РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РАЗРАБОТКЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЭС

(Технические требования)

СОСТАВЛЕНЫ Всесоюзным дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехническим научно-исследовательским институтом им. Ф.Э.Дзержинского (ВТИ), Производственным объединением по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей (ПО "Союзтехэнерго"), Атомтеплоэлектропроектом (АТЭП)

ИСПОЛНИТЕЛИ Н.И.Давыдов (ВТИ), Л.Н.Касьянов (ПО "Союзтехэнерго"), М.Д.Трахтенберг (АТЭП)

Обобщены и дополнены разрозненные материалы, затрагивающие технические требования к системам автоматического регулирования энергоблоков ТЭС [1-4].

Приведены основные характеристики оборудования отечественных энергоблоков и требования к нему, определяемые условиями его автоматизации; сформулированы общие задачи автоматического регулирования энергоблока в целом и входящего в его состав тепломеханического оборудования, а также требования к показателям качества регулирования; изложены наиболее существенные требования к техническим средствам, предназначенным для решения задач авторегулирования, в том числе к микропроцессорным средствам.

Настоящие Рекомендации могут быть полезны для разработчиков тепломеханического оборудования энергоблоков ТЭС, его регулирующих органов, систем его автоматического регулирования и реализующих их технических средств.

В подготовке разд.1 и 2 приняли участие инженеры ПО "Союзтехэнерго" В.Г.Михальченко и Ю.А.Метальников.

1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ МОЩНЫХ ЭНЕРГОБЛОКОВ

1.1. Требования к системе автоматического регулирования (АР) энергоблоков в значительной мере определяются применяемым в составе энергоблока оборудованием, тепловой схемой энергоблока и режимами его работы.

Настоящие рекомендации распространяются на отечественные ТЭС, оснащенные энергоблоками мощностью 200, 300, 500, 800 и 1200 МВт с конденсационными турбинами. Энергоблоки мощностью 200 МВт рассчитаны на докритические параметры пара перед турбиной: давление 13 МПа, температуру 540/540 °С, а энергоблоки мощностью 300-1200 МВт - на закритические параметры пара: давление 24 МПа и температуру 540/540 °С. Часть энергоблоков мощностью 200 и 300 МВт ранних выпусков выполнена по схеме дубль-блока (два котла, одна турбина), остальные энергоблоки имеют схему моноблока.

1.2. Тепловые и пусковые схемы энергоблоков унифицированы по типам и составу оборудования и укрупненно могут быть разбиты на следующие основные узлы:

- котельная установка;

- турбина;

- конденсатор и система регенерации турбины;

- питательно-деаэраторная установка;

- общеблочное вспомогательное оборудование;

- электрическое оборудование энергоблока (генератор, трансформатор, трансформаторы собственных нужд и др.).

Ниже приведены некоторые характеристики указанных узлов оборудования, влияющие на их автоматизацию. Вопросы регулирования электротехнического оборудования энергоблока (напряжения, возбуждения и др.) в данной работе не рассматриваются.

1.3. Котельные установка имеют П или Т-образную компоновку.

Энергоблоки докритических параметров (200 МВт) оснащаются как прямоточными, так и барабанными котлами, а закритических параметров - только прямоточными котлами.

Прямоточные котлы имеют по два независимых водопаровых тракта (потока) с возможностью раздельного регулирования подачи воды в каждый из них с помощью своего регулирующего клапана. На каждом из потоков предусматривается установка встроенного растопочного узла, двух или трех впрыскивающих охладителей для регулирования температуры пара и пускового впрыска на выходе из котла.

Встроенный растопочный узел включает в себя задвижку, встроенную в водопаровой тракт; сепаратор, установленный на байпасе встроенной задвижки, и регулирующие дроссельные клапаны на входе в сепаратор и на линиях, отводящих из него воду и пар.

На некоторых котлах (например, энергоблоков 800 МВт) пароперегревательная часть каждого из двух водопаровых трактов разветвляется на два подпотока с соответствующим увеличением количества впрыскивающих охладителей.

Барабанные котлы энергоблоков 200 МВт имеют один регулируемый поток до барабана и двух- или четырехпоточный пароперегреватель (в зависимости от количества котлов в энергоблоке и компоновки котла).

