МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ПЕРЕВОДУ ГИДРОАГРЕГАТОВ
В РЕЖИМ СИНХРОННОГО КОМПЕНСАТОРА

РАЗРАБОТАНО Производственным объединением по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей "Союзтехэнерго".

ИСПОЛНИТЕЛИ А.Ю.Ильин, В.Н.Маркин, А.М.Смирнов (цех гидроэлектростанций).

УТВЕРЖДЕНО Производственным объединением по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей "Союзтехэнерго" 05.12.85  г.

Заместитель главного инженера А.Д.Герр

Методические указания предназначены для персонала ПО "Союзтехэнерго" и рекомендуются для работников других организаций, занимающихся испытаниями и проверкой систем перевода гидроагрегатов в режим СК, а также могут быть использованы при проектировании синхронных компенсаторов.

С выпуском настоящих Методических указаний отменяются:

"Руководящие указания по переводу гидроагрегатов с различными типами турбин в режим синхронного компенсатора" (М.: СЦНТИ ОРГРЭС, 1973).

"Методические указания по наладке и эксплуатации воздушных систем перевода гидроагрегатов в режим СК" (М.: СПО Союзтехэнерго, 1980).

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1. Перевод гидроагрегата в режим СК в зависимости от первоначального состояния агрегата сопровождается следующими переходными процессами:

пуск агрегата в режим СК;

перевод из генераторного в режим СК;

перевод из насосного в режим СК (для гидромашин ГАЭС).

1.2. В большинстве случаев агрегат переводится из генераторного в режим СК. Этот процесс начинается с разгрузки генератора до холостого хода. Без отключения генератора от сети закрывается направляющий аппарат турбины. В момент полного закрытия открывается клапан пуска сжатого воздуха из системы в камеру рабочего колеса турбины. Вода из камеры отжимается сжатым воздухом до определенного уровня в конусе отсасывающей трубы, после чего клапан закрывается и доступ сжатого воздуха в камеру прекращается. Рабочее колесо турбины при этом вращается в воздухе и гидроагрегат потребляет из сети наименьшую мощность. При этом генератор работает в двигательном режиме, а турбина - в насосном.

При подъеме уровня отжатия воды за счет утечек воздуха из камеры периодически производится автоматическая "подкачка" воздуха для восстановления отжатого уровня.

1.3. Перевод агрегата из режима СК в генераторный производится открытием направляющего аппарата. Воздух из камеры выносится в нижний бьеф водой и агрегат набирает активную нагрузку.

К разновидностям вывода агрегата из режима СК относятся также останов работающего в режиме СК агрегата и перевод его в насосный режим (для гидромашин ГАЭС).

2. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

2.1. Эксплуатация и ремонт воздушной системы, предназначенной для перевода гидроагрегатов в режим СК, осуществляются в соответствии с действующими "Правилами устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов", "Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением" и "Правилами пожарной безопасности при проведении сварочных и других огневых работ на объектах народного хозяйства".

2.2. На ГЭС должна быть вывешена схема трубопроводов и оборудования пневматического хозяйства с нанесением на нее всех запорных и регулирующих органов и соответствующей нумерации.

2.3. Необходимо постоянно следить за:

температурой сжатого воздуха в воздухосборниках и воздухопроводах, не допуская ее повышения под влиянием посторонних тепловых источников;

воздухопроводами и арматурой для своевременного выявления и устранения вибраций;

удалением конденсата, не допуская обмерзания воздухопроводов и устройств слива конденсата. В случае обмерзания отогревание элементов воздушной системы разрешается только горячей водой, паром или горячим воздухом.

2.4. При расположении арматуры, требующей систематического обслуживания, на высоте более 1,8 м от уровня земли или перекрытия должны быть предусмотрены площадки и лестницы для удобства обслуживания арматуры.

 3. ТИПЫ ОБОРУДОВАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМОГО В ВОЗДУШНЫХ СИСТЕМАХ

3.1. Стандартные воздухосборники, применяемые в воздушных системах, имеют объем от 2 до 40 м. Они снабжены патрубками для подсоединения воздухопроводов, патрубком и вентилем с электромагнитным приводом для периодического выпуска конденсата, устройством для электрообогрева днища (во избежание обмерзания конденсата), люком для осмотра и очистки, манометром с трехходовым краном для присоединения контрольного манометра, предохранительными клапанами.

Кроме стандартных конструкций, в системе отжатия применяется, например, воздухосборник - труба большого диаметра или воздухосборники горизонтального исполнения по 75 м, расположенные вдоль здания ГЭС. Преимущество таких конструкций - возможность размещения их без специальных помещений, удобство ревизий, ремонтов, отсутствие длинных магистралей и лишних запорных органов, отсутствие устройств обогрева и др.

