vzbujalno navitje, ki je navadno povezano z rotorjem. Ta vzbujalna navitja proizvajajo magnetno polje, ki se uporablja za vzbujanje generatorja. Ko se generator zažene zaradi vrtenja turbine, se en del izhodne enosmerne napetosti usmeri nazaj v vzbujalno navitje preko regulatorja napetosti. To ustvarja magnetno polje, ki je potrebno za vzdrževanje vzbujenega stanja generatorja oziroma inducirane električne napetosti. Takšen generator omogoča samodejni zagon in vzdrževanje delovanja generatorja brez zunanjega napajanja z električno energijo.
Enosmerni generator z drsnimi obroči, namenjen vzbujanju sinhronskega generatorja, je generator, ki proizvaja enosmerno električno napetost in tok ter je posebej zasnovan za vzbujanje magnetnega polja v rotorju sinhronskega generatorja. Običajno se nahaja na isti osi kot sinhronski generator. Deluje na osnovi elektromagnetne indukcije in je običajno povezan z rotorjem sinhronskega generatorja preko drsnih obročev.
Delovanje enosmernega generatorja z drsnimi obroči za vzbujanje sinhronskega generatorja je naslednje:
Vzbujalni navitji: Enosmerni generator ima navadno dve vzbujalni navitji, ki sta nameščeni na rotorju. Vzbujalni navitji sta napajani iz pomožnega vzbujevalca, ki je enosmerni samo-vzbudni generator. Ta vzbujalna navitja proizvajajo magnetno polje, ki je potrebno za vzbujevanje rotorja sinhronskega generatorja.
Drsni obroči: Na rotorju enosmernega generatorja so nameščeni drsni obroči, ki omogočajo električno povezavo med enosmernim generatorjem in rotorjem sinhronskega generatorja.
Indukcija enosmernega toka: Ko se rotor enosmernega generatorja vrti, skozi njegova navitja teče tok pomožnega vzbujevalca, zato se magnetno polje v statorju spreminja, kar povzroči indukcijo električne napetosti v statorskih navitjih. Ta napetost se nato prenese na drsne obroče na rotorju.
Prenos napetosti: Enosmerni tok, ustvarjen v vzbujalnih navitjih, se prenese preko drsnih obročev na rotor sinhronskega generatorja. Ta tok potuje skozi vzbujalne navitje v rotorju, kar ustvari in vzdržuje magnetno polje v rotorju sinhronskega generatorja.
Vzbujanje sinhronskega generatorja: Magnetno polje, ustvarjeno v rotorju sinhronskega generatorja, omogoča sinhronizacijo in vzdrževanje želene izhodne električne napetosti in frekvence v sinusnem vzorcu. To omogoča, da sinhronski generator proizvaja stabilno in zanesljivo enosmerno električno energijo.
Sinhronski generator z izraženimi poli na rotorju je vrsta generatorja, kjer so magnetni poli posamično nameščeni neposredno na rotorju. V starejših hidroelektrarnah je bil običajno vgrajen tako, da je os rotorja vodoravna. Na statorju je nameščeno trifazno navitje za električni tok visoke napetosti. Os generatorja je neposredno povezana z osjo vodne turbine. Delovanje takega generatorja temelji na principu elektromagnetne indukcije.
Skozi navitja magnetnih polov na rotorju med obratovanjem teče vsiljeni enosmerni električni tok napetosti 500 V. Poli se vgrajujejo v parih. Povezave med poli so narejene tako, da dva pola tvorita magnetni dvo-pol sever-jug. Magnetno polje, ki se ustvari zaradi enosmernega toka skozi navitja obeh polov se krožno zaključuje skozi železno jedro rotorja in statorja preko zračne reže med njima.
Ko se rotor obrača zaradi vrtenja turbine na isti osi, se zaradi vrtenja polov ustvari rotacijsko magnetno polje, ki preko zračne reže in železa prečka navitja statorskega navitja. Ta premikajoči se magnetni tok iz rotorja skozi statorska navitja ustvarja sinusni vzorec magnetnega polja, ki inducira v statorskem navitju trifazno izmenično napetost velikosti 10 kV. Zaradi prisotne električne napetosti lahko steče trifazni električni tok do porabnikov, če so priključeni na statorsko navitje generatorja.
Centrifugalni turbinski regulator hitrosti s pripadajočo tlačno napravo je mehanizem, ki nadzira hitrost vrtenja vodne turbine in s tem tudi izhodno moč agregata. Deluje na osnovi izravnave centrifugalnih sil pri vrtenju izbranih uteži in regulacije tlaka v hidravličnem sistemu turbine.
Ko se hitrost turbine povečuje, se zaradi višje hitrosti vrtenja mehanizma centrifugalne sile na regulatorju povečajo. To povzroči, da se tlačna naprava, ki je povezana s centrifugalnim regulatorjem odzove tako, da zmanjša tlak v hidravličnem sistemu turbine tako, da se z servomotorjem povezan mehanizem vodilnih lopat turbine premakne v smeri zapiranja lopat. Posledično se zmanjša dovod vode v turbino, kar zmanjša hitrost vrtenja turbine in tako ohranja želeno hitrost delovanja.
V primeru zmanjšanja hitrosti turbine se centrifugalne sile zmanjšajo, zaradi česar se tlačna naprava odzove z zmanjšanjem tlaka na nasprotni strani servomotorja tako, da se z servomotorjem povezan mehanizem vodilnih lopat turbine premakne v smeri odpiranja lopat. To poveča dovod vode v turbino, kar poveča hitrost vrtenja turbine in ponovno vzpostavi želeno hitrost delovanja.
Tako centrifugalni regulator hitrosti in pripadajoča tlačna naprava skupaj zagotavljata avtomatski nadzor nad hitrostjo vodne turbine, kar omogoča stabilno in učinkovito delovanje hidroelektrarne.
Vertikalna vodna turbina tipa Kaplan je sestavljena iz naslednjih glavnih komponent:
Prednosti Kaplanove turbine:
Komandni prostor je osrednje mesto za upravljanje in nadzor delovanja elektrarne. Njegov namen in delovanje vključujejo naslednje glavne funkcije:
1. Upravljanje z zagonom in sinhronizacijo agregatov na omrežje
Zagon agregatov: Komandni prostor omogoča operaterjem, da sprožijo in nadzorujejo zagon vodne turbine in generatorjev (agregatov) v hidroelektrarni. To vključuje postopke, kot so preverjanje stanja naprav, prilagajanje hidravličnih parametrov in postopno povečevanje hitrosti vrtenja turbine in s tem generatorjev na isti gredi.
Sinhronizacija generatorja na omrežje: Operaterji iz komandnega prostora usklajujejo frekvenco in fazo generatorja z električnim omrežjem, da zagotovijo nemoteno priključitev. Sinhronizacija je ključnega pomena za preprečevanje nihanj in motenj v omrežju.
2. Upravljanje zapornic pretočnih polj
Nadzor nad zapornicami: Komandni prostor omogoča daljinsko upravljanje zapornic, ki uravnavajo pretok vode skozi hidroelektrarno. S tem se prilagaja skupna količina vode, ki teče skozi turbine in v primeru viškov tudi preko zapornic, kar neposredno vpliva na proizvodnjo električne energije in zagotavlja varnost objekta pred poplavo.
Regulacija pretoka: Operaterji lahko prilagajajo pretok glede na trenutne zahteve po energiji, stanje reke in varnostne parametre, s čimer se optimizira proizvodnja in zagotavlja varnost in stabilnost objekta.
3. Upravljanje stikal v visokonapetostnem stikališču
Vklapljanje in izklapljanje stikal: Iz komandnega prostora je mogoče daljinsko upravljati visokonapetostna stikala, ki povezujejo elektrarno z omrežjem. To vključuje vklapljanje, izklapljanje in preklapljanje stikal na različne dele omrežja.
