Огурцов А.П. Паровые турбины ЛМЗ сверхкритических параметров

Подождите немного. Документ загружается.

121

использовались магниты МП-201 с малым ходом, но большой силой

(900 Н). Это позволило упростить, конструкцию, непосредственно со-

единив золотник и электромагнит и имея в этом соединении зазор для

использования кинетической энергии сердечника электромагнита на

начальном участке хода

5. Золотник предварительной защиты. В конструкции золотника

(рис. 8.16) учитываются отмеченные выше особенности стопорных

клапанов. После закрытия стопорных и регулирующих клапанов от

золотника предварительной защиты их обратное открытие возможно

только в определенной последовательности: вначале стопорных и затем

регулирующих. В золотнике потребовалось выполнить специальный

демпфер, создающий задержку в открытии регулирующих клапанов

на 3—5 с, т.е. на время, достаточное для открытия стопорных клапанов.

8.4. МАСЛОСНАБЖЕНИЕ СИСТЕМЫ

РЕГУЛИРОВАНИЯ.

Схемы маслоснабженя. При выборе схемы маслоснабжения

САР нужно было учесть ряд специфических требовании, возникших из-

за снятия насоса с вала турбины и применения электронасосов. Элек-

тронасосы должны нормально работать при напряжении, сниженном до

70% (иногда до 60%) номинального. Такой режим возникает на элек-

тростанции при пуске крупного двигателя, например питательного

электронасоса, длительность пуска которого составляет 14—16 с. Не-

обходима бесперебойная работа при кратковременном (на 3--5 с) ис-

чезновении напряжения собственных нужд. При более длительной по-

тере питания энергоблок, как правило, останавливается и клапаны тур-

бины должны закрываться. Переход с работавшего насоса на резерв-

ный, в том числе и в аварийной ситуации, должен происходить без су-

щественного снижения нагрузки турбины. Наконец, требуемое быстро-

действие САР должно достигаться при минимальной разнице между

нормальным и максимальным расходом насоса.

Наибольшее распространение получили две схемы, показанные

на рис. 8.17. Схема а применялась на большом числе турбин

К-300-240-1, схема б (с некоторыми модификациями) используется на

всех выпускаемых в настоящее время турбинах СКД.

В схеме а имеются два электронасоса переменного тока (рабочий

и резервный), один электронасос постоянного тока и три пружинных

аккумулятора. Масло подается в один напорный коллектор, из которого

поступает ко всем узлам САР. Для обеспечения нормальной работы

при сниженном напряжении номинальная мощность электродвигателя

переменного тока выбирается с двойным запасом по сравнению с мощ-

ностью насоса, потребляемой в стационарном режиме. Это же обеспе-

чивает быстрый пуск резервного насоса при отключении работавшего.

Практически за 1с пускаемый насос выходит на полную частоту вра-

щения. На время разворота резервного насоса предусмотрены пружин-

ные аккумуляторы. При потере напряжения переменного тока, пока

срабатывают ступени АВР в цепях собственных нужд, масло подается

Рисунок 8.17. Схемы маслоснабжения системы регулирования:

а-турбины К-300-240-1; б-турбины К-800-240-5; 1—бак;

2-маслоохладитель; 3-воздухоотделитль; 4-электронасос переменного тока; 5-

электронасос постоянного тока; 6-аккумулятор; 7-гидрозатвор.

электронасосом постоянного тока. Необходимость быстрого пуска это-

го насоса создает значительную дополнительную нагрузку на аккуму-

ляторную батарею, и это является одним из главных недостатков схемы

а. В схеме б эти проблемы решены путем установки масляного аккуму-

122

лятора пружинно-грузового типа, питающего гидросистему при потере

переменного тока в течение 5—7с. В первый момент, когда пре-

одолевается инерция груза, аккумулятор работает за счет встроенных

пружин. Заполнение аккумулятора производится значительно медлен-

нее, чем опорожнение, чтобы не увеличивать нагрузку на работающий

насос.