3.2. Емкость воздухосборников, требуемых для отжатия, зависит от объема камеры рабочего колеса турбины, который необходимо освободить от воды, количества одновременно переводимых в режим СК гидроагрегатов и интервала между их переводами. При этом учитывается вынос воздуха в нижний бьеф водой при вращении рабочего колеса турбины в процессе отжатия.

Расчет объема воздухосборника дан в приложении 1.

3.3. В воздушных системах низкого давления при подаче до 70 м/мин применяются компрессоры 2028П10/8, а свыше 70 м/мин - 2058П30/8.

В воздушных системах высокого давления при подаче до 30 м/мин применяются компрессоры ЧВУ-3146, свыше 30 м/мин - 2058П16/70.

3.4. Воздуховоды в воздушных системах разделяются на следующие:

соединительные Dy 50-150, предназначенные для объединения воздухосборников в группы и соединяющие воздухосборники с системой. На них размещаются ремонтные и разделительные вентили;

магистральные и коллекторные, предназначенные для объединения всех сборочных единиц воздушной системы. Они прокладываются обычно вдоль здания ГЭС. На них могут размещаться секционные запорные органы, компенсаторы и др. Проходное сечение магистралей должно превышать сечение соединительных труб воздухопроводов и обычно составляет 100-300;

отводящие, соединяющие магистраль с шахтой турбины; их условный диаметр равен (или меньше) диаметру магистральных воздухопроводов. На них устанавливаются автоматические клапаны пуска сжатого воздуха и ручные ремонтные задвижки с двух сторон клапана. В некоторых случаях на них устанавливаются обратные клапаны, предотвращающие попадание воды в магистраль из камеры рабочего колеса турбины;

разводящие, предназначенные для разветвления отводящего воздухопровода по крышке турбины непосредственно к местам подачи воздуха в камеру рабочего колеса; их условный диаметр меньше диаметра отводящих труб; на них, как правило, размещаются ремонтные задвижки.

Разновидности воздушных систем приведены в приложении 2.

3.5. Наиболее распространенными устройствами пуска сжатого воздуха в камеру рабочего колеса турбины являются:

на давление 0,8 МПа - клапан тарельчатый с гидроприводом и электромагнитным приводом, клапан проходной с пневмоприводом;

на давление от 20 до 6,4 МПа - кран-пробка с пневмоприводом 11с722бк на условный диаметр до 300 мм.

От конструкции и характеристики устройства пуска сжатого воздуха во многом зависит эффективность работы воздушной системы по переводу гидроагрегатов в режим СК. Устройство должно обладать малым проходным сопротивлением, достаточной герметичностью в закрытом состоянии, достаточным быстродействием (время полного открытия не должно быть более 3-4 с). Устройство пуска воздуха должно монтироваться на отводящем воздухопроводе по возможности ближе к месту подключения его к крышке турбины.

3.6. Контроль заданного уровня отжатия воды в камере рабочего колеса при работе гидроагрегата в режиме СК осуществляется следующими устройствами:

электроконтактным манометром или реле давления - по давлению воздуха в камере, когда уровень воды в нижнем бьефе меняется незначительно (не более 1 м). Применение таких датчиков в условиях переменного уровня в нижнем бьефе приводит к перерасходу сжатого воздуха;

дифференциальным реле давления в случае колебаний уровня воды в нижнем бьефе более 1 м;

поплавковыми устройствами, соединенными с камерой рабочего колеса короткими патрубками, следящими непосредственно за уровнем по принципу сообщающихся сосудов;

пневмогидравлическими реле, принцип действия которых основан на измерении давления воздуха, равного давлению столба вытесненной воды из измерительной трубки, открытым концом погруженной под уровень воды в нижнем бьефе;

сигнализаторами уровня типа РСУ-3 и СУС;

электродами, принцип действия которых основан на замыкании их через воду при повышении уровня отжатия воды выше заданного значения;

реле времени с экспериментально подобранным временем срабатывания;

реле мощности.

3.7. От действия устройств контроля уровня отжатая воды подкачка воздуха в камеру рабочего колеса турбины осуществляется:

из основной магистрали - открытием основного клапана пуска сжатого воздуха;

байпасами в обвод основного клапана с автоматическим приводом запорного вентиля;

воздуходувкой.

4. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕВОДА В РЕЖИМ СК ГИДРОАГРЕГАТОВ
С РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ ТУРБИН

4.1. Общие положения

4.1.1. Работа устройств, обеспечивающих срыв вакуума и отжатие воды от рабочего колеса, должна быть такой, чтобы время перевода гидроагрегата в режим СК от момента подачи импульса с пульта управления до достижения минимальной потребляемой мощности не превышало 1 мин.

