Фрагин М.С. Регулирование и маслоснабжение паровых турбин: настоящее и ближайшая перспектива

Подождите немного. Документ загружается.

Приложение V 221

лакокрасочных покрытий корпусов и элементов автоматики.

Потребовалось применение соответствующих заменителей,

причём предпочтение, как правило, было отдано таким, которые

оказались хорошими и для минерального масла. Такова уже

логика консервативного мышления. Если замена требовалась

значительная, то на практике применялось покрытие этих

материалов эмалями, стойкими к воздействию огнестойкого

масла. Следует, однако, указать на худшие электрофизические

свойства огнестойких масел на основе триарилфосфатов, что

пока не позволяет использовать их для замены трасфор-

маторного масла. Коэффициент объёмного сопротивления

чистого огнестойкого масла ниже, чем у чистого нефтяного

турбинного масла, и равен соответствующему коэффициенту

обводненого нефтяного масла. У обводнённых масел того и

другого типа эти коэффициенты близки. Эти диэлектрические

свойства огнестойкого масла, однако, в нормальной работе не

оказывают какого-нибудь влияния на работу турбоагрегатов.

Но вызывали определённую озабоченность в случае попадания

огнестойкого масла в полость генератора для генераторов с

водородным охлаждением ротора и напряжением более 20 кВ.

Такая возможность не исключена в аварийной ситуации при

нарушении работы торцевых уплотнений.

Поэтому при проектировании генераторов для агрегатов

мощностью 800 и 1000 МВт система масляных уплотнений вала

генератора (только уплотнений, без подшипников генератора)

была выделена в отдельную маслосистему со своими

устройствами маслоснабжения [П29]. Этим исключалась

возможность попадания обводнённого масла системы смазки

внутрь генератора при работе этой системы на любом масле.

Эта система локализована, имеет меньшую ёмкость и даже

222 Приложение V

при сохранении в ней минерального масла, как показала практика,

не в сильной степени уменьшает пожаробезопасность. При

напряжении генератора менее 20 кВ имеется довольно большой

опыт работы при попадании в генератор обводнённого масла,

хотя этого и следует конечно избегать. Генератор 220 МВт

Кольской АЭС работает на ОМТИ уже более 15 лет без

отделения от системы смазки. В перспективе эта проблема

вообще повидимому исчезнет, т.к. необходимость в масляных

уплотнениях генератора отпадёт. Взрывоопасный водород

вытесняется из генератора. Генераторы любой мощности уже

изготавливаются с охлаждением ротора водой, а генераторы

до 300 МВт изготавливаются также и с воздушным охлаж-

дением.

Переход к применению огнестойкого масла. С

точки зрения конструктора освоение огнестойкого масла в

системах смазки обещает не только существенное увеличение

пожарной безопасности, но и возможность упрощения

конструкции и повышения надёжности работы систем турбины,

упрощения и удешевления компоновки машзала и экслуатации

турбоустановки. Найденные же при этом новые технические

решения, как правило, оказываются также пригодны и

целесообразны и для случая применения минерального масла.

Это облегчает принятие решения о применении огнестойкого

масла в системе смазки при новом проектировании, т.к.

сохраняется возможность применить более привычное масло

при возникновении каких-либо непредвиденных обстоятельств

или желании проверить и наладить новую систему на известном

минеральном масле. Последующий переход на огнестойкое

масло потребует только тщательного дренирования системы,

что надо предусмотреть заранее.

Приложение V 223

Перевод старых систем на огнестойкое масло более

трудоёмок, однако, не занимает много времени и вполне

осуществим во время ремонта турбоагрегата. Необходимо

заменить прокладки во фланцах маслопроводов, сальники

арматуры, резино-технические изделия, проверить и при

необходимости заменить внутри подшипников датчики и

электропроводку, омываемые маслом, убрать краску,

растворяемую огнестойким маслом. По опыту в этом случае

лучше вообще не применять окраски внутренних поверхностей

подшипников, т.к. огнестойкое масло хорошо прилипает к ним и

предохраняет от ржавления.