Дня регулирования питания предусматриваются три параллельно включенных питательных клапана 50, 100 и 250 мм, первый из которых (наименьший) используется для заполнения котла водой, средний - для регулирования уровня в барабане при пуске, третий - для регулирования в нормальных режимах.

Регулирование температуры пара осуществляется аналогично прямоточным котлам двумя или тремя впрыскивающими охладителями. Для впрыска используется собственный конденсат котла, а при пуске - питательная вода. Пусковые впрыски в паропроводы на выходе из котла на барабанных котлах не предусматриваются.

Все рассматриваемые энергоблоки имеют один промежуточный перегрев пара, для регулирования температуры которого применяются паропаровые теплообменники либо байпасируемые регулировочные поверхности.

Для защиты от недопустимых повышений температуры пара промперегрева предусматриваются впрыскивающие пароохладители в рассечке промежуточного пароперегревателя.

В пусковых схемах котлов для регулирования давления воды, поступающей на впрыски, предусматриваются устройства "постоянного расхода", состоящие из набора дроссельных шайб и регулирующего клапана на линии сброса питательной воды в деаэратор.

По видам сжигаемого топлива и системам топливоприготовления котельные установки разделяются на:

- сжигающие газообразное и жидкое топливо (газ, мазут);

- пылеугольные с промбункером пыли;

- пылеугольные с системами пылеприготовления прямого вдувания (с молотковыми или среднеходными мельницами, мелющими вентиляторами).

Подача твердого топлива в котлы с промбункером регулируется изменением частоты вращения лопастных питателей пыли, которые оснащаются электродвигателями постоянного тока.

На котлах с прямым вдуванием подача топлива в мельницы регулируется изменением частоты вращения электродвигателей постоянного тока питателей сырого угля (скребковых, ленточных).

Для регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока применяются тиристорные станции бесступенчатого регулирования, изменяющие напряжение питания регулируемых электродвигателей.

В качестве растопочного топлива на всех пылеугольных котлах используется мазут.

Большинство рассматриваемых котлов рассчитано на работу при уравновешенной тяге и оборудуется, как правило, двумя дымососами и двумя дутьевыми вентиляторами, подача которых регулируется с помощью направляющих аппаратов.

На некоторых энергоблоках мощностью 300 и 800 МВт с газомазутными котлами предусмотрена работа котлов под наддувом с полным исключением дымососов или установкой дымососов пониженной мощности.

Приводом для дымососов и дутьевых вентиляторов, а также других тягодутьевых машин (дымососов рециркуляции, мельничных вентиляторов) служат асинхронные электродвигатели. Исключение составляют энергоблоки 800 МВт, где для дутьевых вентиляторов используется турбопривод и регулирование расхода воздуха осуществляется изменением частоты вращения приводных турбин.

1.4. Турбины энергоблоков 200-800 МВт одновальные, многоцилиндровые, с нерегулируемыми отборами пара и сопловым парораспределением, а энергоблоков 1200 МВт - с дроссельным парораспределением.

Система регулирования турбин рассматриваемых энергоблоков гидравлическая, неравномерность регулирования около 4,5%. Турбины всех типов в большей или меньшей мере оснащаются устройствами электрической части системы регулирования (ЭЧСР), которые в простейшем случае обеспечивают быструю разгрузку турбины при действии энергосистемной противоаварийной автоматики, а на турбинах 800 МВт, кроме того, выполняют значительную часть функций системы регулирования мощности энергоблока.

Управление частотой вращения турбины при пуске и мощностью после включения генератора в сеть осуществляется с помощью механизма управления турбины (МУТ), представляющего собой электродвигатель со временем перемещения в пределах неравномерности 45-60 с.

Расход пара на уплотнения турбины, поступающего из нерегулируемого отбора или постороннего источника, регулируется одним клапаном.

1.5. Конденсатор и система регенерации турбины включают в себя конденсатор (или два параллельных конденсатора) для конденсации отработавшего пара и подогреватели системы регенеративного подогрева конденсата.

Удаление конденсата из конденсатора турбины осуществляется конденсатными насосами, а уровень в конденсаторе регулируется клапаном, установленным на стороне их нагнетания. При пусках насосы работают в режиме рециркуляции и уровень поддерживается другим клапаном, установленным на линии рециркуляции.

