Брызгалов В.И. Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушенской гидроэлектростанций

Подождите немного. Документ загружается.

379

эжекторов, имеют преимущество и по эксплуатационным затратам,

и по надежности (не имеют вращающихся элементов и трущихся

поверхностей). И тем не менее, вопрос экономии воды при проек-

тировании ТВС продолжает дискутироваться.

На Красноярской ГЭС в техническом проекте одним из ос-

новных рассматривался вариант насосной схемы ТВС с забором воды

из нижнего бьефа. Главными аргументами в её пользу были: от-

сутствие потерь воды из водохранилища и невозможность возник-

новения полного гидростатического давления в таких элементах

системы ТВС, как маслоохладители и воздухоохладители, не рас-

считанные на это давление. При использовании самотечной системы с

забором воды из водохранилища в случае самопроизвольного зак-

рытия запорной арматуры на сливе системы ТВС (или по ошибке)

трубки маслоохладителей и воздухоохладителей были бы разрушены.

В практике того времени строительства отечественных высо-

конапорных гидроагрегатов самотечные системы не применялись,

поэтому опыта их эксплуатации не было. По мнению эксплуата-

ционной организации вероятность совпадения (наложение двух

аварий) отказа напорной редуцирующей аппаратуры на входе в ТВС

и закрытия арматуры на сливе весьма мала. При этом надежность

самотечной системы является исключительно высокой по беспере-

бойности водоснабжения и почти не требует затрат на обслуживание.

Эти аргументы были определяющими при выборе схемы ТВС. На

Красноярской ГЭС была впервые для высоконапорных гидроагре-

гатов создана самотечная система ТВС с забором воды из верхнего

бьефа с установкой редукционных клапанов с так называемым

регулированием “после себя”. Клапаны рычажной конструкции с

грузами просты по своему устройству. Они включают в себя и предо-

хранительный клапан.

Один лишь недостаток не удалось устранить за многолетний

период эксплуатации, и заключался он в том, что редуцирование

давления сопровождалось пульсацией потока в клапане, иногда

приводившей к резким толчкам рычагов и падению с них грузов.

Поэтому редуцирующая часть клапана была удалена и оставлен

только предохранительный клапан. Редуцирование давления стало

производиться путем уменьшения живого сечения напорных тру-

бопроводов запорной арматурой.

Система ТВС красноярских агрегатов построена по блочному

принципу (автономно на каждый агрегат) с двумя водозаборами из

спиральной камеры турбины. За 30-летний период эксплуатации

Красноярской ГЭС не было каких-либо повреждений, которые

приводили бы к повышению давления в системах ТВС и повреж-

дению их элементов, т.е. самотечная система техводоснабжения

надежна и рекомендуется к распространению.

380

Рис. 5.1 Схема техводоснабжения агрегата Саяно-Шушенской ГЭС

1 – деаэратор; 2 – эжектор с регулируемой подачей; 3 – фильтры сетчатые;

4 – теплообменники охлаждения статора генератора; 5 – воздухоохладители генератора;

6 – маслоохладители подпятника; 7 – маслоохладители подшипника генератора;

8 – теплообменники тиристорных возбудителей; 9 – переливное устройство;

10 – маслоохладители трансформатора; 11 – теплообменник для охлаждения масла МНУ;

12 – гидроклапан; 13 – резервирование от пожарной магистрали; СК – спиральная камера;

КАГ – выключатель нагрузки генератора;

НБ – водозабор из нижнего бьефа; НБ – слив в нижний бьеф

Для Саяно-Шушенской ГЭС была выбрана система техни-

ческого водоснабжения агрегатов с применением, в качестве источни-

ков питания, водоструйных эжекторов большой производительности

(рис. 5.1). Из рассматриваемых других вариантов систем – само-

381

течной и с забором воды насосами из нижнего бьефа, предпочтение

было отдано системе с эжекторами. При технико-экономическом

сравнении систем по-прежнему учитывались эксплуатационные

затраты, включающие в себя стоимость электроэнергии, необходимой

для работы насосов, и стоимость потерь, связанных с использованием

воды из водохранилища

. Стоимость эжекторов оказалась в несколь-

ко раз выше, чем стоимость серийных насосов, поскольку эжекторы

на большой расход в отечественной практике были разработаны

впервые, они являются головными образцами. Потребности для

выпуска большой серии не было, поэтому изготовлено было только

24 эжектора для Саяно-Шушенской ГЭС. Из-за большой стоимости

эжекторов недостаточно обосновано утверждение проектной органи-

зации [75] о существенном преимуществе эжекторной схемы при

технико-экономическом сравнении. Главным при сравнении ос-

тается основной показатель – надежность, даже если стоимостные

показатели высокие.