В динамических режимах подача масла в систему регулирования

должна увеличиваться в 3—5 раз и более по сравнению с потреблением

масла в статических режимах при минимальном снижении напорного

давления. Создание насосов, отвечающих этим требованиям, неизбеж-

но привело бы к уменьшению экономичности при работе в установив-

шихся режимах, являющихся для насосов основными. Помимо самого

факта увеличения потребляемой мощности, применение насосов верти-

кального типа с двигателями мощностью 250—400 кВт приводило к

определенным конструктивным трудностям. Поэтому применяются

насосы регулирования с довольно крутой характеристикой (рис. 8.18.).

При нормальном состоянии узлов регулирования в динамических ре-

жимах допустимое падение давления за насосом до 3.6— 3,8 МПа, что

дает увеличение расхода по сравнению со статическим, составляющим

обычно 5 л/с, примерно, в 3 раза. Однако в схеме а (см. рис. 8.17) глу-

бокое падение давления вызывало автоколебания системы регулирова-

ния из-за наличия в ней элементов, которые при падении давления при

резком открытии сервомоторов дают дополнительное воздействие на

открытие.

Рисунок 8.18. Характеристика

насосов систем регулирования:

1-НВР-45-36-2; 2-НВР-50-36-2.

123

К таким элементам относятся следящие золотники ЗРС, ЭГП,

подвижная букса промежуточного золотника. Автоколебания предот-

вращаются с помощью шайб, ограничивающих подачу масла к серво-

моторам. В схеме б масло подается к узлам по двум коллекторам: ста-

билизированного (питание промежуточных усилителей и узлов защит)

и нестабилизированного давлений (питание поршней и золотников сер-

вомоторов). Ограничение падения давления питания усилителей и уз-

124

лов защиты достигается установкой ограничительных шайб на линии

подачи масла от насосов в коллектор нестабилизированного давления,

т.е., к основным потребителям масла—сервомоторам. Расчеты показы-

вают, что в такой схеме допустимо более глубокое падение давления и

в линии стабилизированного давления, чем в схеме а, так как исключа-

ется неблагоприятное влияние на работу промежуточных усилителей

САР массы масла в напорных маслопроводах к сервомоторам. В схеме

б появляется также возможность быстрого увеличения (удвоения) по-

дачи масла путем включения резервного насоса благодаря тому, что

шайбы, ограничивающие потребление, устанавливаются не в каждом

сервомоторе, а за насосами. Такая возможность является весьма эффек-

тивной, особенно при ряде специальных режимов работы, например

при синхронных качаниях, которые могут длиться 15 -20 с. Включение

резервного насоса производится по перемещению поршня грузового

аккумулятора и может осуществляться по сигналам противоаварийной

автоматики одновременно с воздействием на изменение мощности тур-

бины.

Конструкция узлов маслоснабжения состоит из следующих

агрегатов.

1. Насос системы регулирования. Для турбин ЛМЗ разработаны

насосы типа НВР (рис. 8.19.)-вертикальные центробежные многосту-

пенчатые насосы на давление 4,5-5 МПа. При работе ротор насоса

удерживается в осевом направлении диском гидравлической разгрузки.

Жидкость, протекающая через щель разгрузочного диска, отводится в

камеру, из которой самотеком сливается в бак. При остановках ротор

опирается на сферическую опору с шарикоподшипниками, располо-

женную со стороны всасывания и поддерживаемую усилием пружины.

С начала вращения опора отжимается под действием напорного давле-

ния. Система вентиляции электродвигателя насоса препятствует попа-

данию паров огнестойкого масла внутрь электродвигателя. Мощность

электродвигателя - 200 кВт, потребляемая в статических режимах

мощность составляет 90—125 кВт, в зависимости от типа насоса.

2. Маслобак. На схеме а (см. рис. 8.17) показана одна из первых

конструкций бака, на рис. 8.20 представлена конструкция, выпускаемая

в настоящее время. Количество масла, содержащегося в трубопроводах

и сливаемого при остановке насосов в бак, соизмеримо с рабочим объ-

емом масла в баке. Для того чтобы колебания уровня в баке при пуске и

останове насосов были малы, верхняя часть бака делается расширяю-

щейся. Маслоохладители первоначально выполнялись на стороне вса-

сывания. Опыт эксплуатации показал, что основные трудности в мас-

лостанции были связаны с удалением воздуха из тракта от бака до на-

сосов.

Рисунок 8.19. Насос типа НВР-45-36-2.

125

Для этого выполнялись всевозможные воздушники, однако, при

больших расходах, например при включении в работу двух насосов,

происходит заметное падение давления на всасывании насосов из-за

сопротивления маслоохладителей и недостаточно полного удаления

воздуха из этого тракта. Радикальным путем решения этих трудностей

явилась установка маслоохладителей (одного или двух) на линии слива

масла в бак. Для предотвращения накопления воздуха в резервном на-

сосе при длительном нахождении в резерве в первоначальной конст-

рукции бака, в которой масло подводится к насосам одним трубопро-

водом, установлены специальные гидрозатворы. В последней конст-

рукции бака каждый насос соединен с баком своим трубопроводом вса-

сывания.

Рисунок 8.20. Бак системы регулиро-

вания турбины К-800-240-5:

Рисунок 8.21. Фильтр

тонкой очистки.

1-бак; 2-ФТО; 3-маслоохладитель;

4-электронасос; 5-трубопровод всасы-

вания; 6-маслоуказатель; 7-фильтр

сетчатый; 8-воздухоотделитель;

9-отсек всасывания.

В баке предусмотрена установка воздухоохладителя для эффек-

тивного удаления воздуха из масла в виде пакета наклонных листов, а

126

127

также сетки с ячейкой 0,2 мм для непрерывной фильтрации всего мас-

ла, идущего на всас насосов. На баке устанавливается также фильтр

тонкой очистки, на который непрерывно отводится часть общего рас-

хода. Конструкция фильтра показана на рис. 8.21. В ней используется

рулонный материал, например ткань фильтр-белтинг или сетка с ячей-

кой 0,04—0,07 мм в свету (в последнем случае сетку требуется наде-

вать на «подложку» в виде сетки с ячейкой 0,2 мм). Производитель-

ность фильтра тонкой очистки около 3 м

/ч и определяется диаметром

впускной шайбы. При повышении давления внутри фильтра до

0,15 МПа фильтр-элемент следует очистить. Общий объем масла, зали-

ваемого в бак, составляет 5- 5,5 м

В баке, показанном на рис 8.20, выполнен переливной порог, об-

разующий отсек всасывания. Наличие отсека в случае нарушения плот-

ности гидросистемы приведет к понижению уровня в баке только до

переливного порога, а затем к быстрому понижению уровня в отсеке

всасывания, объем которого незначителен. Произойдет быстрый срыв

насоса, и максимальная потеря масла не превысит 15 -20% емкости ба-

ка.

Маслоохладители первоначально выполнялись с использованием

трубок из цветного металла с оребрением и вставками из дерева. Одна-

ко опыт показал, что общая площадь маслоохладителей может быть

уменьшена, так как значительная часть теплоты отводится от разветв-

ленных маслопроводов системы регулирования. Поэтому в последую-

щем стали выполнять гладкотрубные маслоохладители.

8.5. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ СИСТЕМЫ

РЕГУЛИРОВАНИЯ.

Системы регулирования всех турбин СКД ЛМЗ выполнены элек-

трогидравлическими и снабжены ЭЧСР той или иной модификации. На

рис. 8.22. представлена структурная схема ЭЧСР, применявшаяся в

турбинах мощностью 500 и 800 МВт. ЭЧСР состоит из двух частей

(каждая в своей панели) - электроприставки ЭП, управляющей клапа-

нами турбины через быстродействующие электрогидравлические пре-

образователи пропорционального или релейного действия, и регулято-

ра мощности РМТ, воздействующего на электродвигатель механизма

управления турбиной. Рассмотрим особенности работы отдельных ка-

налов ЭЧСР.

Электроприставка. Выходной магнитный усилитель (УМС)

электроприставки, суммирующий сигналы отдельных блоков ЭП, дей-

ствует на пропорциональный электрогидравлический преобразователь

(ЭГП). Изменение тока УМС от 0 до 240 мА приводит к изменению

Рисунок 8.22. Структурная схема ЭЧСР:

—реле; ДМ—датчик мощности; ИГ—индукторный тахогенератор; БЧ—блок частоты;

РЧ—реле частоты; ДДСП—датчик давления свежего пара; ДДПП—датчик давления

промперегрева; БРМ -блок регулирования мощности; БОМ-блок ограничения мощности;

НКН-корректор начальной неравномерности; Д-дифференциатор; БРФ—блок релейной

форсировки; ВГ — выключатель генератора; БПЗ--блок предварительной зашиты; ПА—

противоаварийная автоматика; АТН—реле, сигнализирующее о повреждении цепей к

датчику мощности; КУ—ключ управления; АТО — подблок аварийных технологических

ограничений: БУД — блок управления двигателем; МУТ— механизм управления турби-

ны: ЭГ/7-электрогидравлический преобразователь; РЧВ— регулятор частоты вращения;

К-кнопка отключения турбины; Э—электромагнитные выключатели; Б-бойки автомата

безопасности; ЗАБ—золотники автомата безопасности; Р

—реле предварительной защи-

ты; 3ПЗ—золотник предварительной защиты; МОМ—механический ограничитель мощ-

ности: БПЗ—букса промежуточного золотника; ДУД—датчик управляющего давления;

ЗЭВ—золотник электромагнитного выключателя; ССКО—сервомоторы стопорных кла-

панов отборов; СРК—сервомоторы регулирующих клапанов; ССК-сервомоторы сброс-

ных клапанов; ССК1—сервомоторы стопорных клапанов; Г—сумматоры;

, Т

—постоянные времени, Р—оператор Лапласа; Nзад—заданная мощность.

128

129

открытия клапанов от положения номинальной нагрузки до холостого

хода, что принимается за единицу выходного сигнала—одна степень

неравномерности δ (точнее, учитывая нелинейность статической харак-

теристики САР, за единицу принимается удвоенный сигнал, вызываю-

щий перемещение клапанов из положения номинальной нагрузки до

положения, соответствующего нагрузке 50%). Блок релейной форси-

ровки (БРФ) и дифференциатор (Д) форсированно закрывают регули-

рующие клапаны при отключении генератора от сети, благодаря чему

турбина удерживается на холостом ходе без срабатывания регулятора

безопасности при сбросе максимальной нагрузки. БРФ подает сигнал

(4δ длительностью 0,5с с последующим снижением до 1,5δ и спадом

этого оставшегося сигнала до нуля с постоянной времени 5с) при сра-

батывании блок-контактов выключателей генератора или выходных

реле защит генератора. Существенно увеличивать время закрытия кла-

панов по сигналу БРФ не следует, так как это может привести к пере-

торможению агрегата, особенно при наличии большого местного по-

требления энергии. Если отключение генератора от сети произошло без

отключения выключателя генератора (посредством линейных выклю-

чателей), форсированное закрытие клапанов производится диф-

ференциатором, сигнал которого пропорционален угловому ускорению

ротора. Заметный сигнал Д появляется лишь при ускорении, соответст-

вующем сбросу более чем 30% нагрузки («отсечка» по ускорению).

При ускорении, отвечающем 100%-ному сбросу нагрузки, сигнал равен

тоже 4δ. Чтобы Д не вступал в работу при синхронных качаниях и не

вызывал существенного снижения средней мощности турбины, его

сигнал при частоте сети f<51,5 Гц блокируется специальным реле час-

тоты. Сигнал Д включается в работу также при работе БРФ и от уст-

ройств ПА. Имеется возможность настройки «отсечки» и «крутизны» Д

в широких пределах.

К функции указанных каналов примыкает работа блока предва-

рительной защиты (ПЗ), хотя действует он не на ЭГП, а на электромаг-

нитный выключатель предварительной защиты. По каналу ПЗ в систе-

му регулирования подается сигнал на закрытие стопорных и регули-

рующих клапанов, если при сбросе нагрузки скорость вращения превы-

сит заданный уровень, зависящий от углового ускорения. При ускоре-

нии, соответствующем 100% сбросу нагрузки, пороговое значение ско-

рости 104%, при нулевом ускорении—113%. Если при сбросе нагрузки

система регулирования функционирует правильно, в переходном про-

цессе текущее значение скорости всегда меньше пороговой величины.

Если же произошел отказ регулирования, сработает ПЗ и к моменту

срабатывания регулятора безопасности стопорные клапаны будут уже

закрыты. Таким образом, предотвращается возрастание частоты враще-

ния до недопустимого значения—120% даже в таком крайне тяжелом

случае, как отказ системы регулирования частоты вращения. Как ука-

130

зывалось, ПЗ действует через электромагнит на ЗПЗ, который после

срабатывания и исчезновении сигнала ПЗ открывает стопорные и регу-

лирующие клапаны в необходимой последовательности. Такая схема

позволяет выбирать узкие уставки ПЗ по скорости, не боясь ее сраба-

тывания при нормальной работе САР при сбросе нагрузки и получить

максимальное снижение заброса частоты вращения 7% для случая от-

каза системы регулирования. Это важно для турбин с малым Та.

Для турбин с большим Та можно упростить схему, подав сигнал

ПЗ на электромагнитные выключатели. В этом случае при действии ПЗ

турбина идет на останов и следует увеличить уставку по частоте вра-

щения на 2-2,5% во избежание ложной работы ПЗ при сбросе нагрузки.

Снижение максимально возможного заброса частоты вращения умень-

шится до 5%.

На УМС задействован также канал коррекции начальной нерав-

номерности НКН. Он предназначен для улучшения приемистости тур-

бины при больших нагрузках, когда регулирование осуществляется

только клапанами ЦВД. Выходной сигнал НКН образуется разностью

сигналов датчиков электрической мощности и давления пара в промпе-

регреве. Знаки сигналов и коэффициенты усиления выбраны так, что

увеличение мощности приводит к открытию регулирующих клапанов

ЦВД, а суммарный сигнал в статике равен нулю. При изменении по-

требления мощности в энергосистеме меняется частота и регулирова-

ние турбины в соответствии со статической характеристикой пере-

ставляет регулирующие клапаны. Однако мощность турбины будет

быстро изменяться только в ЦВД.

Мощность ЦСД-ЦНД, если клапаны ЦСД полностью открыты,

будет меняться медленно, по мере изменения давления в промперегре-

ве. Начальная неравномерность регулирования будет велика. Для ее

уменьшения канал НКН вырабатывает сигнал в сторону переоткрытия

или перезакрытя регулирующих клапанов ЦВД, чтобы дополнитель-

ным кратковременным изменением мощности ЦВД компенсировать

отставание ЦСД-ЦНД. По мере изменения давления в промперегреве

сигнал НКН будет уменьшаться до нуля. Не следует стремиться к пол-

ной компенсации начальной неравномерности. Коэффициент усиления

К по каналу НКН должен быть равен 1,6. Увеличение коэффициента

усиления в 1,5-2 раза (что может быть при расстройке системы регули-

рования) приводит к качаниям НКН. Для улучшения приемистости

турбины и устойчивости на всех режимах достаточно К==0,8. При этом

сохраняется свойство, которое привносит НКН в систему регулирова-

ния с точки зрения работы турбины в энергосистеме— изменять мощ-

ность той турбины, которая ближе к изменению потребления энергии в

энергосистеме. При нагрузках ниже 40% каждый вход НКН имеет по-

стоянное значение, равное сигналу при нагрузке 40%. Поэтому выход

его при этих нагрузках всегда равен нулю, и НКН не вмешивается в