Автоматизированные системы управления тепловых электростанций. Учебное пособие
.pdfЦентром диспетчерского управления ТЭС в целом служит ГЩУ, оснащенный ВК – программно-техническим комплексом (ПТК), который является верхней ступенью управления АСУ ТП ТЭС, куда поступает наиболее важная информация от подчиненных систем управления энергоблоками – блочных (локальных) ПТК.
Центром диспетчерского управления объединения ТЭС, образующих электроэнергетическую систему ЭЭС, служит районное диспетчерское управление (РДУ), оснащенное своим ПТК (ВК), куда стекается обобщенная информация от подчиненных ему ТЭС. Объединение ЭЭС – ОЭС управляется из собственного центра – объединенного диспетчерского управления (ОДУ). Наконец, все ОЭС управляются центральным диспетчерским управлением (ЦДУ), решающим задачи по оптимальному управлению процессами выработки и распределения электроэнергии в масштабе всей страны.
Таким образом, управление ОЭС, ЭЭС, ТЭС и энергоблоками является многоступенчатым (иерархически построенным [3]) и осуществляется единой распределенной вычислительной системой.
11
2. ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ АСУ ТП ЭНЕРГОБЛОКА ТЭС
Технологическим объектом управления (ТОУ) называют совокупность технологического оборудования и реализованного на нем технологического процесса производства. Современный энергоблок ТЭС включает один (моноблок) или два (дубль-блок) котла и турбогенератор с их вспомогательными установками. Блок связывается с энергосистемой отдельным электрическим трансформатором. Котлы блочных ТЭС, как правило, не соединяются общим паропроводом. Турбины состоят из цилиндра высокого давления (ЦВД) и цилиндра среднего давления (ЦСД), между которыми встроен вторичный (промежуточный) пароперегреватель, и цилиндра низкого давления (ЦНД).
Основной целью автоматизации энергоблока в конечном счете является снижение себестоимости производимой электрической и тепловой энергии. Поэтому важнейшим критерием оптимизации системы управления можно считать минимум приведенных затрат или максимум получаемого экономического эффекта, достигаемый в результате применения этих систем. Кроме того, перебои в энергоснабжении наносят народному хозяйству большой ущерб. Поэтому обеспечение высокой надежности, бесперебойности энергоснабжения, возможности потребления энергии в необходимых количествах и поддержание нормальных параметров технологических процессов являются важными задачами, решению которых способствует внедрение АСУ ТЭС.
Автоматизация тепловой части энергоблока предусматривает [7]:
дистанционное управление;
теплотехнический контроль (измерение) текущих значений параметров технологического процесса;
технологическую и аварийную сигнализацию о состоянии основного и вспомогательного оборудования;
12
технологическую защиту и защитные блокировки основного
ивспомогательного оборудования;
автоматическое непрерывное регулирование, обеспечивающее автоматическое поддержание технологических параметров с требуемой точностью;
логическое управление, обеспечивающее процессы пуска и останова при изменениях состава работающего оборудования.
Главная задача управления энергоблоком состоит в выработке заданного количества электроэнергии в каждый момент при минимуме
расхода топлива на 1 кВт ч. Кроме того, ставится задача выработки заданного количества теплоты.
Фактически расходом топлива регулируется давление острого пара, а регулирующим клапаном турбины – выдаваемая активная мощность. Это основной способ регулирования мощности. При отключенном от сети генераторе требуемой частоты вращения агрегата достигают воздействием на регулирующий клапан турбины.
При развороте блока от холостого хода до набора 50…70 % номинальной мощности применяется другой способ регулирования мощности. Разворот блока осуществляется при так называемых скользящих параметрах пара. При этом способе регулирования активной мощности управляющим воздействием служит изменение подачи топлива в топку [13].
Кроме того, на энергоблоке имеется большое количество промежуточных параметров, требующих непрерывной стабилизации для обеспечения достаточно близких к оптимальным условий эксплуатации (температура пара по тракту, разрежение вверху топки, уровни воды в барабане, подогревателе, конденсаторе и др.).
2.1. ФУНКЦИИ ПОДСИСТЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАЩИТ ЭНЕРГОБЛОКА
Главным требованием к работе любой защиты является обеспечение такого режима остановки или разгрузки оборудования, который не приводит к повреждениям его составных частей. Исходя из этого разработаны требования к действиям, выполняемым технологическими защитами (ТЗ) [6].
Устройства технологической защиты выполняют:останов блока;
13
останов котла;
останов турбины;
останов питательного электронасоса;
снижение нагрузки блока до 50 % номинальной;
снижение нагрузки блока до 30 % номинальной, до собственных нужд или холостого хода;
снижение нагрузки котла до 50 % номинальной;
снижение нагрузки котла до 30 % номинальной;
локальные операции.
А. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАЩИТ
А.1. Защиты, действующие на останов блока
А.1.1. Останов котла моноблока или обоих котлов дубль-блока. Защита действует при появлении команды на останов котла моноблока или обоих котлов дубль-блока, а также при подаче команды на останов одного котла дубль-блока, если другой котел отключен от турбины: закрыты главные паровые задвижки (ГПЗ), их байпасы и задвижки на горячих паропроводах промежуточного пароперегревателя. Защита действует на останов блока согласно п. Б.1.
А.1.2. Осевое смещение ротора турбины. Защита реализуется комплектом аппаратуры, поставляемым совместно с турбиной. Защита действует на останов блока согласно п. Б.1 и на останов турбины согласно п. Б.3.
А.1.3. Понижение давления в системе смазки турбины. Давление контролируется датчиками, поставляемыми совместно с турбиной. Схема включения датчиков определяется заводом. Защита с выдержкой до 3 секунд действует на останов блока согласно п. Б.1 и на останов турбины согласно п. Б.3. При установке главного маслонасоса на валу турбины защита действует без выдержки времени.
А.1.4. Повышение давления в конденсаторе турбины. Давление контролируется датчиками, поставляемыми совместно с турбиной. Схема включения датчиков определяется заводом. Защита действует на останов блока согласно п. Б.1 и на останов турбины согласно п. Б.3, а также на закрытие всех сбросных устройств, подающих пар и горячую воду в конденсатор, если поступление среды в них не прекращается после закрытия стопорного клапан (СК).
14
А.1.5. Повышениеуровня в подогревателе высокого давления(ПВД). Допускается выполнение защиты по повышению уровня в любом ПВД до максимально допустимого значения при наличии подтверждающего сигнала о повышении уровня в том же ПВД до уставки срабатывания локальной защиты. Каждое значение уровня контролируется одним датчиком. Защита действует на останов блока согласно п. Б.1
ина отключение группы ПВД согласно п. А.8.13, на останов всех питательных насосов согласно п. Б.4 с наложением запрета на включение резервного насоса, а также действует на закрытие запорных задвижек
ирегулирующих питательных клапанов на линии подвода питательной воды к котлу (обоим котлам дубль-блока).
А.1.6. Внутренние повреждения блока генератор–трансформатор. Защита действует при срабатывании электрических защит от внутренних повреждений на останов блока согласно п. Б.1.
А.1.7. Отключение всех питательных насосов. Защита срабатывает
при отключении выключателей электродвигателей всех насосов и с выдержкой времени до 9 секунд действует на останов блока согласно п. Б.1.
А.1.8. Закрытие стопорных клапанов турбины (кроме блоков, в состав которых входит конденсационная турбина и котел (котлы), сжигающий газ и мазут). Защита срабатывает при закрытии любого СК цилиндра высокого давления (ЦВД) и любого СК цилиндра среднего давления (ЦСД) для турбин с промежуточным перегревом пара или при закрытии всех СК для турбин без промежуточного перегрева и действует на останов блока согласно п. Б.1.
А.1.9. Возникновение асинхронного режима или гашение поля генератора (кроме блоков, в состав которых входит конденсационная турбина и котел (котлы), сжигающие газ и мазут). Защита срабатывает от реле-выявителя асинхронного режима или реле, фиксирующего гашение поля генератора, и действует на останов блока согласно п. Б.1.
А.1.10. Отключение генератора от сети вследствие внешних повреждений (кроме блоков с конденсационной турбиной). Защита срабатывает при отключении генератора от сети или при срабатывании электрических защит и действует на останов блока согласно п. Б.1, на закрытие обратных клапанов на линиях отборов турбины и на включение блока релейной форсировки системы регулирования турбины.
А.1.11. Повышение уровня пароводяной смеси в деаэраторе. Защита действует на останов блока согласно п. Б.1, а также с выдержкой
15
три секунды действует на останов всех конденсатных насосов последней ступени.
На блоках ТЭЦ защита действует дополнительно на отключение всех насосов, подающих воду в деаэратор.
А.2. Защиты, действующие на останов котла
А.2.1. Прекращение расхода через промежуточный пароперегреватель.
Расход пара контролируется по перепаду давлений между точками на «холодных» паропроводах (за отводом на предохранительные клапаны) и «горячих» паропроводах (на одном из отводов к стопорному клапану ЦСД). Точки отборов располагаются на близких нивелирных отметках. Защита с выдержкой до 20 секунд действует на останов котла согласно п. Б.2.
А.2.2. Повышение уровня смеси в барабане. Количество и схема включения датчиков определяются заводом. На котлах с топкой, разделенной двухсветным экраном, устанавливаются два комплекта защит – по одному с каждой стороны барабана. Защита действует на останов котла согласно п. Б.2 и на закрытие запорных задвижек и регулирующих питательных клапанов на линии подвода питательной воды к котлу.