Nadzor nad visokonapetostnim stikališčem: Operaterji spremljajo delovanje visokonapetostnega stikališča, preverjajo stanje opreme in izvajajo potrebne ukrepe za zagotavljanje varnega in učinkovitega prenosa električne energije.
4. Upravljanje srednje-napetostnih in nizkonapetostnih stikališč za lastno porabo elektrarne
Srednje-napetostna in nizkonapetostna stikališča: Komandni prostor omogoča tudi upravljanje srednje-napetostnih (SN) in nizko-napetostnih (NN) stikališč, ki so ključna za zagotavljanje lastne porabe elektrarne. To vključuje napajanje lastnih sistemov, kot so skupni podporni sistemi, kot so obratovalne zapornice, drenažni sistemi, sistemi stisnjenega zraka, dvižne naprave, osvetlitev, ogrevanje, prezračevanje, in drugi podporni sistemi.
Upravljanje porabe: Operaterji lahko spremljajo in prilagajajo porabo električne energije znotraj elektrarne, kar omogoča optimizacijo in zagotavljanje učinkovitega delovanja vseh podpornih sistemov.
Varnost in zanesljivost: Nadzor nad SN in NN stikališči zagotavlja, da so vsi sistemi znotraj elektrarne varno in zanesljivo napajani, kar prispeva k splošni operativni stabilnosti.
5. Informacijska in telekomunikacijska povezanost komande elektrarne z nadrejenimi sistemi
Informacijski sistemi: Komandni prostor je povezan z naprednimi informacijskimi sistemi, ki omogočajo zbiranje, obdelavo in analizo podatkov v realnem času. To vključuje podatke o delovanju agregatov, pretokih, napetostih, tokovih in drugih ključnih parametrih.
Telekomunikacijski sistemi: Povezava s telekomunikacijskimi sistemi omogoča komunikacijo med komandnim prostorom in nadrejenimi sistemi, kot so centri vodenja in nacionalni nadzorni center za prenosno omrežje. To je bistveno za koordinacijo in sinhronizacijo delovanja z omrežjem.
Nadrejeni sistemi: Komandni prostor sodeluje z nadrejenimi sistemi za upravljanje in nadzor energetskega omrežja, kar omogoča integrirano delovanje, hitro odzivanje na motnje in optimizacijo proizvodnje in porabe energije.
Kibernetska varnost: Informacijski in telekomunikacijski sistemi so opremljeni z naprednimi varnostnimi ukrepi, ki zagotavljajo zaščito pred kibernetskimi napadi in nepooblaščenim dostopom, kar je ključno za zanesljivo delovanje elektrarne.
Pomen komandnega prostora
Komandni prostor je ključnega pomena za varno in učinkovito delovanje hidroelektrarne. Omogoča centraliziran nadzor, hitre odzive na spremembe v omrežju in optimalno upravljanje virov. Vse operacije so podprte s sodobnimi nadzornimi sistemi, ki vključujejo podatke v realnem času, avtomatizacijo in napredne algoritme za podporo pri odločanju. V novejšem času je vloga komandnega prostora elektrarne postala sekundarnega pomena, ker je omogočeno daljinsko vodenje in krmiljenje vseh naprav elektrarne iz oddaljenega centra vodenja, od koder se vodi in upravlja s celotno verigo hidroelektrarn.
Skupaj te funkcije zagotavljajo, da hidroelektrarna deluje zanesljivo, varno in učinkovito, kar prispeva k stabilnosti in zanesljivosti širšega električnega omrežja.
Namen
Zapornice na principu Gallove verige se uporabljajo v pretočnih poljih hidroelektrarne za uravnavanje pretoka vode preko pregrade, za vzdrževanje ustreznega nivoja zgornje vode in zaščito pred poplavami. Omogočajo natančen nadzor nad količino vode, ki teče mimo turbin čez pregrado, ter omogočajo popolno zaprtje pretočnega polja.