4.1.2. Осуществление срыва вакуума, образующегося в камере рабочего колеса после закрытия направляющего аппарата при переводе гидроагрегата в режим СК, атмосферным воздухом нецелесообразно. В этом случае для ощутимого эффекта требуется большое сечение трубопровода, подводящего атмосферный воздух. Поэтому срыв вакуума следует производить сжатым воздухом одновременно с отжатием. Подача сжатого воздуха для срыва вакуума или отжатия воды должна осуществляться в момент полного закрытия направляющего аппарата без выдержки времени.

4.1.3. Уровень отжатия воды имеет два предела (верхний и нижний). Верхний определяется достаточным расстоянием от рабочего колеса турбины, исключающим захват воды лопастной системой, и для предварительных расчетов должен приниматься:

для радиально-осевых турбин - на 1 м ниже нижнего обода;

для поворотно-лопастных турбин с четырьмя лопастями - на 1 м ниже выходных кромок свернутых лопастей;

для поворотно-лопастных с количеством лопастей более четырех и для пропеллерных турбин на 2,0 м ниже выходных кромок лопастей.

Нормальным нижним предельным уровнем отжатия воды считается уровень, при котором обеспечивается частота подкачек воздуха в камеру рабочего колеса не чаще одного раза в час.

4.1.4. В случае использования в системе отжатия воздуха высокого давления и быстродействующих клапанов впуска воздуха в тупиковых трубопроводах, свободные концы которых выходят под крышку радиально-осевой турбины, в момент пуска сжатого воздуха возникает ударное* давление, которое может превышать начальное в системе в два раза. В тех случаях, когда тупиковые элементы не полностью заполнены водой, это превышение может быть еще большим. Кроме того, для варианта подвода воздуха в разгрузочную полость радиально-осевых турбин при времени открытия клапана впуска воздуха менее 1 с под крышкой турбины происходит ударный заброс давления, значение которого может превысить то, на которое производится прочностной расчет крышки турбины. Последствием тупикового гидроудара могут быть разрушения элементов воздушной системы, системы гидравлических измерений и отдельных узлов гидротурбины.

___________________

* Под ударным понимается резкое повышение давления в трубопроводах и полостях рабочего колеса, обусловленное внезапным подключением их к источнику высокого давления.

При эксплуатации системы высокого давления необходимо проведение специальных испытаний с определением оптимальных параметров. Испытания следует вести, начиная с такого минимального начального давления в воздухосборниках, при котором возможно осуществить отжатие. Дальнейшее повышение начального давления следует вести ступенями через 0,5 МПа, фиксируя повышение заброса давления под крышкой турбины и в каком-нибудь из тупиковых элементов трубопровода (например, в подводящем трубопроводе воздуходувки с обратным клапаном).

Заброс давления под крышкой турбины и в тупиковых элементах не должен превышать значений, допустимых заводом-изготовителем. При достижении этих значений дальнейшее повышение начального давления в воздухосборниках невозможно без проведения специальных мероприятий.

Одним из наиболее эффективных и менее трудоемких способов снижения тупикового гидроудара является увеличение времени срабатывания запорных устройств. Так, увеличение времени открытия кран-пробки Пс722бк в три-четыре (при исходном времени открытия менее 1 с) позволяет уменьшить заброс давления под крышкой турбины и ударное давление в тупиковых трубопроводах в два-три раза.

Большие скорости воздуха в трубопроводах систем высокого давления вызывают значительные реактивные усилия в местах крепления воздухопровода, поэтому особое внимание необходимо уделять контролю за состоянием опор запорной арматуры и трубопроводов.

4.1.5. Подвод сжатого воздуха в камеру рабочего колеса турбины следует осуществлять в область между направляющим аппаратом и лопастями рабочего колеса. Для отжатия воды на радиально-осевых турбинах подвод воздуха может быть осуществлен также и в зону разгрузочных отверстий (под крышку турбины) при давлении в системе до 2,5 МПа.

4.1.6. Остаточное давление в системе после выпуска воздуха на отжатие воды должно превышать давление под крышкой турбины для предотвращения попадания воды в воздухопроводы системы. Давление в системе в конце отжатия принимается большим, чем в камере, на 0,1-0,15 МПа при номинальном давлении в системе 0,8 МПа и на 0,35-0,4 МПа при номинальном давлении в системе свыше 2,0 МПа.

4.1.7. Протечки воды через направляющий аппарат турбины увеличивают вынос сжатого воздуха из камеры рабочего колеса при работе агрегата в режиме СК. Состояние направляющего аппарата с этой точки зрения следует считать нормальным, если на остановленном агрегате подъем уровня в камере не превышает 1 м/ч при достаточной герметичности камеры.