Система регулирования и защиты турбины K-500-60/l500

Схема регулирования турбины К-500-60/1500 изображена на рис. 7.

Для турбины К-500-60/1500 не удалось по­вторить традиционную компоновку насосной группы в опоре переднею подшипника. Это было обусловлено двумя противоречивыми требованиями к главному насосу: с одной стороны, частота вращения снижена до 1500 об/мин, с другой—давление масла на выходе насоса повышено до 2,1 МПа, что в свою очередь вызвано увеличением разме­ров клапанов высокого давления и усилий на них. Было принято решение обеспечить снаб­жение турбины маслом с помощью отдельно стоящих насосов с электродвигателями, рабо­тающими на переменном токе от сети собст­венных нужд электростанции.

Надежность маслоснабжения обеспечива­ется установкой трех параллельно включен­ных насосов, из которых два постоянно нахо­дятся в работе, а третий—в резерве. Расход масла на систему регулирования обеспечива­ется полной производительностью одного на­соса, поэтому выход из строя одного из рабо­тающих насосов не вызовет нарушений в ра­боте турбины. Третий насос автоматически включается при падении давления в напорной линии ниже допустимого уровня. Все насосы выполнены вертикальными и установлены на масляном баке, общем для систем регулиро­вания и смазки подшипников.

К напорной линии насосов подключены мембранные азотно-масляные аккумуляторы, предотвращающие падение давления масла ниже допустимого уровня (при котором за­кроются стопорные клапаны) при переключе­нии насосов, при кратковременном (до 6 с) отключении сети собственных нужд электро­станции, от которой питаются электродвига­тели насосов, а также при динамических воз­мущениях в системе регулирования, вызываю­щих повышенный расход масла на перемеще­ние сервомоторов регулирующих клапанов (сброс и набор нагрузки, синхронные кача­ния генератора и т. д.).

Гидравлическая часть регулятора скорости выполнена такой же, как и для турбины К-500-65/3000. В электрической части регу­лятора произведены существенные измене­ния—электродвигатель переменного тока с ре­дуктором заменен на специализированный электрический механизм МЭО 1,6/40, приспо­собленный к прерывистому режиму работы и многократному реверсированию. Механизм имеет электромагнитный тормоз и электриче­скую обратную связь по положению, что де­лает его весьма удобным для автоматизации турбины в пусковых и эксплуатационных ре­жимах.

В связи с низким значением вакуума в кон­денсаторе ( рк=6 кПа) турбина К-500-60/1500 имеет всего один двухпоточный цилиндр низ­кого давления и соответственно относительно «легкий» ротор. Вследствие этого время раз­гона ротора составляет 11,5 с, что очень мало для турбин этого класса.

Приведем некоторые цифры, характери­зующие разгонные характеристики турбины К-500-60/1500 при различных вариантах ра­боты системы регулирования и защиты (рис. 7). При нормальной работе регули­рования повышение частоты вращения при сбросе полной нагрузки составляет 9% номи­нальной частоты вращения, что вполне удов­летворительно обеспечивает удержание турби­ны на холостом ходу, не допуская срабатыва­ния автоматов безопасности, настроенных, как обычно, на повышение частоты вращения 11—12%.

В случае незакрытия по любой причине клапанов промежуточного перегрева (или од­ного из них) повышение частоты вращения со­ставит 22%. В случае отказа регулятора ско­рости или отсечного золотника, в результате чего не закроется один или оба регулирующих клапана, а клапаны промежуточного перегре­ва закроются только после срабатывания авто­мата безопасности, повышение частоты вра­щения составит 18%. Наконец, при двух одно­временных отказах, когда не работает система регулирования и не закрываются клапаны промежуточного перегрева, а закрываются только стопорные клапаны высокого давления после срабатывания автомата безопасности, повышение частоты вращения турбины соста­вит 30%.

Угонная частота вращения ротора, допу­стимая для турбины и генератора по условиям прочности вращающихся деталей, составляет 123% номинальной.