При создании системы ТВС с эжекторами вопрос экономии

воды, тем не менее, нашел свое развитие. Разработчикам эжектора

было задано условие по регулированию подачи воды в зависимости

от её температуры. По мнению создателей эжекторной схемы, ре-

гулирование расхода через эжектор позволит автоматизировать

регулирование температуры активных частей гидрогенераторов

Саяно-Шушенской ГЭС – обмотки и железа статоров [67]. К тому

времени были уже хорошо известны результаты исследований

регулирования теплового состояния красноярских гидрогенераторов

и успешно реализованные устройства, обеспечившие тепловое их

регулирование. Результаты этих исследований разработчиками не

были использованы. Проигнорировано было, что при регулировании

теплового состояния обмотки статора гидрогенератора, ради чего

проектировщиками задавались требования по созданию автома-

тического регулирующего эжектора, исследователями на Красно-

ярской ГЭС была доказана необходимость поддержания в обмотке

постоянства расхода дистиллированной воды и температуры её на

выходе. Это легко обеспечивалось путем перепуска части потока

дистиллированной воды через теплообменники в зависимости от

нагрузки агрегата. Для этого был разработан и внедрен специальный

регулятор (рис. 4.46). При этом не имело значения, какая в данный

момент температура технической воды омывает теплообменник. Не

было принято во внимание и то, что система ТВС агрегата имеет в

своем составе много разнохарактерных по гидравлическим свойст-

вам потребителей (маслоохладители подпятника и подшипника

генератора, подшипник турбины, воздухоохладители сердечника и

ротора генератора, теплообменники дистиллята обмотки статора

)

В эжекторной системе ТВС использование воды из водохранилища меньше, поскольку рабочий поток из ВБ

составляет 50% от суммарной подачи эжектора; 50% подсасывается из НБ.

382

генератора). Тепловое состояние каждого из этих потребителей

можно отрегулировать, лишь воздействуя на органы управления его

автономной гидравлической системы. В такой схеме нельзя получить

желаемого результата, регулируя только общий источник техни-

ческой воды, питающий всю систему.

Рис. 5.2а Внешний вид эжекторов, установленных в галерее здания

Саяно-Шушенской ГЭС

Эжектор системы ТВС Саяно-Шушенской ГЭС показан на

рисунках 5.2а и б. В процессе освоения были проведены натурные

испытания эжектора. На рисунке 5.3 представлена эксплуатационная

характеристика эжектора, полученная при испытании с напором 98 м.

Расход изменялся от 540 м

/ч до 1980 м

/ч, и напор на выходе соот-

ветственно изменялся от 45 до 20 м.

В процессе эксплуатации установились определенные пара-

метры в системе ТВС, которые обеспечиваются соответствующим

режимом эжекторов. В зимний период эжектор № 1 (рис. 5.1)

работает с открытием 30-40%, с расходом 1250-1450 м

/ч, эжектор

№ 2 с открытием 20-25%, с расходом 700-850 м

/ч. В летний период

открытие у эжекторов соответственно увеличивается и составляет:

40-50% и 25-30%, а расходы 1450-1650 м

/ч и 850-1100 м

/ч. Столь

незначительное изменение расхода эжекторов объясняется неболь-

шим сезонным изменением температуры воды от 5 до 9

С. Поэтому

открытие эжекторов меняется обслуживающим персоналом лишь

383

Рис

. 5.2

Разрез

эжектора

технического

водоснабжения

1 –

камера

смешивания

; 2 –

игла

; 3 –

диффузор

;

α =60

–

угол

раскрытия

иглы

;

γ =62

–

угол

раскрытия

насадки

384

два раза в год вручную, автоматизация такой редкой и несложной

операции не имеет смысла.

Рис. 5.3 Экспериментальная и расчетная эксплуатационные

характеристики эжектора Саяно-Шушенской ГЭС

при D

нас

=75 мм, α =60

, γ =60

, D

кам.смеш.

=170 мм и напоре 98 м

1 – экспериментальная кривая; 2 – расчетная кривая; 3 – характеристика потребителя

При проведении натурных испытаний эжектора производилось

измерение уровня шума, издаваемого турбулентным потоком воды.

Шум превышает предельно допустимую норму для человека и сос-

тавляет 95-100 децибел.

Из-за некачественного изготовления диффузоров в первый

период эксплуатации в них возникали трещины по сварным швам.

По мере ликвидации этих дефектов разрушения швов прекратились.

Эжекторы просты в обслуживании и могут быть рекомендо-

ваны для распространения с учетом имеющегося опыта их эксплуа-

тации на Саяно-Шушенской ГЭС.