В генераторах с водородным охлаждением следует

покрыть внутренние поверхности и лобовые части генератора

специальными эмалями на случай возможных неполадок

масляных уплотнений. Конечно, целесообразно более тщательно

очистить маслосистему от масла, отложений масляного шлама,

т.к.огнестойкое масло обладает хорошими моющими свойст-

вами и при работе впитает в себя всё, что сможет растворить,

в результате может несколько понизиться температура

самовоспламенения, масло может стать более тёмным. Можно

использовать первую порцию масла в качестве промывочной с

последующим использованием для этих же целей на других

турбинах, или же очистить от примесей в стационарных

условиях и использовать по назначению. Один из блоков

800 МВт переводился на ОМТИ после 9 лет работы на

минеральном масле.

Существующие предубеждения. Техническая

целесообразность и возможность применения огнестойкого

масла в системах смазки турбоагрегатов очевидны. Что же

сдерживает? Помимо предубеждения, связанного с прошлыми

224 Приложение V

неудачами, а их было немало и это следует учитывать,

недостаточной информированностью, есть ещё два обстоя-

тельства, на которых следует остановиться.

Во-первых, бытует ложное мнение о повышенной

токсичности огнестойкого масла. Действительно, первые марки

масла на основе триарилфосфатов, применявшиеся в системах

регулирования, обладали определённой специфической

токсичностью, по крайней мере в опытах на животных,

выражавшейся в возможности некоторого расстройства

двигательных функций при длительном попадании внутрь малых

доз масла и его аккумулировании в организме. Поэтому

требовалась профилактическая защита персонала в виде

спецодежды и резиновых перчаток, что конечно, неудобно.

Однако, всё дальнейшие работы по совершенствованию

огнестойких масел проводились ВТИ именно в направлении

исключения из масла всех составляющих, определяющих

токсичность, особенно специфическую токсичность. Эти

работы проводились в тесном контакте с токсикологами и

завершились созданием практически нетоксичного огнес-

тойкого масла ОМТИ. По общей токсичности масло ОМТИ

относится к тому же классу, что и нефтяное минеральное масло,

специфической же токсичности нет, что подтвердили не только

опыты на животных, но и вот уже почти тридцатилетний опыт

широкого применения этого масла в системах регулирования и

смазки на почти 200 турбинах ЛМЗ. Применение резиновых

перчаток не требуется, необходимо только придерживаться

общих правил санитарии и гигиены, рекомендуемых при работе

с нефтяными маслами. Поставщики масла имеют все

необходимые сертификаты.

Приложение V 225

Во-вторых, очень важный вопрос экономической

целесообразности применения огнестойких масел в системы

смазки. Стоимость огнестойкого масла значительно больше,

чем минерального, и составляет сейчас при ограниченном и

монопольном его производстве порядка $6 000 за тонну. Ёмкость

маслосистемы смазки турбоагрегата 800 МВт - 35 тонн, вместе

с питательными турбонасосами - 50 тонн.

Для заливки во вновь вводимый агрегат следует

предусмотреть 80 тонн, из которых 30 тонн - на случай

непредвиденных потерь. Как правило, этот запас будет

использован на доливки, по крайней мере, на ближайшие 10 лет.

Таким образом, дополнительные затраты на масло на 10 лет

составят, примерно $450 000, т.е $45 000 в год. Учитывая успехи

во внедрении ионообменных адсорберов для уменьшения

кислотности [СЗО], срок службы масла определится только

величиной потерь (3 тонны в год), и в последующие годы

дополнительные затраты на масло в год не будет превосходить

$20 000. Для вновь вводимого агрегата больше никаких

дополнительных затрат не должно быть, т.к. при своевременном

требовании предусмотреть возможность работы на огнестойком

масле все остальные работы по подготовке турбоагрегатов к

этому могут быть выполнены в рамках предусмотренных

обычных работ по подготовке агрегатов к изготовлению,

монтажу и пуску. Конечно, изготовитель должен иметь заранее

набор требуемых типовых конструкций, но это уже обычные

затраты любого изготовителя на поддержание конкурент-

носпособного уровня своей продукции.

