Blok energetyczny elektrowni węglowej przechodzi kontrolę okresową. Arkusz prowadzi przez sześć części dokumentacji: rozpoznanie elementów na schemacie ideowym elektrowni (rysunek 1) i na schemacie bloku generator - transformator (rysunek 2b), przypisanie wejść zespołu zabezpieczeń CZAZ-GTM do funkcji zabezpieczeniowych, dane turbogeneratora TWW-200 z obliczeniem prądu stojana i doborem przekładnika prądowego, obliczenie sprawności kotła z serii pomiarów oraz bilans energetyczny bloku z wykresu Sankeya.
Model „d”, czyli dokumentacja na papierze. Zdający wpisuje ręcznie odczyty, wyniki obliczeń, oznaczenia z rysunków i wnioski do tabel, wykresów i schematów wydrukowanych w arkuszu. W podglądzie tłem jest strona arkusza, wpisy zdającego są granatowe i odręczne, a pola wpisane w bieżącym kroku są podświetlone na żółto. Kolejność kroków idzie za kolejnością tabel i rysunków w arkuszu, a w obrębie jednej tabeli - za kryteriami klucza.
Dane. Wszystkie liczby pochodzą z treści zadania, tabel i rysunków arkusza CKE. Każdy wynik jest w skrypcie policzony z tych danych i porównany z kluczem oceniania, a każda wpisana nazwa - z tekstem kryterium. Tam, gdzie klucz przyjmuje kilka zapisów, w kroku jest to zaznaczone. Wiedza z energetyki spoza arkusza (np. znaczenie liter w oznaczeniu kotła, symbole na schemacie) jest w kroku nazwana wprost jako wiedza ogólna.
Bezpieczeństwo. To materiał do nauki pracy z dokumentacją. Przeglądy, pomiary i naprawy kotłów, generatorów i urządzeń elektroenergetycznych wykonują wyłącznie osoby z odpowiednimi uprawnieniami (świadectwa kwalifikacyjne), według instrukcji eksploatacji i poleceń na piśmie - rozwiązanie arkusza ich nie zastępuje.
Dwie rzeczy, o które łatwo się potknąć. (1) Do strat w kotle bierze się parametry węgla kamiennego z tabeli 6 (Wu = 22 600 kJ/kg, Ar = 24,70%) - tabela 5 podaje inną wartość opałową (21 MJ/kg), ale klucz liczy z tabeli 6, tak jak każe polecenie. (2) Wynik straty w kotle (16,01%) pojawia się potem na wykresie Sankeya jako Sk - to sprawdzian, że obliczenia w tabeli F są poprawne.
To jedno z możliwych rozwiązań.
Jak liczą się punkty. Klucz ma 51 kryteriów w 6 rezultatach, każde za 1 punkt. Próg zdania części praktycznej to 75%, czyli 39 punktów - można stracić 12 kryteriów i nadal zdać.
Kroki 1-3 · po tym etapie masz 10 z 51 kryteriów (pkt)
Przyporządkuj oznaczenia literowe z rysunku 1 do nazw elementów elektrowni węglowej w tabeli A.
Na rysunku 1 spaliny z kotła (C) przechodzą przez elektrofiltr (B) - prostokąt z symbolem wysokiego napięcia, który wyłapuje popiół lotny - do komina (A). Rozpoznanie symboli na schemacie ideowym to wiedza ogólna o budowie elektrowni cieplnej; litery są zgodne z kluczem.
Przyporządkuj oznaczenia literowe z rysunku 1 do nazw elementów elektrowni węglowej w tabeli A.
Para z kotła (czerwona linia) napędza turbinę (E), ta - generator (F) na wspólnym wale. Napięcie generatora 18 kV podnosi do sieci 110 kV transformator blokowy (G), a odczep na 6 kV to transformator potrzeb własnych (H) - zasila urządzenia samej elektrowni.
Zamiana G i H - transformator blokowy łączy generator z siecią 110 kV, potrzeb własnych schodzi na 6 kV.
Przyporządkuj oznaczenia literowe z rysunku 1 do nazw elementów elektrowni węglowej w tabeli A.
Para z turbiny skrapla się w skraplaczu (I) - wymienniku chłodzonym wodą z chłodni kominowej (J) (pomarańczowa i niebieska linia). Skropliny pompa tłoczy do zbiornika wody zasilającej (D), skąd druga pompa podaje wodę z powrotem do kotła.