Вместе с тем, подавление недопустимого шума, издаваемого

эжекторами, или изоляция от него должны быть предметом спе-

циального рассмотрения при проектировании подобных устройств на

других объектах. Высказанные проектной организацией рекомен-

дации об установке звуконепроницаемых поперечных перегородок

в галерее лишают возможности эксплуатацию механизировать

транспортную схему при обслуживании оборудования разного на-

значения, расположенного в продольной галерее рядом с эжекто-

рами. Здесь напрашивается решение по расположению эжекторов в

специальных, только для них запроектированных, помещениях.

Рекомендация о размещении эжекторов в перфорированных фут-

лярах, засыпанных минеральной ватой или керамзитом, тоже мало

приемлема, поскольку лишает возможности оперативного осмотра

385

эжекторов. На Саяно-Шушенской ГЭС единственно возможным

стало применение средств индивидуальной защиты (беруши, наушни-

ки), учитывая, что производство работ в галерее эжекторов проис-

ходит достаточно редко.

Таким образом, если бы все условия работы эжекторов системы

ТВС Саяно-Шушенской ГЭС до их разработки были тщательно изу-

чены, вполне достаточно было бы создать более простой нерегулируе-

мый эжектор с фиксированным оптимальным открытием около 50-60%.

Системы водоснабжения пожаротушения и хозяйственных нужд

проектировались для Саяно-Шушенской ГЭС в период, когда уже

была создана эксплуатационная организация, которая повлияла на

выбор принципиальной схемы водоснабжения. В частности, было

принято предложение о создании самотечной системы подачи воды

с разрывом высоконапорной струи. Альтернативный вариант с пода-

чей воды также из ВБ, но через редукционные клапаны, был отклонен,

так как неустойчивая работа клапанов могла привести к разрушению

находящихся в здании ГЭС крупных водоводов пожаротушения и

хозяйственного назначения, поскольку напор на Саяно-Шушенской

по сравнению с Красноярской ГЭС вдвое больше. Отказ клапана мог

создать гидростатическое давление для них в трубах 2,0-2,5 МПа, что

превышает испытательное давление для них в 2,0-2,5 раза.

Система хозяйственного водоснабжения Саяно-Шушенской

ГЭС выполнена с устройством емкостей большого объема, располо-

женных в теле левобережной глухой плотины на уровне, гаран-

тирующем, что гидростатическое давление не превысит величины

1,0 МПа во всех трубопроводах пожаротушения и хозводоснабжения

на любом объекте ГЭС (рис. 5.4). Емкости автоматически подпиты-

ваются из водозаборов ВБ через специальные регулирующие уст-

ройства. За 20-летний период эксплуатации этой системы каких-либо

отказов в её работе не было, она надежна и проста в эксплуатации.

Пневматическое хозяйство Красноярской и Саяно-Шушенской

ГЭС обеспечивает традиционных для гидростанций потребителей

сжатым воздухом: котлы МНУ, системы торможения гидрогене-

раторов, системы отжатия воды из камер РК турбин при переводе

генератора из режима с активной нагрузкой в режим синхронного

компенсатора (СК), электрические воздушные выключатели для их

привода и гашения электрической дуги при отключениях рабочих

токов и токов короткого замыкания, всякого рода пневматический

инструмент и т.п. В целом, на обеих ГЭС пневматические хозяйства по

построению схемы и удовлетворению потребителей сжатым воздухом

соответствуют технологическим потребностям. Наряду с этим, следует

остановиться на недостатках, для устранения которых потребовалось

провести исследования, на основе чего были выполнены разработки по

реконструкции отдельных элементов пневматических систем.

386

Рис. 5.4 Система с баками хозпитьевого водоснабжения и пожаротушения

1 – водозаборы на агрегатах №№ 1, 2, 3; 2 – сетчатые фильтры; 3 – резервуары

противопожарного запаса воды; 4 – перелив в колодец-гаситель; 5 – в систему

противопожарного трубопровода, а также водоснабжения п. Черемушки;

16с-20с – номер секции плотины

Так, на Красноярской ГЭС редукционные клапаны в сети сжа-

того воздуха выключателей не обеспечивали устойчивое поддержа-

ние заданных пределов давления 4/2 МПа, а также восстановление

387

давления в сети в заданное время после срабатывания выключа-

телей. Происходили постоянные сбои в настройке редукционных

клапанов. В результате исследований было принято решение о замене

редукционных клапанов на перепускные, для открытия и закрытия

которых был применен электрический привод. Контроль давления в

сети осуществляется электроконтактными манометрами, от которых

поступают соответствующие импульсы управления перепускными

клапанами. 30-летний опыт эксплуатации подтвердил надежность

системы редуцирования давления воздуха на основе перепускных

клапанов вместо проектной системы на редукционных клапанах.

На Красноярской ГЭС в электрической сети 110-220-500 кВ

применены впервые разработанные для того времени воздушные

выключатели бакового типа (ВВБ). Особенностью и преимуществом

их, в отличие от ранее выпускавшихся выключателей, является

отсутствие давления воздуха внутри опорной фарфоровой изоляции

и размещение дугогасительных устройств внутри металлических

камер (баков), находящихся постоянно в среде сжатого воздуха, а

также отсутствие отделителей.

На Саяно-Шушенской ГЭС применены воздушные выключа-

тели баковые крупномодульные компактные (ВВБК), которые раз-

работаны были на основе развития серии выключателей ВВБ, но

избыточное давление сжатого воздуха для ВВБК было принято 4 МПа.

Общим недостатком для обеих гидростанций является то, что

проектные предположения не оправдались по расходу воздуха для

воздушных выключателей, поэтому пришлось производительность

компрессорных станций увеличивать. Так, на Красноярской ГЭС была

построена ещё одна компрессорная установка на ОРУ-220 кВ, а на

Саяно-Шушенской ГЭС на ОРУ-500 кВ дополнительно установлено

2 компрессора.

Необходимо отметить, что на Красноярской ГЭС осушение

воздуха для сети управления выключателями осуществлялось за счет

термодинамического эффекта при понижении давления воздуха с 4

до 2 МПа. Это не обеспечивало в полной мере снижение влажности

воздуха, требующейся для выключателей типа ВВБ. Относительная

влажность воздуха при этом составляла в сети 2 МПа 50%. У этой

серии выключателей вентиляция внутреннего объема баков менее

интенсивная, чем у предыдущего поколения выключателей, в ко-

торых фарфор находился под давлением сжатого воздуха, поэтому

во избежание образования конденсата на внутренних его стенках и

потери электрической прочности продувка была более интенсивной.

По мере развития компрессорной техники были созданы комп-

рессоры достаточно большой производительности 144 м

/ч на дав-

ление 23 МПа. В этой связи на Красноярской ГЭС были заменены

прежние компрессоры на новые. Термодинамическая осушка воздуха

388

стала эффективной. При снижении давления с 23 до 2 МПа относи-

тельная влажность воздуха составляет около 9%, а при снижении

давления с 23 до 4 МПа относительная влажность воздуха около 18%

при суточном колебании температуры воздуха до 30

С.

В проекте Саяно-Шушенской ГЭС установка компрессоров на

давление 23 МПа была предусмотрена сразу же. Здесь в пневма-

тической сети воздухоснабжения выключателей ВВБК-500 установ-

лены следующие параметры: нижний предел давления в сети

составляет 3,2 МПа; электроперепускной клапан включается (от-

крывается) при давлении в сети 4 МПа и отключается (закрывается)

при давлении в сети 4,15 МПа; компрессоры включаются при

снижении давления в воздухосборниках до 17 МПа и отключаются

при давлении 23 МПа. Заданные уставки контролируются электро-

контактными манометрами. При снижении давления в воздухо-

сборниках до 16,5 МПа включаются резервные компрессоры. После

увеличения производительности компрессорной установки система

воздухоснабжения выключателей ВВБК-500 работает надежно.

Другой пневматической системой, представляющей особый

интерес, является система отжатия воды из камеры в области рабочих

колес гидротурбин для использования гидрогенераторов в режиме

синхронных компенсаторов реактивной мощности в энергосистеме.

На Красноярской ГЭС схема отжатия воды из области РК состоит

из 4-х компрессоров производительностью 3 м

/мин каждый и из 8

воздухосборников объемом по 40 м

каждый на давление 0,8 МПа.

Проектные предположения не оправдались ни по скорости открытия

задвижек впуска воздуха, ни по объему впуска воздуха в камеру РК. На

основе результатов натурных испытаний была выполнена реконст-

рукция схемы отжатия воды. Были проложены дополнительные

воздуховоды, вдвое увеличившие подачу воздуха и объем впуска его в

камеру РК. Подвод воздуха в камеру осуществлен в двух точках вместо

одной по проекту. Задвижки с электроприводом были заменены на

задвижки с гидроприводом. В результате гарантированное отжатие воды

происходит при одновременной подаче воздуха из 6 воздухосборников

при начальном давлении в них 0,75-0,8 МПа. Давление снижается до

0,15 МПа. Восстановление давления от 0,15 до 0,8 МПа происходит

при работе всех 4-х компрессоров в течение 20-25 минут.

На Саяно-Шушенской ГЭС для отжатия воды из камер РК

впервые было применено давление 6,4 МПа (рис. 5.5). Воздухосборники

расположены за пределами здания ГЭС в непосредственной близости к

низовой грани плотины (рис. 5.6). Потребовалась доработка проекта по

защите воздухосборников, поскольку при ремонтных работах на на-

клонной грани плотины возникает опасность падения на воздухо-

сборники каких-либо предметов, кроме того, могут образовываться

наледи, обрушение которых весной также не исключается.