Регенеративный подогрев конденсата и питательной воды осуществляется соответственно в четырех-пяти подогревателях низкого давления (ПНД) и трех подогревателях высокого давления (ПВД). Уровень конденсата греющего пара, поступающего из нерегулируемых отборов турбины, в подогревателях поддерживается регулирующими клапанами, установленными на выходе из этих подогревателей, а также клапаном на стороне нагнетания перекачивающего насоса.

1.6. Все энергоблоки оснащаются питательно-деаэраторными установками - питательными насосами и деаэраторами с рабочим давлением 0,7 МПа (на энергоблоках 200 МВт - 0,6 МПа), питаемыми в нормальных условиях греющим паром от отборов турбины, а при пусках и аварийных разгрузках - от паропроводов собственных нужд. Для регулирования давления в деаэраторе на соответствующих паропроводах устанавливаются регулирующие клапаны. Уровень в деаэраторе регулируется путем изменения добавка конденсата в конденсатор турбины.

Питательная установка энергоблока 200 МВт состоит из двух или трех питательных электронасосов (ПЭН), один из которых является резервным; энергоблока 300 МВт - из двух питательных насосов (пускорезервного электронасоса, снабженного гидромуфтой и обеспечивающего до 60% номинальной производительности энергоблока, и основного насоса с турбоприводом, позволяющего за счет изменения частоты вращения регулировать производительность в пределах 50-100% при работе энергоблока на номинальном давлении и 30-100% при работе энергоблока на скользящем давлении); энергоблоков 500 и 800 МВт - из двух питательных турбонасосов подачей 50% номинального расхода энергоблока каждый. Конденсационные приводные турбины этих насосов питаются паром от одного из отборов основной турбины, а при пусках и в аварийных режимах - от пуско-сбросных устройств собственных нужд энергоблока.

1.7. Общеблочное вспомогательное оборудование включает в себя пуско-сбросные устройства, редукционно-охладительные установки, сетевые подогреватели, испарители и другое оборудование, определяемое конкретной тепловой схемой энергоблока.

С точки зрения автоматического регулирования наиболее ответственными являются быстродействующие редукционно-охладительные установки (БРОУ), через которые сбрасывается пар из котла в конденсатор турбины при пусках и в аварийных режимах (однобайпасная схема), и БРОУ собственных нужд, через которые подается пар к питательным насосам на энергоблоках 500, 800 и 1200 МВт.

Паровые дроссельные клапаны БРОУ обоих типов должны оснащаться мощным электроприводом, обеспечивающим требуемое быстродействие (время полного открытия 10-15 с). Охлаждение дросселированного пара осуществляется с помощью впрыска.

1.8. Режимы работы энергоблоков охватывают режимы нормальной эксплуатации в регулировочном диапазоне нагрузок, пусковые и аварийные режимы.

При нормальной эксплуатации характер изменения нагрузки отдельных энергоблоков определяется рядом факторов, в частности, типом и маневренными характеристиками оборудования, видом сжигаемого топлива, электрическими связями электростанции, характером нагрузки в энергосистеме и др.

Большинство мощных энергоблоков работает в режиме изменения нагрузки по диспетчерскому графику: номинальная (заданная) нагрузка в дневные и вечерние часы, минимальная - ночью.

Часть энергоблоков, главным образом с газомазутными котлами, принимает участие в более глубоком регулировании параметров энергосистемы (участие в подавлении отклонений частоты, регулирование и ограничение мощности в линиях перетока, локализация аварийных режимов в энергосистеме) как за счет изменения нагрузки в регулировочном диапазоне, так и за счет останова в ночное время и на нерабочие дни.

Под регулировочным диапазоном нагрузок понимается интервал нагрузок, внутри которого мощность энергоблока может изменяться автоматически без изменения состава основного и вспомогательного оборудования и количества включенных горелочных устройств.

Значение регулировочного диапазона зависит от типа оборудования энергоблока, вида сжигаемого топлива и других факторов. Так, при работе на газе или мазуте значение регулировочного диапазона должно составлять 50-70% номинальной мощности, а при работе на твердом топливе - 20-50%.

Для энергоблоков 300-800 МВт, работающих на закритических параметрах пара, характерным является комбинированный режим поддержания давления пара перед турбиной, обеспечивающий существенное повышение экономичности работы энергоблока.