Sestava
Zapornica na principu Gallove verige je sestavljena iz naslednjih glavnih komponent:
Delovanje
Ko je potrebno povečati pretok vode skozi hidroelektrarno, se zgornja tabla zapornice spusti.
Pogonski sistem (elektromotor) aktivira zobniški mehanizem, ki premakne Gallovo verigo.
Veriga se giblje po zobniškem mehanizmu navzdol, kar povzroči, da se zgornja tabla zapornice, ki je pritrjena na verigo, spušča in omogoči pretok vode čeznjo. Zgornja tabla zapornice se lahko spušča, dokler ne nasede na spodnjo tablo zapornice. To je točka največjega preliva vode čez zgornjo zapornico. V kolikor se pogonski sistem ne ustavi, se pričneta obe tabli, to je zgornja in spodnja, skupaj dvigati. Tako se prične preliv čez zgornjo zapornico zmanjševati, pojavi pa se podliv pod spodnjo tablo zapornice. Zaradi razlike v višini vodnega stebra oziroma tlakov med podlivom in prelivom, se navkljub zmanjševanju preliva, skupni pretok skozi zapornico zaradi podliva zvezno povečuje s premikanjem obeh tabel navzgor. Končno stanje odprtja je, ko se obe tabli dvigneta nad nivo zgornje vode in je skozi pretočno olje omogočen prost neoviran pretok vode. Ko je potrebno zmanjšati pretok vode ali popolnoma zapreti prehod vode, se spodnja tabla spusti in zgornja tabla zapornice dvigne do končne lege.
Natančen nadzor nad spustom ali dvigom zapornice omogoča regulacijo količine vode, ki teče skozi pretočno polje.
Daljinski kontrolni sistem omogoča prilagajanje višine zapornice glede na trenutne potrebe po pretoku in proizvodnji električne energije.
Namen
Portalni žerjav v hidroelektrarni se uporablja za dviganje, premikanje in nameščanje težkih bremen, kot so turbine, generatorji, zapornice in druge velike komponente. Pomemben je pri vzdrževanju, montaži in demontaži opreme ter pri premikanju materialov znotraj hidroelektrarne.
Sestava
Portalni žerjav je sestavljen iz naslednjih glavnih komponent:
Delovanje
Prednosti portalnega žerjava v hidroelektrarni
Portalni žerjav je zato nepogrešljiv del opreme v hidroelektrarnah, saj omogoča učinkovito in varno delo z velikimi in težkimi komponentami.
Celotna pregrada hidroelektrarne Fala je sestavljena iz dveh namensko ločenih delov. V matico struge je bilo nameščenih pet pretočnih polj z nameščenimi obratovalnimi zapornicami za odvajanje vodnih viškov. Drugi del pregrade, levo od pretočnih polj, je vtočni objekt za sedem agregatov. Posamezna vtočna komora je na vstopu opremljena s vertikalno turbinsko zapornico. Vsaka zapornica je bila opremljena z elektromotornim pogonskim mehanizmom, ki je s pomočjo zobate letve na bokih zapornice omogočal premikanje zapornice. Krmiljenje pogonskega mehanizma posamezne turbinske zapornice se je izvajalo ročno iz krmilne omare nameščene na mostu zraven vtočne komore. V primeru obratovanja agregata je bila zapornica stalno dvignjena. V primeru vzdrževalnih del na agregatu je bila zapornica spuščena. V primeru spuščene zapornice je voda iz vtočne komore agregata odtekla v spodnjo strugo. Celotna turbina je bila na takšen način na suhem in dostopna za izvedbo vzdrževalnih del. Za turbinsko zapornico v smeri vtoka vode na turbino je nameščena vertikalna rešetka, ki je preprečevala vstop večjih plavin iz reke v turbino. Rešetko je bilo med obratovanjem potrebno redno čistiti s pripadajočim čistilnim strojem za plavje.