Для перевода старых турбин требуется дополнительно

выполнение комплекса уже упомянутых выше мероприятий. Они

различны для разных агрегатов, но стоимость их невелика, в

226 Приложение V

чём можно убедиться только выполнив такой проект для

конкретного агрегата, т.к. условия на каждой электростанции

различны. По опыту, наибольший объём связан с подготовкой

генератора с водородным охлаждением.

С чем это сравнивать? Согласно [С25] потери при

пожаре оценивались в среднем в $22,7 млн. В [С31] прямые

убытки от пожара оцениваются в $27 млн., не считая затрат на

замещение мощности $45 млн. При этом согласно этой

публикации внедрение спринклерной системы пожаротушения

уменьшает потери до $0,845 млн. и $7,5 млн. соответственно.

Можно сомневаться в такой эффективности спринклерной

системы, учитывая быстротечность пожара, но в любом случае

затраты на огнестойкое масло за 40 лет и даже за 100 лет

окупятся с лихвой. Конечно, важно ещё и соответствующее

уменьшение страховой премии.

Резюме. В настоящее время можно констатировать

следующее:

- на электростанциях продолжаются масляные пожары,

часто разрушительные, вызванные применением нефтяных

масел в системах смазки турбоагрегатов;

- на рынке имеются товарные огнестойкие масла,

удовлетворяющие всем требованиям работы в подшипниках

турбоагрегатов;

- имеется огромный опыт длительной эксплуатации

огнестойких масел в системах смазки турбин разных типов, в

том числе мощностью 800 МВт на ТЭС и 1000 МВт на АЭС;

- переход к применению огнестойких масел позволит

повысить надёжность работы турбоагрегатов при относительно

небольших затратах, а в будущем обещает снижение общих

затрат на блок в целом (по мере роста уверенности в них

Приложение VI 227

широкого круга специалистов, занятых проектированием

электростанций);

- переход к широкому применению огнестойких масел

для смазки турбоагрегатов назрел, однако реальные сроки в

большей степени сейчас зависят от позиции изготовителей

турбин, т.к. только они могут предложить конкретный проект

такого перехода для своих заказчиков.

Приложение VI. О влияние характеристик системы

регулирования энергоблока на устойчивость работы

объединённых энергосистем

VI.1. Устойчивость работы объединённой

энергосистемы

В нормальных режимах устойчивость энергосистемы

в целом обеспечивается системами регулирования частоты и

активной мощности всех находящихся в работе энергоблоков,

которые осуществляют поддержание постоянного баланса

между производимой и потребляемой мощностью в каждом

узле энергосистемы, ограничивая перетоки по линиям связи

между узлами.

Однако, в крупной энергосистеме, в отдельных её узлах

может происходить мгновенное значительное нарушение такого

баланса в результате отключения какого-либо энергоблока или

линии электропередачи технологическими защитами оборудо-

вания. Вследствие такого нарушения происходит изменение в

большей или меньшей степени перетоков мощности по всем

оставшимся в работе линиям электропередач. Это может

привести к потере статической или динамической устойчивости

228 Приложение VI

одной или нескольких оставшихся линий электропередач и к

последующему распаду системы.

Попытки решения задач устойчивости энергосистемы

и в этом случае только средствами регулирования частоты и

мощности энергоблоков путём введения, например, в закон

регулирования производных по частоте, мощности и т.п. не

увенчались успехом. Эту задачу в настоящее время решает

так называемое противоаварийное управление и регулирование

энергосистемы, которое призвано быстро уменьшить этот

дисбаланс, чтобы обеспечить устойчивость оставшихся в

работе линий электропередач.

Как правило, это достигается уменьшением произ-

водства энергии в избыточных узлах системы, отключением

части генераторов от сети и уменьшением потребления энергии

путём отключения части потребителей в узлах, где энергии не

хватает (аварийная частотная разгрузка). Системы эти

многоступенчатые (по уставкам воздействия), иногда

предварительно применяют более щадящие воздействия на

энергоблок, такие как импульсная разгрузка турбины с

возвратом к прежней или меньшей мощности, изменение

возбуждения генератора и т.п. Если все эти воздействия

окажутся не в состоянии сохранить устойчивость объединенной

системы, в целях минимизации ущерба отдельные части

системы должны отделиться друг от друга и продолжать

работать самостоятельно.

После прохождения аварийной ситуации эти части вновь

могут быть синхронизированы и объединены. В процессе этой

аварийной ситуации, как правило, наблюдаются значительные

синхронные качания частоты и мощности в системе или её

частях с частотой 0,5...1,5 Гц, может возникать асинхронный

Приложение VI 229

ход ещё не разделенных частей системы. Эти режимы очень

трудны также для оборудования энергоблоков и в процессе их

прохождения имеется повышенная вероятность допол-

нительного срабатывания каких-то защит блока с неблаго-

приятными последствиями для выхода энергосистемы из

аварийной ситуации. Конечно, если линия передачи работает с

большим запасом по мощности, вероятность потери устойчи-

вости уменьшается. Поэтому важна роль диспетчерского

контроля за допустимыми нагрузками и необходимыми

уставками действия релейных устройств противоаварийной

автоматики энергосистемы при изменении конфигурации линий

электропередач, программ, которые осуществляют расчёт этих

уставок. Этому же способствует и строительство дополни-

тельных линий электропередач.

Несмотря на принимаемые меры, системные аварии в

объединённых системах происходят довольно регулярно, иногда

они принимают каскадный характер, когда быстро происходит

последовательная остановка блоков с полным прекращением

снабжения электроэнергии целых больших районов. В последней

системной аварии в объединенной энергосистемах США и

Канады 14 августа 2003 года за 9 секунд произошло

отключение более 100 энергоблоков мощностью 60,000 МВт, в

том числе было остановлено 22 атомных энергоблока.

Восстановление же нормального энергоснабжения потребовало

более суток, т.к. последующий пуск некоторых блоков,

например АЭС, не может быть выполнен быстро.

С учётом изложенного целесообразно проанализировать

некоторые характеристики энергоблоков в целом и турбин и их

систем регулирования, в частности тех, которые могут влиять

на протекание переходных процессов во время аварий.

230 Приложение VI

VI.2. Участие в первичном регулировании частоты

Регулирование мощности регуляторами скорости турбин

является самой быстрой возможной реакцией на возникновение

дисбаланса мощности в системе. Это общеизвестно. Но

общеизвестно и то, что постоянное изменение положения

регулирующих клапанов турбины даже в небольшом диапазоне

сказывается на экономичности турбины. Это составляет очень

небольшую величину, но для крупных блоков за год это

составляет заметную сумму. Кроме того, постоянное включе-

ние в работу органов регулирования котла во многих системах

снижает их надёжность. Поэтому всегда существует стремле-

ние уменьшить участие больших наиболее экономичных блоков

в этом процессе.

Сделать же это в современных электрогидравлических

системах регулирования чрезвычайно просто, путём увеличения

задания степени нечувствительности регулирования скорости.

Этого же можно добиться при работе в режиме регулирования

заданного давления пара перед турбиной клапанами турбины

(регулирования "до себя"), при работе с полностью открытыми

регулирующими клапанами турбины или с введённым

ограничителем открытия клапанов (ограничителем мощности).

Подтверждением того, что к сожалению это именно так,

является тот факт, что при многих испытаниях статизм

регулирования частоты энергосистемы составлял 15...20%, что

в три раза превышает требуемую величину неравномерности

регулирования скорости системы регулирования турбины

(4+1%).

В нормальных режимах работы крупных объединенных

энергосистем ввиду случайного характера частых включений-

отключений оборудования это может незначительно ска-