Balakovskaya - Турбина, ТПН, маслосистема

201

Режимы пуска и останова турбины

Нормальные:

поддержание заданной частоты вращения ротора; поддержание заданной мощности.

Аварийные:

перевод турбины на холостой ход или нагрузку собственных нужд при сбросе нагрузки с генератора; немедленный останов турбины при заданном отклонении параметров.

Режимы эксплуатационные

Нормальные:

поддержание мощности в соответствии со статической характеристикой “мощность - частота сети” с заданными неравномерностью и нечувствительностью; поддержание заданной мощности; поддержание мощности в соответствии со статической

характеристикой “мощность - давление пара перед турбиной ” с заданной неравномерностью; ускоренное изменение мощности на заданную величину;

поддержание заданного давления пара при нормальной работе реактора; поддержание заданного давления пара при резком

изменении паропроизводительности реактора.

Аварийные:

импульсная разгрузка турбины с максимально возможными скоростями снижения и восстановления мощности; ступенчатое изменение мощности с максимально возможной скоростью.

Назначение, технические характеристики

Система регулирования турбины К-1000-60/1500-2 состоит из основной - электрогидравлической системы регулирования (ЭГСР) и резервной - гидравлической системы регулирования (ГСР). ЭГ СР выполнена с электронной управляющей частью и гидравличе скими исполнительными механизмами. ГСР - с гидравлической управляющей частью и теми же гидравлическими исполнител ьными механизмами.

Основной системой, выполняющей весь комплекс задач регулирования, является ЭГСР. ГСР управляет турбиной при отказах ЭГСР или регламентных проверках.

При работе ЭГСР ГСР находится в стерегущем режиме и не ока зывает влияния на работу турбоагрегата. При появлении неисправн остей в ЭГСР автоматически вводится в работу ГСР, а ЭГСР отключае тся.

Ввод в работу основной системы регулирования - ЭГСР или резервной - ГСР осуществляется двумя переключающими устройствами. В составе ЭГСР предусмотрена автоматическ ая система слежения для обеспечения автоматического переключения с ЭГСР на ГСР без изменения нагрузки турбины в момент перехода. Дей ствие этой системы проявляется в том, что при работе ЭГСР сравни ваются давления в линиях управления ГСР и ЭГСР и при отличии этих давлений подается сигнал на электропривод механизма упр авления турбиной ГСР, который перемещает этот механизм до тех пор , пока давления не сравняются.

Существенные особенности ЭГСР:

использование электрических обратных связей по положен ию сервомоторов и отсечных золотников с формированием управляющих сигналов во всех режимах через электрогидравлический преобразователь (ЭГП), что позвол яет обеспечить отработку клапанами турбины сигналов ЭГСР с точностью и быстродействием, превышающим уровень,

203

nìí - частота вращения турбины при максимальной нагрузке;

ní - частота вращения ротора при номинальной нагрузке.

Для турбин К-1000-60/1500-2: n=δ·ní/100%=(4..5)·1500/100=60..75(îá/ìèí)

Другими словами, после сброса электрической нагрузки с отключением генератора от сети обороты турбины будут 1560...157 5 об/мин (если при этом не было никаких воздействий на механи зм управления турбиной - МУТ).

Если статическую характеристику снять при нагружении ту рбины, а затем при разгружении, то получим две характеристики, расположенные близко друг к другу, но не совпадающие друг с другом. Такая разница объясняется наличием трения в перед аточных механизмах, но не люфтов (хотя если появятся люфты, то характеристики еще дальше отойдут друг от друга).

Вот эта разница оборотов при нагружении и разгружении при одной и той же мощности характеризует нечувствительност ь турбины. Иными словами, она показывает, с какой точностью С АР реагирует на изменение направления нагрузки. Отношение в еличины

n к номинальной частоте вращения ní, выраженное в процентах, называется степенью нечувствительности регулирования, то есть:

ε=( n/ní)·100(%)

ε - степень нечувствительности;

n - изменение частоты вращения;

ní - частота вращения ротора при номинальной нагрузке.

Для турбины К-1000-60/1500-2: n=ε·ní/100%=0,2·1500/100=3,0(îá/ìèí)

Нужно отметить, что чем меньше ε, тем выше качество регулирования, тем точнее работает САР и меньше будут отклонения.

Электрогидравлическая система регулирования обеспечив ает степень нечувствительности ε не более 0,06%. Так что при работе турбины в режиме ЭГСР изменение частоты вращения составит:

n=0,06·1500/100=0,9(îá/ìèí)

Нормально работающая система регулирования должна имет ь примерно одинаковую нечувствительность в каждой точке с воей статической характеристики. Если в отдельных точках стат ической характеристики регулирования обнаруживается повышенна я нечувствительность, то она устраняется при ремонте соотв етствующих узлов.

Нечувствительность по существу означает, что при фиксиро ванной частоте вращения ní мощность турбины может произвольно изменяться на величину N.

Для системы регулирования с линейной статической характеристикой регулирования частоты вращения, имеюще й степень неравномерности δ и одинаковую степень нечувствительности ε, при любой нагрузке справедливо:

N=Ní·ε/δ(ÌÂò)

N - величина возможных колебаний электрической нагрузки;

Ní - номинальная мощность;

ε - степень нечувствительности; δ - степень неравномерности.

Для нелинейной статической характеристики регулировани я скорости возможные колебания заданной нагрузки составя т соответственно отношение степени нечувствительности к степени местной неравномерности регулирования.

Величина возможных колебаний мощности при работе САР в режиме ГСР:

N=1000·0,2/(4,0...5,0)=50...40 (ÌÂò)

Отметим, что в основном САР работает в режиме ЭГСР. В этом с лучае:

N=1000·0,06/(2,5...10,0)=24...6(ÌÂò)

204

Описание работы

Гидравлическая часть САР

Гидравлическая часть системы регулирования работает в с оставе ЭГСР и может самостоятельно обеспечивать заданные парам етры турбины в случаях временного отключения ЭГСР, реализуя гидравлический контур регулирования.

Гидравлическая часть САР управляет непосредственно регулирующими клапанами и заслонками промперегрева. Она включает в себя: гидроприводы клапанов и заслонок, электрогидравлические преобразователи выходных сигнал ов электрической части (ЭГП ЭГСР), гидравлические регулятор ы (регулятор скорости, ЭГП ГСР) и различные вспомогательные устройства.

Для управления регулирующими клапанами, расположенными с одной стороны ЦВД, имеется общий сервомотор, отсечной зол отник, устройство переключения рода работы “ЭГСР-ГСР” и ЭГП ЭГСР . Команды электронной части подаются одновременно на два Э ГП ЭГСР. Для управления заслонками ЦНД на каждой из них предусмотрен гидропривод, состоящий из сервомотора и отс ечного золотника.

Работа в составе ЭГСР

Главный сервомотор, отсечной золотник, переключающее уст ройство и ЭГП ЭГСР совместно с ЭЧ ЭГСР образуют электрогидравличес кий следящий привод, с помощью которого осуществляется управ ление турбиной от ЭЧ ЭГСР.

При работе ЭГСР золотники переключающих устройств наход ятся в верхнем положении. При этом отсечные золотники управляют ся от ЭГП ЭГСР, а управление от регулятора ГСР отключено (он нахо дится в стерегущем режиме).

В установившемся состоянии ЭГП ЭГСР запирает камеру над отсечным золотником, фиксируя его в среднем положении. В с вою очередь отсечной золотник отсечными кромками “бочек” за пирает рабочие полости главного сервомотора, не допуская переме щения регулирующих клапанов.

По команде электронной части ЭГСР на закрытие (открытие) клапанов золотник ЭГП ЭГСР смещается вниз (вверх) от средн его положения и соответственно снижает (повышает) давление в линии управления отсечным золотником, что приводит к перемещен ию золотника вверх (вниз) от среднего положения. Золотник, перемещаясь, изменяет давление в рабочих полостях сервом отора, вследствие чего начинается движение поршня сервомотора и регулирующих клапанов на закрытие (открытие). Перемещени е поршня сервомотора продолжается до тех пор, пока датчики положения сервомотора и отсечного золотника не вернут зо лотник ЭГП ЭГСР, а потом и отсечной золотник в среднее исходное положение, но уже при другом положении сервомоторов и регулирующих клапанов турбины.

Если отсечной золотник сместится от среднего положения в сторону закрытия регулирующих клапанов на значительную величин у (это бывает при подаче команд на закрытие клапанов с максималь ной скоростью или после полного закрытия клапанов), его нижня я “бочка” соединит линию управления заслонками ЦНД со слив ом и все заслонки закрываются.

В случае срабатывания системы защиты турбины рабочее мас ло из полостей над отсечными золотниками сливается независим о от положения ЭГП ЭГСР. Отсечные золотники перемещаются ввер х до упора, а регулирующие клапаны и заслонки закрываются с максимальной скоростью.

предусматривает возможность работы на четырех различны х206 режимах, а именно:

режим поддержания мощности - РМ; режим поддержания частоты - РЧ; режим поддержания давления - РД;

режим поддержания мощности и давления - РДМ.

В режиме РМ ЭГСР поддерживает в установленном состоянии заданную мощность турбины. В режиме РЧ ЭГСР поддерживает в установленном состоянии мощность турбины в соответстви и с заданной статической характеристикой “мощность-частота сети”. В режиме РД ЭГСР поддерживает в установленном состоянии да вление пара перед турбиной. В режиме РДМ ЭГСР поддерживает в установленном состоянии мощность турбины в соответстви и с заданной статической характеристикой “мощность-давлени е пара перед турбиной”.

Выбор режима работы турбоагрегата производится операто ром с учетом режима работы реакторной установки, а также автома тически.

Работа в составе ГСР

Гидравлическая система регулирования в случае отказа ЭГ СР выполняет следующие функции:

управление турбиной при пуске, нагружении и работе под нагрузкой; автоматическое поддержание частоты вращения ротора;

дистанционное и местное управление регулирующими клапанами; удержание турбины на холостом ходу при сбросе

электрической нагрузки.

При работе ГСР золотники переключающих устройств, находя сь в нижнем положении, соединяют камеры над отсечными золотни ками с линиями управления ГСР и отключают эти камеры от ЭГП ЭГСР .

В качестве датчика частоты вращения в ГСР применен центро бежный насос-импеллер, который непосредственно соединен с ротор ом турбины. Сигнал об изменении частоты вращения от импеллер а воспринимается поршневым пружинным регулятором скорост и. При перемещении регулятор скорости изменяет давление в двух проточных линиях управления, которые связаны с ЭГП ГСР, с камерами над отсечными золотниками и с полостями конусов обратной связи сервомоторов регулирующих клапанов.

ГСР работает следующим образом. При повышении частоты вращения ротора турбины увеличивается давление на напор е импеллера. Под действием этого давления золотник регулят ора скорости перемещается вверх, растягивая пружину. При этом он своей отсечной кромкой изменяет степень открытия окон в б уксе, что приводит к уменьшению давления в линиях управления ГСР. Уменьшение давления в полостях над верхними торцами отсе чных золотников приводит к перемещению золотников вверх. Золо тники приоткрывают на необходимую величину расточки, через кот орые подводится и сливается масло из подпоршневых полостей гл авных сервомоторов. Поршни сервомоторов перемещаются на определенную величину. Связанные со штоками сервомоторо в конусы обратной связи уменьшают слив из линий управления ГСР, что приводит к росту давления в этих линиях, и, как следствие, к возвращению отсечных золотников в среднее положение.

В случае резкого и на значительную величину изменения ско рости вращения ротора (например, при сбросе нагрузки) отсечные золотники смещаются вверх на такую величину, при которой их нижние “бочки” открывают слив из линий управления сервомоторами заслонок промперегрева. Золотники гидроп риводов этих заслонок перемещаются вниз, открывая слив из рабочих полостей сервомоторов, что приводит к закрытию заслонок.

Кроме регулятора скорости на линиях управления ГСР устан овлен ЭГП гидравлического контура. До 1996 года во всех стационарн ых режимах эксплуатации ЭГП ГСР не оказывал влияния на эти л инии и воздействовал на них (подавая форсирующий импульс на закрытие регулирующих клапанов турбины) только при отклю чении генератора от сети, получая команды от блока релейной фор сировки

207

и устройств противоаварийной автоматики. В настоящее вре мя на всех блоках Балаковской АЭС ЭГП ГСР исключен из схемы управления турбиной. Теперь при отключении генератора от сети происходит посадка стопорных клапанов турбины действие м технологической защиты, то есть от перехода на режим холо стого хода по факту отключения генератора отказались.

В соответствие с техническим решением на ЭГП ГСР закрыли оба вентиля подвода управляющего масла из линий управления Г СР, а вентиль подвода силового масла оставили открытым.

Для поочередного расхаживания регулирующих клапанов и з аслонок на линиях управления ГСР установлены сливные вентили. При их открытии снижается давление в линиях управления, что прив одит к закрытию регулирующих клапанов.

Импульсный насос

В качестве датчика угловой скорости вращения ротора прим енен центробежный двухступенчатый масляный насос - импеллер. О н соединен непосредственно с ротором турбины и расположен в корпусе опоры переднего подшипника.

Насос состоит из корпуса (1), вала (2), направляющего аппарата (5), рабочих колес (6) и уплотнительных колец (7). Корпус выполнен из двух половин, соединенных по горизонтальному разъему кре пежом. Внутри корпуса выполнены приемные и напорные камеры, а сн аружи приварены всасывающий и напорный патрубки. Нижняя часть корпуса выполнена в форме лапы, которой он крепится к опор е через специальную подставку.

5

4

3

2

À

1

Âñàñ

ÂÃ

9

Импеллер

208

Вал (2) представляет собой полый консольный хвостовик рото ра турбины. Рабочие колеса (6) насажены на вал (2) на шпонках (8) и стянуты посредством втулок (4) и гайки (3), образуя ротор насо са. Уплотнительные кольца (7) закреплены по наружному диаметр у в корпусе, а внутренней поверхностью с баббитовой заливкой охватывают ступицы рабочих колес.

Для обеспечения постоянного давления на всасе импульсно го насоса масло к нему поступает самотеком по отдельному трубопров оду из демпферного бака турбины. Вентиль на всасе импеллера плом бируют в открытом положении.

Через всасывающий патрубок масло поступает в камеру “А”. Из верхней точки этой камеры выполнена постоянная продувка “Б” для удаления воздуха. В камеру “В” масло подается от напора пе рвой ступени и через отверстия в перегородке поступает в камер у “Г”, которая является всасывающей камерой для второй ступени . Для успокоения потока на выходе второй ступени установлена с етка (9). Напор второй ступени является импульсом, который поступа ет в регулятор скорости.

Характеристика насоса “напор - расход” в рабочем диапазон е скоростей вращения является достаточно пологой с тем, что бы изменение протечек по уплотнительным кольцам не оказыва ло ощутимого влияния на напор насоса, а характеристика “обор оты - напор” была близкой к линейной.

Регулятор скорости

Назначение

Гидравлический регулятор скорости предназначен для автоматического поддержания частоты вращения ротора ту рбины на заданном оператором уровне с точностью, определяемой сте пенью неравномерности. Это достигается воздействием регулято ра скорости на линии управления главными сервомоторами - линии 1-го усиления. Регулятор скорости производит изменение слива из линии 1-го усиления в зависимости от частоты вращения ротора и от воздействия на механизм управления турбиной оператора (п о месту или дистанционно). Датчиком регулятора скорости является импеллер.

К регулятору скорости предъявляются три основных требов ания: производить изменение слива в строгом соответствии с внешней командой; сохранять заданное положение при отработке САР команд

других регуляторов и при изменении условий работы САР (давление, температура, загрязнение рабочего масла и т.п.); сохранять указанные свойства в процессе длительной эксплуатации, допускать контроль на работающей турбине.

Регулятор скорости позволяет осуществить:

пуск турбины и ее прогрев на оборотах выше 400 об/мин при автоматическом поддержании заданной частоты вращения; синхронизацию турбогенератора с сетью; установку заданной нагрузки на турбогенераторе при рабо те

его в общую сеть или изменение частоты вращения при индивидуальной работе; перевод турбины на холостой ход при сбросе электрической нагрузки;

ограничение мощности турбоагрегата; разгон турбины для проверки настройки колец автомата безопасности.

Устройство

На большинстве турбин с системами регулирования, работаю щими на масле, устанавливается всережимный регулятор скорост и поршневого типа.

Всережимный регулятор скорости поршневого типа

1-ходовая гайка

2-ограничительная втулка

3,14-пружины

4-шестерня

5-указатель

6-âèíò

7-крышка золотника

8-золотник разгонного устройства

9-упорный подшипник

10-øòîê

11-золотник

12-подвижная букса

13-неподвижная букса

15-нижняя втулка

209

Основные элементы регулятора - дифференциальный золотни к (11), подвижная букса (12), неподвижная букса (13), пружина сжатия (3), пружина растяжения (14), детали механизма управления: шесте рня (4), шток (10), ходовая гайка (1). Линия 1-го усиления связана с камерой “А” регулятора. Слив из этой камеры может происхо дить через окна “д” в подвижной буксе (12), окна “е” в неподвижной буксе (13). Окна перекрываются нижней и второй снизу бочками золотника (11). Линия напора импульсного насоса связана с ка мерой “Б” регулятора.

Для управления парораспределительными органами турбины необходимо менять давление в линиях 1-го усиления, что осуществляется изменением слива масла из этих линий чере з регулирующие окна в подвижной буксе регулятора скорости , то есть изменением величины открытия окон за счет смещения подви жной буксы и золотника относительно друг друга.

В качестве привода регулятора скорости использован элек трический исполнительный механизм типа МЭО, приспособленный к прерывистому режиму работы и многократному реверсирова нию. МЭО имеет электромагнитный тормоз и электрическую обрат ную связь по положению, что обеспечивает высокую точность отр аботки команды и незначительный выбег. Согласно принятой термин ологии, электрический привод регулятора скорости именуется МУТ (механизм управления турбиной).

210

Надежным средством борьбы с застойной нечувствительнос тью является вращение золотника. Одновременно вращение явля ется способом контроля чувствительности золотника. Как прави ло, при повышении сил трения вращение прекращается раньше, чем появляется заметная нечувствительность или неустойчиво сть САР. Для вращения используются сопла между силовой линией и сл ивом.

На Балаковской АЭС в настоящее время только золотник регу лятора скорости оставлен вращающимся. Сопла для вращения золотн иков других элементов САРЗ отглушены. Это сделано потому, что механические примеси, находящиеся в масле, приводят к поя влению проточек в трущихся парах и перетечкам масла.

Принцип работы

Регулятор работает следующим образом. Перед пуском турби ны (маховик МЭО - на упоре при вращении по часовой стрелке)

ходовая гайка (1) занимает верхнее положение на штоке (10), зо лотник (11) с деталями крепления прижат пружиной (14) к гайке (1) через ограничительную втулку (2). Подвижная букса (11) со штоком (10) прижаты пружиной (3) к нижнему упору. При этом окна “е” в неподвижной буксе (13) полностью перекрыты, окна “д” в подви жной буксе (12) полностью открыты.

Для открытия регулирующих клапанов турбины и толчка рото ра (давления импульсного масла в камере “Б” мало) вращением маховика механизма управления (против часовой стрелки) проворачивают зубчатое колесо (4) со штоком (11). Так как межд у гайкой (1) и крышкой регулятора установлена шпонка, при вращении штока (10) гайка (1) перемещается по резьбе вдоль што ка, вместе с ней перемещается золотник (11), изменяя слив масла и з линии 1-го усиления через окна “д” в подвижной буксе (12).

По мере роста частоты вращения давления в камере “Б” увеличивается, при достижении 20% номинальной частоты усил ие от импульсного давления на золотник (11) становится больше предварительного натяга пружины (14) и золотник отрывается от ограничительной втулки (2). Начиная с этого момента регуля тор скорости вступает в работу, изменяя слив из линии 1-го усиле ния как при изменении давления в камере “Б” вследствие изменения текущей частоты, так и при изменении задания частоты путем вращения шестерни (4) со штоком (10).

Так как давление в камере Б действует одновременно на зол отник (11) вверх и буксу (12) вниз, усилия от этого давления воспринимаю тся гайкой (1) (через пружину (14) от золотника и через шток (10) от буксы), шток (10) остается прижатым к нижнему упору пружиной (3).

Для увеличения задания частоты вращения ходовая гайка (1) перемещается по штоку (10) вниз и при частоте вращения 94% номинальной достигает упора. При дальнейшем вращении што к (10) начинает вывинчиваться из гайки (1), поднимая вверх буксу (1 2), и дополнительно сжимает пружину (3). С этого момента усилие пружины (3) постоянно прижимает к упору гайку (1), а не шток (10), и изменение слива из линии 1-го усиления при вращении штока ( 10) происходит за счет перемещения подвижной буксы (12) вместе со штоком. В результате дальнейшее увеличение частоты враще ния приводит к перемещению вверх золотника (11).

Движение деталей регулятора скорости при вращении махов ика механизма управления по часовой стрелке происходит в обр атной последовательности.

При изменении частоты вращения ротора от 1462 до 1538 об/мин золотник (11) регулятора скорости совершает ход 6 мм, что соответствует степени неравномерности 5%. Ходовая гайка (1) и подвижная букса (12) совершают соответственно ход 53,2 мм и 18,4 мм примерно за 110 оборотов маховика МЭО.

Испытание автомата безопасности разгоном

Нижний упор гайки (1) выбран таким образом, чтобы при повышении частоты вращения до 102,5% номинальной золотник (11) начинал открывать слив из камеры “А” через окна “е” в