Таким образом, опасный рост частоты вра­щения может произойти только при совпаде­нии двух независимых аварий в системе регу­лирования и защиты. Вероятность такою события весьма мала и по установившейся в турбостроении традиции, как правило, не рассматривается.

Однако для турбины К-500-60/1500 эта традиция должна быть нарушена, поскольку клапаны промежуточного перегрева с паро­вым приводом, не прошедшие длительной эксплуатационной проверки, не имеют той высо­кой степени надежности, при которой вероят­ность двух одновременных отказов невелика.

При сравнительно малых размерах клапа­нов, характерных для турбин обычной энергетики, естественным выходом из положения была бы последовательная установка допол­нительных стопорных клапанов на каждом паропроводе промежуточного перегрева. Но в данном случае при массе каждого клапана свыше 35 т и высоте более 6 м наличие еще двух таких клапанов непозволительно усложняет компоновку, увеличивает металлоемкость и трудоемкость изготовления турбины и су­щественно ухудшает технико-экономические показатели.

В связи с этим принято решение применить в качестве третьей линии защиты от разгона систему экстренного срыва вакуума. Испол­нительными органами этой системы служат четыре атмосферных клапана, устанавливае­мых на переходных патрубках от турбины к конденсатору. Открытие этих клапанов по сигналам соответствующих командных орга­нов обеспечивает рост давления на выхлопе турбины до 0,05 МПа примерно за 3 с, что позволяет затормозить ротор и предотвратить разрушение турбины даже при одновременном отказе регулирующих клапанов высокого дав­ления и клапанов промежуточного перегрева.

Рис. 7. Схема регулирования турбины К-500-60/1500.

а – основной контур регулирования и защиты; 1 - расхаживающее устройство; 2 — сервомотор стопорного клапана; 3- стопорно-регулирующий клапан; 4 — главный сервомотор с отсечным золотником; 5-переключающий золотник; 6-ЭГП рабочий; 7-ЭГП форсировочный; 8- газомасляный аккумулятор; 9 – маслонапорная установка ЭГП; 10- масляный насос системы регулирования; 11- блок золотников автомата безопасности; 12- реле давления смазки; 13 - защитное устройство; 14 –регулятор скорости; 15-отсечный клапан промперегрева; 16 - мембранный выключатель; 17 — импульсный клапан.

Рис. 7. Схема регулирования турбины К-500-60/1500.

б—система срыва вакуума: 1- дифференциатор; 2-блок золотников автомата безопасности; 3-атмосферный клапан; 4-сервомотор; 5 - клапан; 6 - электромагнит; 7 — промежуточное реле.

Рис. 8. Графики разгона турбины К-500-60/1500 при сбросе полной нагрузки

1 — при нормальной ра­боте регулирования, 2 — при отказе регулирующих клапанов ВД, 3—при отказе отсечных клапанов СД, 4 — при совместном отказе регулирующих клапанов ВД и отсечных клапанов СД.

Совместно с описанной системой регулиро­вания в турбине К-500-60/1500 применена электрогидравлическая система регулирова­ния (ЭГСР). Присущая электрическим схемам легкость коммутации и преобразования сиг­налов позволяет создавать с помощью ЭГСР многоконтурные системы с обеспечением со­вместного или раздельного регулирования ча­стоты, мощности, давления пара перед турби­ной и т. д.

Практическое отсутствие нечувствительно­сти и запаздывания в управляющих цепях облегчает выполнение требований, предъяв­ляемых к системам регулирования Междуна­родной энергетической комиссией. В соответ­ствии с этими требованиями общая нечувст­вительность системы регулирования скорости не должна превышать 0,06% номинальной частоты вращения, в то время как лучшие гидравлические системы дают нечувствитель­ность порядка 0,12—0,15%.

Одной из важных проблем создания ЭГСР является разработка электрогидравлического преобразователя (ЭГП), переводящего элек­трические сигналы в гидравлические.

Схема ЭГСР для турбины К-500-60/1500 показана на рис. 9. Поскольку в работе ЭГСР, как и во всякой новой системе, вероят­ность различных нарушений и неисправностей заведомо больше, чем в отработанных тради­ционных системах, для турбины К-500-60/1500 оставлена в качестве резерва гидравлическая система регулирования скорости. Переход с ЭГСР на гидравлическую систему произво­дится с помощью переключающего золотника с электромагнитом, который может срабаты­вать либо по команде оператора, либо авто­матически при появлении нарушений в элек­трических цепях ЭГСР.

Для обеспечения автоматического перехода на резервную гидравлическую систему без больших бросков нагрузки предусмотрено спе­циальное устройство, которое сравнивает командные сигналы по давлению в управляю­щей линии ЭГСР и линии первого усиления ГСР. Путем подачи электрических импульсов на синхронизатор гидравлического регулятора скорости это устройство устанавливает его сигнал в положение постоянного небольшого (до 5% по нагрузке) отставания от сигнала ЭГСР. Обратный переход с ГСР на ЭГСР производится только по команде оператора после уравнивания управляющих сигналов обеих систем.

Организация схемы защиты турбины усо­вершенствована за счет применения многото­чечных мембранных защитных устройств, управляющих закрытием всех парозапорных органов ВД и СД. Два таких защитных устройства, включенных параллельно и дуб­лирующих друг друга, воспринимают импуль­сы от всех командных устройств системы за­щиты—автоматов безопасности, реле давления смазки, реле осевого сдвига и т. д., а также сигналы оператора. Гидравлические сигналы на защитные устройства передаются по управ­ляющей линии защиты, электрические—через электромагниты, установленные на этих устройствах. Вся схема защиты действует одинаково при работе на ЭГСР или ГСР и полностью независима от этих систем.

Контур регулирования скорости при работе ГСР построен по принципу постоянного дав­ления в линиях первого усиления, управляю­щих отсечными золотниками сервомоторов ВД. Управление клапанами промежуточного перегрева построено аналогично турбине К-500-65/3000. Каждый клапан управляется своим паромасляным им­пульсным клапаном, находящимся под воздей­ствием линии управления, подсоединенной к специальной бочке на отсечном золотнике клапана ВД.

При среднем положении отсечного золот­ника эта бочка перекрывает слив масла из линии управления импульсного клапана, что обеспечивает закрытие последнего и как следствие полное открытие клапана промежуточ­ного перегрева во всем диапазоне нормальной работы регулирующих клапанов ВД. Закры­тие клапанов промежуточного перегрева под воздействием системы регулирования происхо­дит при резких возмущениях (сброс нагрузки и т. д.), когда отсечный золотник уходит на 6 мм вверх от своего среднего по­ложения.

Система защиты управляет клапанами промежуточного перегрева с помощью специ­альных мембранных выключателей, подклю­ченных к защитным устрой­ствами и к линии управления им­пульсного клапана (параллельно с отсечным золотником). Срабатывание мембранного вы­ключателя вызывает резкое падение давления масла в линии управления импульсного кла­пана и быстрое закрытие клапана промежу­точного перегрева. Поскольку на турбине К-500-60/1500 от­сутствует гравитационная система смаз­ки, которая обеспечивает автоматическое за­крытие стопорных клапанов при падении дав­ления в системе смазки (вследствие срыва главного насоса), то для защиты турбоагре­гата предусмотрено гидравлическое реле дав­ления смазки. Воздействуя на гидравлическую линию управления защитными устройствами, реле вызывает закрытие всех парораспредели­тельных органов турбины при снижении дав­ления в системе смазки ниже допустимого уровня.

Рис. 9. Упрощенная блок-схема ЭГСР турбины К-500-60/1500.

1—регулятор частоты; 2—регулятор давления, 3- регулятор мощности, 4 — устройство коммутации, 5 — ограничитель скорости изменения нагрузки; 6- гидравлические импульсы; 7— переключающее устройство.

Дата добавления: 2014-10-17