А.2.3. Понижение уровня смеси в барабане. В защите используются те же датчики, что и в защите по п. А.2.2. Защита действует на останов котла согласно п. Б.2 и на закрытие запорных задвижек и регулирующих питательных клапанов на линии подвода питательной воды к котлу.
А.2.4. Понижение температуры свежего пара за котлом дубльблока. Защита действует на останов котла согласно п. Б.2.
А.2.5. Погасание общего факела в топке. Факел в топке (секции топки) контролируется не менее чем двумя комплектами приборов. На котлах с топкой, разделенной двухсветным экраном, факел контролируется отдельно в каждой секции топки. Защита срабатывает, если все приборы, контролирующие общий факел в топке (секции топки), зафиксировали его погасание, и действует на останов котла согласно п. Б.2. При погасании пылеугольного факела защита действует с выдержкой до 9 секунд. (Рекомендуемое значение – 2,5 секунды, так как непосредственно перед погасанием факела в некоторых аварийных
16
режимах работы котла возможно автоматическое включение подачи мазута.) На газовых, мазутных и газомазутных котлах с количеством горелок не более восьми допускается выполнение защиты с контролем факела каждой горелки. Защита срабатывает при погасании факела всех горелок. При этом защита «Невоспламенение первой горелки или погасание факела всех горелок при растопке котла» не выполняется.
А.2.6. Понижение давления газа. Количество и схема включения датчиков определяются заводом. Давление контролируется за регулирующим клапаном на общей линии подвода газа к котлу. На газовых котлах защита действует на останов котла согласно п. Б.2. На котлах, сжигающих несколько видов топлива, защита действует на отключение подачи газа согласно п. Б.2.1.1, а также если газ является преобладающим топливом, – на останов котла согласно п. Б.2.
А.2.7. Понижение давления мазута. Количество и схема включения датчиков определяются заводом. Давление контролируется за регулирующим клапаном на общей линии подвода мазута к котлу. Защита действует с выдержкой до 20 секунд. На мазутных котлах защита действует на останов котла согласно п. Б.2. На котлах, сжигающих несколько видов топлива, защита действует на отключение подачи мазута согласно п. Б.2.1.2, а также, если мазут является преобладающим топливом, – на останов котла согласно п. Б.2.
А.2.8. Понижение давления в системе смазки мельниц с прямым вдуванием при централизованной подаче масла. Защита с выдержкой до 9 секунд действует на останов котла согласно п. Б.2 при положении «Пыль» переключателя топлива (ПТ).
А.2.9. Отключение всех дымососов. Защита срабатывает при отключении всех выключателей электродвигателей дымососов и действует на останов котла согласно п. Б.2.
А.2.10. Отключение всех дутьевых вентиляторов. Защита срабатывает при отключении всех выключателей электродвигателей дутьевых вентиляторов и действует на останов котла согласно п. Б.2.
А.2.11. Отключение всех регенеративных воздухоподогревателей. Защита срабатывает при отключении всех выключателей электродвигателей регенеративных воздухоподогревателей и действует на останов котла согласно п. Б.2.
А.2.12. Отключение всех вентиляторов первичного воздуха. Защита срабатывает при отключении выключателей электродвигателей всех
17
вентиляторов первичного воздуха и действует на останов котла согласно п. Б.2 при положении «Пыль» ПТ.
А.2.13. Отключение всех мельничных вентиляторов при транспортировке пыли сушильным агентом от этих вентиляторов. Защита срабатывает при отключении выключателей электродвигателей всех мельничных вентиляторов и действует на останов котла согласно п. Б.2 при положении «Пыль» ПТ.
А.3. Защиты, действующие на останов турбины
А.3.1. Осевое смещение ротора. Технические условия на выполнение защиты изложены в п. А.1.2. Защита действует на останов турбины согласно п. Б.3 и на останов блока согласно п. Б.1.
А.3.2. Понижение давления в системе смазки. Технические условия на выполнение защиты изложены в п. А.1.3. Защита с выдержкой до 3 секунд действует на останов турбины согласно п. Б.3 и останов блока согласно п. Б.1.
А.3.3. Повышение давления в конденсаторе. Технические условия на выполнение защиты изложены в п. А.1.4. Защита действует на останов турбины согласно п. Б.3, на останов блока согласно п. Б.1, а также на закрытие всех сбросных устройств, подающих пар и горячую воду в конденсатор, если поступление среды в них не прекращается после закрытия стопорных клапанов.
А.3.4. Повышение частоты вращения ротора. Контроль частоты вращения и останов турбины при аварийной частоте вращения обеспечиваются системой регулирования турбины.
А.3.5. Повышение виброскорости корпусов подшипников турбоагрегата. Защита выполняется по техническим условиям турбинного завода и действует на останов турбины согласно п. Б.3.
А.3.6. Понижение температуры свежего пара перед турбиной. Одна из термопар защиты устанавливается в СК (или в непосредственной близости к нему), другая – в паропроводе за котлом. Защита срабатывает при понижении температуры в СК (или в непосредственной близости к нему) и в паропроводе свежего пара, подключенном к этому клапану. Защита действует на останов турбины согласно п. Б.3.
А.3.7. Понижение уровня в демпферном маслобаке системы уплотнений вала генератора. Защита с выдержкой до 9 секунд действует на останов турбины согласно п. Б.3.
18
А.3.8. Отключение всех маслонасосов системы уплотнений вала генератора (при отсутствии инжектора). Защита срабатывает при отключении электродвигателей всех насосов и с выдержкой времени до 9 секунд действует на останов турбины согласно п. Б.3.
А.3.9. Понижение расхода воды через обмотку ротора или статора генератора. Защита с выдержкой до 2 минут действует на останов турбины согласно п. Б.3.
А.3.10. Понижение расхода воды на газоохладители генератора (при наличии замкнутого контура охлаждения или градирен). Защита с выдержкой до 3 минут действует на останов турбины согласно п. Б.3.
А.3.11. Отключение всех насосов газоохладителей генератора (при отсутствии замкнутого контура охлаждения и градирен). Защита с выдержкой до 3 минут действует на останов турбины согласно п. Б.3.
А.3.12. Повышение давления пара в сетевом подогревателе теплофикационной турбины. Защита выполняется по техническим условиям завода-поставщика оборудования и действует на останов турбины согласно п. Б.3.
А.3.13. Повышение температуры масла за маслоохладителями турбины производственного объединения ТМЗ при пониженном давлении воды перед маслоохладителями. Каждый параметр контролируется одним датчиком. Защита действует при достижении уставки обоими параметрами на останов турбины согласно п. Б.3.
А.3.14. Понижение до нижней уставки температуры свежего пара перед конденсационной турбиной блока с пылеугольным или пылегазовым котлом (котлами). Защита выполняется аналогично защите по п. А.3.6. Допускается использование тех же термопар. Защита действует на останов турбины согласно п. Б.3.
А.4. Защиты, действующие на останов питательного электронасоса
А.4.1. Понижение давления в системе смазки. Давление контролируется одним датчиком. Защита с выдержкой до 3 секунд действует на останов насоса согласно п. Б.4.
А.4.2. Неоткрытие вентиля рециркуляции при достижении минимально допустимого расхода через насос. Защита срабатывает при закрытом вентиле рециркуляции, если понизился расход воды через
19
насос. Расход контролируется одним датчиком. Защита с выдержкой до 15 секунд действует на останов насоса согласно п. Б.4.
А.4.3. Понижение давления на стороне нагнетания. Давление контролируется в напорном патрубке до обратного клапана одним датчиком. Защита действует на останов насоса согласно п. Б.4. При срабатывании защиты минимального напряжения эта защита действует с выдержкой времени до 20 секунд.
А.5. Защиты, действующие на снижение нагрузки блока до 50 % номинальной
А.5.1. Отключение одного из двух питательных насосов. Защита срабатывает при отключении выключателя электродвигателя одного питательного насоса, если выключатель электродвигателя другого насоса включен. Защита с выдержкой до 9 секунд действует на снижение нагрузки блока до 50 % номинальной согласно п. Б.5.
А.5.2. Отключение от турбины одного из котлов дубль-блока. Защита действует при подаче команды на останов одного котла, если другой котел подключен к турбине, на снижение нагрузки блока согласно п. Б.5.
А.5.3. Снижение до 50 % номинальной нагрузки котла моноблока или обоих котлов дубль-блока. Защита срабатывает:
на моноблоках – при срабатывании любой защиты, переводящей котел на нагрузку 50 % номинальной (см. п. А.7);
на дубль-блоках – при срабатывании на обоих котлах защит, переводящих котел на нагрузку 50 % номинальной.
Защита действует на снижение нагрузки блока согласно п. Б.5.
А.6. Защиты, действующие на снижение нагрузки блока до 30 % номинальной, до собственных нужд или холостого хода
А.6.1. Возникновение асинхронного режима или гашение поля генератора энергоблока с конденсационной турбиной и котлом (котлами), сжигающим газ или мазут. Защита срабатывает от реле-выявителя асинхронного режима или реле, фиксирующего гашение поля генератора. Защита действует на снижение нагрузки блока до 30 % номинальной согласно п. Б.6.
20