Этот режим предусматривает работу энергоблока в диапазоне нагрузок 100-70% при номинальном давлении свежего пара перед турбиной и регулирование нагрузки клапанами турбины. При нагрузках менее 70% клапаны турбины, подводящие пар к двум из четырех групп сопл, остаются полностью открытыми, остальные - полностью закрытыми и нагрузка регулируется путем изменения давления свежего пара перед турбиной. Такой режим требует выполнения системы регулирования с автоматически перестраиваемой структурой.

Пусковые режимы энергоблоков с прямоточными котлами предусматривают пуск по сепараторной схеме - водопаровой тракт котла при пуске разделяется встроенными задвижками на испарительную часть, в которой поддерживается давление, близкое к номинальному, и на перегревательную часть, работающую с переменным давлением пара. Пар в перегревательные поверхности нагрева поступает из встроенного сепаратора. Расход питательной воды в этом режиме поддерживается постоянным, как правило, равным 30% номинального, вплоть до перехода на прямоточный режим. Одновременно с пуском котла ведется прогрев паропроводов, сначала производится сброс пара через БРОУ в конденсатор турбины, а затем разворот и начальное нагружение турбины. В дальнейшем нагрузка турбины повышается по мере повышения параметров пара на котле. Когда давление пара за котлом становится близким к номинальному, встроенные задвижки открываются.

Регулирование подачи топлива в котел, температуры свежего пара и пара промперегрева осуществляется по программам, зависящим от начального теплового состояния оборудования (главным образом, турбины), и ведется в темпе, обеспечивающем допустимые скорости прогрева металла.

Энергоблоки мощностью 200 МВт с барабанными котлами также пускаются на скользящем давлении. Дополнительным фактором, ограничивающим темп пуска на этих энергоблоках, является скорость и равномерность прогрева барабана котла, что должно учитываться при формировании программ пуска. Температура пара при пуске энергоблоков с барабанными котлами поддерживается теми же впрыскивающими охладителями, которые работают в нормальных режимах.

2. ТРЕБОВАНИЯ К ОБОРУДОВАНИЮ И РЕГУЛИРУЮЩИМ ОРГАНАМ, ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ УСЛОВИЯМИ АВТОМАТИЗАЦИИ

2.1. Для повышения надежности работы и упрощения системы АР энергоблока его оборудование и тепловая схема должны удовлетворять ряду требований, основные из которых следующие:

- тепловая схема и оборудование энергоблока должны выполняться таким образом, чтобы автоматическое управление ими осуществлялось с использованием минимального числа органов управления. В частности, следует по возможности сокращать количество вспомогательных механизмов, используемых для решения общих задач авторегулирования; уменьшать количество охладителей для регулирования температуры на общем потоке; исключить необходимость регулирования соотношения "топливо-воздух" на каждую горелку;

- каждый регулирующий орган должен влиять, главным образом, на изменение того параметра, для регулирования которого он предназначен, и оказывать малое влияние на другие регулируемые параметры. Так, например, в двухпоточных прямоточных котлах не следует выполнять переброс потоков с одной половины по ширине котла на другую, так как это затрудняет возможность компенсации тепловых перекосов путем перераспределения потоков воды;

- регулирующее воздействие должно влиять на регулируемый параметр с возможно меньшей инерционностью по сравнению с возмущающими воздействиями. Исходя из этого условия должны, в частности, выбираться места размещения охладителей для регулирования температуры пара; пылеприготовительные установки, выполненные по схеме прямого вдувания и обладающие значительной инерционностью, должны предусматривать возможность динамической форсировки выноса пыли из мельниц для компенсации их инерционности при регулировании подачи топлива;

- регулирование нагрузки в пределах регулировочного диапазона должно обеспечиваться за счет воздействия на регулирующие органы подачи топлива без изменения количества находящихся в работе топливоподающих устройств (питателей, горелок);

- для обеспечения необходимой приемистости энергоблока в аварийных режимах при открытии клапанов турбины на 30% полного хода с одновременным воздействием на органы управления нагрузки котла показатель приемистости (где и - текущее и установившееся отклонение мощности энергоблока; - время от момента подачи сигнала на открытие клапанов) в зависимости от времени должен изменяться следующим образом: