2.4 Проверка защиты и сигнализации гпа

Защита газотурбинного агрегата и нагнетателя от недопустимых режимов работы является одной из основных функций системы автоматического регулирования ГПА. Система зашиты, обеспечивая защиту ГПА во время пуска и остановки, также автоматически выполняет операции, необходимые для восстановления нормального режима в процессе работы. При аварийном режиме она останавливает агрегат и подает аварийный сигнал обслуживающему персоналу. Защитные устройства предотвращают повреждение агрегата и обеспечивают безопасность обслуживающего персонала при возникновении аварийных состояний. Все системы защиты действуют независимо от системы управления с тем, чтобы при возникновении неисправности в системах управления, системы защиты не вышли бы из строя. Во всех случаях быстрое отключение турбины и остановка агрегата при возникновении опасного состояния осуществляется прекращением подачи топливного газа к камере сгорания стопорным клапаном и открытием клапанов для выпуска воздуха из компрессора. Противопомпажная защита воздушного компрессора осуществляется сбросными клапанами, частично сбрасывающими воздух из компрессора.

Система защиты ГТУ предохраняет агрегат в случае отклонения показателей за допустимые пределы: давления масла смазки, осевого сдвига роторов, температуры подшипников, перепада "масло-газ", температуры продуктов сгорания, давления топливного газа, частоты вращения роторов, вибрации подшипников, а также в случаях погасания факела в камере сгорания, нарушения заданной последовательности пусковых операций, задержке агрегата в зоне запрещенной частоты вращения, помпаже нагнетателей. Кроме агрегатных систем автоматического управления и защиты ГТУ, существует комплекс средств контроля и автоматики компрессорного цеха, осуществляющий оперативное управление, защиту и контроль за работой оборудования цеха и объектов КС. В этот комплекс входят такие общестанционные системы защиты:

- защита цеха или укрытия ГПА от загазованности (высокой концентрации газа);

- защита цеха или укрытия ГПА от пожара;

- защита компрессорной станции при аварийных ситуациях (аварийная остановка компрессорной станции ключом КАО);

- защита по давлению на выходе компрессорной станции;

- защита по высокой температуре газа на выходе компрессорной станции;

- защита по высокому уровню жидкости в пылеуловителях, сепараторах и др.

При срабатывании защитного устройства, которое может быть электрическим, гидравлическим или пневматическим, и появлении защитного сигнала, осуществляется экстренная остановка агрегата. Так, применительно к агрегатам типа ГТК-10, экстренную остановку осуществляют органы предельной защиты, которые включают стопорный клапан, два электромагнитных клапана, подключенные к электрической системе защиты, два бойковых автомата безопасности, срабатывающих при достижении предельно допустимых частот вращения валов турбодетандера и турбин низкого давления или от ручного воздействия на кнопку управления. При аварийной ситуации одним из перечисленных устройств из линии предельной защиты выпускается воздух, давление снижается и стопорный клапан перекрывает подачу топливного газа к камере сгорания. Одновременно закрывается и регулирующий клапан. Открываются полностью выпускные воздушные клапаны (ВВК) осевого компрессора и в результате турбина быстро останавливается. Наладка защит ГТУ и нагнетателя проводится в три этапа: перед пуском на остановленной турбине, при пуске, работе без нагрузки и с нагрузкой. Приведем краткое описание основных систем защиты применительно к агрегату ГТК-10-4.

Защита по давлению масла смазки

Эта защита останавливает агрегат при падении давления масла в смазочных системах турбины и нагнетателя ниже установленных величин (< 0,2 кг/см ). Низкое давление масла смазки может нарушить условия смазки и вызвать разрушение подшипников ГПА. Поэтому необходимо проверить включение защиты по маслу. Измерение давления производится электроконтактными манометрами (ЭКМ). При падении давления смазки подшипников стрелка манометра замыкает контакты, выдавая через реле на главный щит управления (ГЩУ) сигнал "Аварийное давление масла". Одновременно с аварийным сигналом должен включаться резервный масляный насос (РМН), обеспечивая давление в смазочной системе не менее 0,4 кг/см .

Защита по погасанию факела

Система обнаружения пламени выполняет две функции.

Во время нормального запуска агрегата светочувствительные элементы фотореле обнаруживают установление пламени в камере сгорания и разрешают продолжать последовательность запуска агрегата. В противном случае прекращается подача топливного газа и, таким образом, исключается возможность его скопления в турбине, а следовательно, и возможность взрыва. В случае срыва пламени во время работы немедленно прекращается подача топливного газа в камеру сгорания, в результате чего исключается возможность поступления несгоревшего топлива в патрубок турбины, где могло бы произойти вторичное зажигание в результате соприкосновения топливного газа с горячими поверхностями, что опасно как для обслуживающего персонала, так и для самого оборудования.

Эта цепь защиты включается после открытия стопорного и регулирующего клапанов. При проверке защит, после включения электропитания фотореле, должна сработать аварийная защита по импульсу от фотореле. При этом должны сработать электромагнитные клапаны в линии предельной защиты, закрыться стопорный и регулирующий клапаны (СК и РК), включиться аварийный сигнал "Факел погас".

Защита по осевому сдвигу роторов

Эта защита срабатывает, останавливая агрегат, при увеличении давления масла в системе защиты по осевому сдвигу выше установленных величин. При осевом сдвиге возможно задевание вращающихся деталей агрегата за неподвижные и разрушение отдельных узлов агрегата.

Масло (воздух) к реле осевого сдвига (РОС) турбокомпрессора, силовой турбины и нагнетателя поступает через шайбы диаметром 3 мм, а сливается через зазоры между соплами реле и упорными дисками на валах агрегата. Давление масла на ЭКМ должно составлять 1,2-1,8 кг/см (давление воздуха при гидропневматической системе регулирования должно составлять 0,3-0,6 кг/см ). Изменение давления масла, которое происходит при осевом сдвиге ротора, фиксируется электроконтактными манометрами системы защиты. Контакты на манометрах (ЭКМ) должны срабатывать при повышении давления масла до 3-3,5 кг/см (или превышении давления по воздуху свыше 1 кг/см ), при этом на ГЩУ подается аварийный сигнал "Авария по осевому сдвигу".

Защита по перепаду между маслом уплотнения и газом в полости нагнетателя (защита "масло-газ")

Для предотвращения протечек газа по валу из нагнетателя в машинный зал применяется система уплотнения нагнетателя. С этой целью к торцевому уплотнению, совмещенному с опорным вкладышем подшипника нагнетателя, подается масло с давлением на 1,0-1,5 кг/см больше давления газа в нагнетателе. Для поддержания постоянной разности давления между маслом и газом применен регулятор перепада давления (РПД). Защита по перепаду давления "масло-газ" осуществляется с помощью дифференциального реле давления типа РДД-1М, осуществляющего электрическую блокировку и автоматическое переключение с рабочего винтового масляного насоса уплотнения (ВМНУ) на резервный при снижении перепада давления, а также остановку агрегата с отключением нагнетателя от газопровода при полном исчезновении перепада. Таким образом, при проверке защиты по перепаду "масло-газ" проверяют резервирование насосов (т.е. включение резервного насоса при отключении работающего ВМНУ). При отключении электродвигателей обоих ВМНУ, после установленной выдержки времени, должна срабатывать защита по уменьшению перепада давления в уплотнении. При этом должен закрыться кран № 4 и включиться сигнал на ГЩУ "Аварийный перепад "масло-газ". При проверке работы РПД следят, чтобы давление масла все время было выше давления газа на 1,0-1,5 кг/см . Необходимо проверить также, что при выключенном ВМНУ кран № 4 нельзя открыть ключом управления. Сигнал об открытии крана № 4 включает защиту по перепаду. При проверке защиты и сигнализации ГПА необходимо произвести опрессовку масляной системы уплотнения нагнетателя. Предохранительный клапан в клапанной коробке ВМНУ ограничивает максимально допустимое давление на уровне 8,0 МПа при максимальном рабочем давлении насоса 6,4 МПа. При максимальном рабочем давлении ВМНУ 7,5 МПа, предохранительный клапан настраивают на максимальное давление 8,8 МПа.

Кроме этого, необходимо проверить защиту по низкому давлению уровня масла в аккумуляторе, системы уплотнения "масло-газ", а также работу кранов обвязки нагнетателя. Убедиться, что при перепаде давления на кране № 1 больше 0,2-0,3 МПа краны № 1 и 2 нельзя открыть ключом управления.

Защита от превышения температуры газа

Эта защита является одной из основных систем защит газовой турбины.

При нормальных условиях эксплуатации температура газа обычно поддерживается регулированием расхода топлива. Однако при неисправностях в системе регулирования, помпажах осевого компрессора или нагнетателя количество подаваемого топлива, а значит, и температура газа могут превысить установленные нормы. Это может привести к выгоранию лопаток проточной части, разрушению лопаточного аппарата и другим тяжелым последствиям. В начале система защиты от превышения температуры газа включает предупредительный звуковой и световой сигналы, что указывает на необходимость разгрузки турбины, предотвращая тем самым ее отключение. Если же температура газа будет продолжать повышаться, то система защиты останавливает агрегат. Система защиты спроектирована таким образом, что является независимой от системы регулирования температуры газа. Температуру газов измеряют термопарами, устанавливаемыми за ТНД или перед ТВД. В качестве вторичных приборов в цепи защиты по температуре газа используют потенциометр КСП и автомат температурной защиты АТЗ.

Защита по превышению частоты вращения роторов ТВД, ТНД и турбодетандера

Система защиты от превышения частоты вращения предназначена для защиты газовой турбины от возможных повреждений, вызываемых превышением максимальной частоты вращения валов ТНД, ТВД и турбодетандера. При повышении частоты вращения может произойти отрыв лопаток, разрушение замков и дисков, могут появиться осевые сдвиги и разрушения подшипников, корпусных деталей ГТУ и т.д.

Чтобы предотвратить превышение частоты вращения роторов ГТУ свыше допустимых значений, применяют разного рода автоматы безопасности. Легко разгоняемый ротор ТНД имеет два автомата безопасности: центробежный (механический, бойкового типа) и гидродинамический. Бойковый автомат имеет и ротор турбодетандера. Защита от превышения частоты вращения ротора ТВД осуществляется по давлению масла за главным масляным насосом. Настройку автоматов безопасности для ГПА типа ГТК-10-4 производят при следующих частотах вращения:

Наименование защитного устройства	Частота вращения вала при срабатывании защиты, об/мин
Бойковый автомат на валу ТНД	5350+80
Гидродинамический автомат вала ТНД	5250+80
Бойковый автомат на валу турбодетандера	9800±700

Защита по температуре подшипников

Система защиты по температуре подшипников выдает предупреждающий и аварийный сигналы при возрастании температуры выше допустимой, что может привести к разрушению подшипников, выплавлению баббита вкладышей, осевым сдвигам, повышенной вибрации и т.п.

Защита по температуре подшипников осуществляется с помощью малогабаритных платиновых термометров сопротивления (ТСП), установленных во вкладышах опорных подшипников и колодках упорных подшипников. Термометры сопротивления подключены к электронному мосту, который осуществляет измерение и регистрацию температуры подшипников, а также выдает предупреждающий (при 75 °С) и аварийный (при 80 °С) сигналы на ГЩУ.

Система защиты от вибрации

Защита агрегата от вибрации осуществляется с помощью датчиков, размещаемых на корпусах подшипников ГПА. При этом вибрация измеряется в трех направлениях: вертикальном, поперечном и осевом. Сигнал поступает от пьезодатчика. Повышенная вибрация может привести к нарушению условий смазки и разрушению подшипников, задеваниям вращающихся деталей в прочной части и другим аварийным ситуациям.

Имеется два уровня вибрации. При достижении первого уровня включается предупредительная сигнализация (сигнализация срабатывает при значении виброскорости = 7,1 мм/с). При достижении второго уровня, когда вибрация становится более 11,2 мм/с, срабатывает аварийная сигнализация и происходит остановка агрегата.

Кроме перечисленных выше основных систем защиты применяются и другие:

- по минимальному и максимальному уровню масла в маслобаке агрегата;

- защита по аварийной остановке от кнопки АО;

- защита по давлению топливного газа;

- защита по предотвращению работы вала турбокомпрессора в диапазоне резонансных частот вращения 2500-4300 об/мин (более 5 мин);

- защита нагнетателя от помпажа;

- защита по разряжению на всасе осевого компрессора.

Проверку защиты в обязательном порядке и в соответствии с Правилами технической эксплуатации проводят при подготовке ГПА к пуску. Проверку проводит комиссия в составе сменного инженера, инженера службы КИПиА, машиниста ТКЦ, работники КИПиА с оформлением специального протокола приемки-сдачи защиты.