Kroki 4-7 · po tym etapie masz 20 z 51 kryteriów (pkt)
Przyporządkuj oznaczenia literowe z rysunku 2b do nazw aparatury i urządzeń bloku energetycznego w tabeli B.
Na rysunku 2b koło z symbolem G to generator synchroniczny (K) TWW-200, a element z lewej, połączony z nim wałem, to turbina kondensacyjna (L). Symbole na schemacie elektrycznym rozpoznaje się z wiedzy ogólnej; litery wg klucza.
Przyporządkuj oznaczenia literowe z rysunku 2b do nazw aparatury i urządzeń bloku energetycznego w tabeli B.
Od generatora do rozdzielni WN: transformator blokowy (P) (dwa koła - dwa uzwojenia), nad nim wyłącznik blokowy (S) (łącznik z zaznaczonym stykiem, przerywa prąd zwarciowy) i przy szynach odłącznik blokowy (T) - daje widoczną przerwę, ale nie przerywa prądu obciążenia.
Zamiana wyłącznika (S) i odłącznika (T) - odłącznik jest od strony szyn rozdzielni.
Przyporządkuj oznaczenia literowe z rysunku 2b do nazw aparatury i urządzeń bloku energetycznego w tabeli B.
Wzbudzenie zasila transformator wzbudzenia (N) z odczepu przy generatorze, dalej prostownik wzbudzenia (Ł) (prostokąt z symbolem tyrystora) i wyłącznik wzbudzenia (M) w obwodzie wirnika (Iw, Uw).
Przyporządkuj oznaczenia literowe z rysunku 2b do nazw aparatury i urządzeń bloku energetycznego w tabeli B.
Kółko na przewodzie z oznaczeniem prądu (I3) to przekładnik prądowy (R), a zespół kółek z wyprowadzeniami U2, U3 (F802, F803) - przekładnik napięciowy (O).
Kroki 8-10 · po tym etapie masz 30 z 51 kryteriów (pkt)
Na podstawie danych zawartych w tabeli 1 zidentyfikuj, które wejście odpowiada konkretnemu zabezpieczeniu turbogeneratora, a następnie uzupełnij tabelę C.
Tabela 1 podaje dla każdej funkcji kod ANSI, a rysunek 2a - przy którym wejściu ten kod stoi. Różnicowe bloku 87B - wejście 1; przeciążeniowe stojana 51G - 4; nadprądowe i podnapięciowe 51V I> U< - 5; przetężeniowe transformatora wzbudzenia 51TW - 10; od asymetrii obciążenia Inv (na rysunku 46Inv) - 3. Klucz przyjmuje numer wejścia albo kod.
Pomylenie wiersza 46 (bez numeru wejścia) z 46Inv (wejście 3).
Na podstawie danych zawartych w tabeli 1 zidentyfikuj, które wejście odpowiada konkretnemu zabezpieczeniu turbogeneratora, a następnie uzupełnij tabelę C.
Podnapięciowe przy zaniku wzbudzenia 27 - wejście 6; od utraty wzbudzenia 40 - 7; od doziemień w uzwojeniu wirnika 64R.1, 64R.2 - wejście 2 (zajmuje dwa wiersze na dole rysunku).
Na podstawie danych zawartych w tabeli 1 zidentyfikuj, które wejście odpowiada konkretnemu zabezpieczeniu turbogeneratora, a następnie uzupełnij tabelę C.
Od przewzbudzenia stojana i transformatora blokowego 24 - wejście 8; przed przypadkowym załączeniem generatora do sieci 81GL - wejście 9. Wiersz 81 (bez GL) nie ma numeru wejścia i nie jest odpowiedzią.
Kroki 11-14 · po tym etapie masz 36 z 51 kryteriów (pkt)
Korzystając ze schematu 2b i tabeli 2, określ dane znamionowe turbogeneratora oraz oblicz wartość prądu turbogeneratora na podstawie podanej zależności, a następnie uzupełnij tabelę D.
Na schemacie 2b generator ma oznaczenie TWW-200, a w tabeli 2 ten typ ma moc znamionową 235 MVA i napięcie 15,75 kV.
Wzięcie danych TGH-120 albo GTHW-360 - typ trzeba odczytać ze schematu.
Korzystając ze schematu 2b i tabeli 2, określ dane znamionowe turbogeneratora oraz oblicz wartość prądu turbogeneratora na podstawie podanej zależności, a następnie uzupełnij tabelę D.
Z S = √3 · U · I: I = S / (√3 · U) = 235 MVA / (1,73 · 15,75 kV) = 235 / 27,2475 = 8,6246 ≈ 8,62 kA. MVA podzielone przez kV daje od razu kA. Klucz przyjmuje też zapis w amperach (8 620 A).
Korzystając z informacji zawartych w tabelach 3 i 4, dobierz przekładnik prądowy do pomiaru kontrolnego wielkości prądu stojana generatora i uzupełnij jego parametry w tabeli D.
Przekładnik musi mieć najwyższe napięcie pracy co najmniej 15,75 kV - spośród modeli z tabeli 4 odpadają więc ABE-12 (12 kV), zostają modele 24 kV. Maksymalny prąd pierwotny musi objąć 8 620 A: ABE-24 (8 000 A) i ABF-24 (6 500 A) są za małe, więc ABG-24 z prądem 10 000 A.
Korzystając z informacji zawartych w tabelach 3 i 4, dobierz przekładnik prądowy do pomiaru kontrolnego wielkości prądu stojana generatora i uzupełnij jego parametry w tabeli D.
Pomiar jest kontrolny, a tabela 3 dla mierników kontrolnych, w tym przekładników pomiarowych, wymaga klasy 1 (0,2 i 0,5 dotyczą liczników rozliczeniowych). Klasa jest liczbą bez jednostki.
Kroki 15-22 · po tym etapie masz 43 z 51 kryteriów (pkt)
Oblicz średnie wartości parametrów kotła węglowego i uzupełnij dane w tabeli E.
Każda średnia to suma czterech pomiarów podzielona przez 4, zapisana z dwoma miejscami po przecinku, np. temperatura spalin (200,1 + 198,2 + 199,8 + 198,9) / 4 = 199,25°C, CO₂ (11,00 + 12,00 + 11,90 + 11,70) / 4 = 11,65%, części palne w żużlu 13,80%, w popiele lotnym 10,30%. Średnią CO (0,004%) arkusz podał sam. Tabela E nie jest oceniana, ale z niej liczy się tabelę F.
Korzystając z obliczeń zawartych w tabeli E, danych w tabelach 5 i 6 oraz wzorów, oblicz parametry sprawności kotła i zapisz wyniki w tabeli F.
Sko = σ · (Ts − Tot) / CO₂, σ = 0,65 (węgiel kamienny). Temperatury trzeba zamienić na kelwiny (+ 273,15), ale różnica jest ta sama: 472,40 − 293,15 = 179,25 K. Sko = 0,65 · 179,25 / 11,65 = 10,00%.
Korzystając z obliczeń zawartych w tabeli E, danych w tabelach 5 i 6 oraz wzorów, oblicz parametry sprawności kotła i zapisz wyniki w tabeli F.
Sco = β · CO / (CO + CO₂) = 60 · 0,004 / (0,004 + 11,65) = 0,24 / 11,654 = 0,02%.
Korzystając z obliczeń zawartych w tabeli E, danych w tabelach 5 i 6 oraz wzorów, oblicz parametry sprawności kotła i zapisz wyniki w tabeli F.
Węgiel kamienny z tabeli 6: Ar = 24,70%, Wu = 22 600 kJ/kg; WuC = 33 850 kJ/kg. Czynnik 0,8 · 24,70 · 33 850 / 22 600 = 29,60; nawias 13,80 / 86,20 = 0,1601. Sż+p = 4,74%.
⚠️ Sprzeczność w arkuszu: wartość opałowa węgla kamiennego - tabela 5 (dane kotła) podaje 21 MJ/kg, a tabela 6 (parametry paliw) 22 600 kJ/kg. Z 21 MJ/kg wychodzi Sż+p = 5,10% (i strata w lotnym popiele 0,91%). Klucz CKE liczy z tabeli 6 (4,74% i 0,85%) - na egzaminie punkt daje wartość z klucza.
Wzięcie wartości opałowej 21 MJ/kg z tabeli 5 - wynik (5,10%) wypada poza tolerancję klucza.
Korzystając z obliczeń zawartych w tabeli E, danych w tabelach 5 i 6 oraz wzorów, oblicz parametry sprawności kotła i zapisz wyniki w tabeli F.
Ten sam wzór ze współczynnikiem 0,2: 7,40 · 10,30 / 89,70 = 7,40 · 0,1148 = 0,85%.
Korzystając z obliczeń zawartych w tabeli E, danych w tabelach 5 i 6 oraz wzorów, oblicz parametry sprawności kotła i zapisz wyniki w tabeli F.
Średnia moc cieplna kotła to 400 MW = 4 · 10⁵ kW. Na rysunku 3 (skale logarytmiczne) idzie się pionowo od „4” w dekadzie ×10⁵ do krzywej b - węgiel kamienny, a potem poziomo do osi strat: ok. 0,4%. Odczyt nie ma osobnego kryterium, ale wchodzi do sumy strat. Linie odczytu w podglądzie są pomocnicze - klucz ich nie ocenia.
Korzystając z obliczeń zawartych w tabeli E, danych w tabelach 5 i 6 oraz wzorów, oblicz parametry sprawności kotła i zapisz wyniki w tabeli F.
10,00 + 0,02 + 4,74 + 0,85 + 0,40 = 16,01%. Klucz ma tu tolerancję ±1,00 - właśnie na różnice w odczycie z wykresu.
Korzystając z obliczeń zawartych w tabeli E, danych w tabelach 5 i 6 oraz wzorów, oblicz parametry sprawności kotła i zapisz wyniki w tabeli F.
ηk = 100 − 16,01 = 83,99%. Wszystkie wyniki w tabeli F mają dwa miejsca po przecinku (także 10,00 i 0,40) - to osobne kryterium.
Zapis „10” zamiast „10,00” - traci się punkt za dokładność zapisu.
Kroki 23-27 · po tym etapie masz 51 z 51 kryteriów (pkt)
Korzystając z wykresu Sankeya (Rysunek 4.), sporządź bilans energetyczny elektrowni i uzupełnij tabelę G.
Wykres Sankeya zaczyna się od Q0 = 100% energii w paliwie i każe liczyć Qn = Qn-1 − Sx. Pierwsza strata to straty w kotle Sk = 16,01%: Q1 = 100 − 16,01 = 83,99% (to sprawność kotła z tabeli F).
Korzystając z wykresu Sankeya (Rysunek 4.), sporządź bilans energetyczny elektrowni i uzupełnij tabelę G.
Q2 = 83,99 − 1,8 = 82,19%, Q3 = 82,19 − 48,77 = 33,42%. Skraplacz to największa strata całego bloku - oddaje do wody chłodzącej prawie połowę energii paliwa.
Korzystając z wykresu Sankeya (Rysunek 4.), sporządź bilans energetyczny elektrowni i uzupełnij tabelę G.
Q4 = 33,42 − 0,79 = 32,63%, Q5 = 32,63 − 0,58 = 32,05%.
Korzystając z wykresu Sankeya (Rysunek 4.), sporządź bilans energetyczny elektrowni i uzupełnij tabelę G.
Q6 = 32,05 − 2,28 = 29,77%, Q7 = 29,77 − 0,36 = 29,41%.
Korzystając z wykresu Sankeya (Rysunek 4.), sporządź bilans energetyczny elektrowni i uzupełnij tabelę G.
η = energia oddana do sieci / energia w paliwie · 100%. Za transformatorem blokowym do sieci trafia Q7, a Q0 = 100%, więc η = 29,41%.
Symulacja ekranu w przeglądarce - w Android Studio / Visual Studio wygląd może się nieco różnić.
To jedno z możliwych rozwiązań. Egzaminator ocenia spełnienie kryteriów z klucza odpowiedzi, a nie zgodność z tym rozwiązaniem - inna, poprawna droga też daje punkty.
Autor rozwiązania: Bartosz Bryniarski. Licencja CC BY-NC 4.0 - kopiowanie i przeróbki do celów niekomercyjnych, z podaniem autora i źródła (link do tej strony) (zasady wykorzystania). Treść arkusza i klucza oceniania pochodzi z CKE.