В. Я. ГИРШФЕЛЬД А. М. КНЯЗЕВ В. Е. КУЛИКОВ

Режимы работы и эксплуатация тэс

Допущено Министерством высше­го и среднего специального образова­ния СССР в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальности «Тепловые электриче­ские станции».

МОСКВА «ЭНЕРГИЯ» 1980

Предисловие

Книга предназначается в качестве учебника по курсу «Режимы работы и эксплуатация ТЭС» для специаль­ности «Тепловые электрические станции». Этот курс яв­ляется завершающим в цикле теплоэнергетических дис­циплин. Учебник написан на основе курса лекций, читав­шегося в течение ряда лет авторами в Московском энергетическом институте, и не претендует на охват всех аспектов столь широкой темы, как режимы работы и экс­плуатация ТЭС. В соответствии с утвержденной прог­раммой курса авторы стремились изложить основы под­хода к анализу некоторых режимных вопросов, связан­ных с эксплуатацией ТЭС. Для этой цели в учебнике рас­сматриваются как аналитические, так и статистические методы при анализе переходных процессов, а также при построении экспериментальных многофакторных харак­теристик оборудования.

При написании всех разделов учебника использован опыт отечественных электростанций и энергосистем, на­ладочных организаций и научно-исследовательских ин­ститутов, а также результаты исследований авторов. В тексте даны ссылки на литературу, что позволит читате­лю более детально познакомиться с тем или иным во­просом, затронутым в книге.

Участие в составлении учебника распределилось между авторами следующим образом: В. Я. Гиршфельдом написаны введение, гл. 1, 3, 5, а также § 2-1,2-3, 4-1, 4-2, 4-7,4-9; В. Е. Куликовым - § 2-4,2-8; А. М. Князевым - § 4-3,4-6. Авторы выражают бла­годарность рецензентам доктору техн, наук, проф. Г. Б. Левенталю и коллективу кафедры тепловых элек­тростанций Минского политехнического института за ценные замечания, сделанные при рецензировании руко­писи.

Авторы с благодарностью примут замечания и поже­лания по учебнику, направленные по адресу: 113114, Москва, Шлюзовая наб., 10, изд-во «Энергия».

Авторы.

Введение

В соответствии с решениями XXV съезда КПСС деся­тая пятилетка является пятилеткой качества и эффек­тивности, это находит свое отражение и в работе энерге­тики как отрасли. Эффективность энергосистем и элек­тростанций характеризуется их технико-экономическими показателями, производительностью труда, безаварий­ностью.

Достижение запланированных технико-экономических показателей, обеспечение безаварийной работы стано­вятся возможными благодаря четкой работе квалифици­рованного и дисциплинированного персонала. Качество труда на электростанциях определяется безаварий­ностью, что требует от персонала отличного знания обо­рудования и инструкций, регламентирующих его обслу­живание, глубокого понимания режимов работы тепло­вых электростанций и их отдельных элементов.

В энергетике успешно внедряется система условий работы посредством управления трудом каждого работ­ника, включающая подготовку персонала и повышение его квалификации; создание специальных условий, обес­печивающих работу без дефектов и брака; аттестацию труда работающих; технический прогресс, научную орга­низацию труда; совершенствование ремонтного и экс­плуатационного обслуживания.

Годовая выработка электроэнергии на электростан­циях СССР растет с каждым годом и в 1975г. превы­сила триллион киловатт-часов, составив 1038 млрд. кВтч; отпуск тепла от ТЭЦ за 1975г. составил 3840 ГДж (915 млн. Гкал). На конец десятой пятилетки выработ­ка электроэнергии и тепла составит соответственно 1380 млрд. кВтч и 4750 млн. ГДж (1130 млн. Гкал). Производство электроэнергии в 1980г. по плану распре­делится следующим образом: на ТЭС 80%, на ГЭС 14%, на АЭС 6%. В 1976-1980г. намечено ввести 70 млн. кВт, причем 38,2% на КЭС, 23% на ТЭЦ, 19,8% на АЭС, 19% на ГЭС [1-1 - 1-3].

Установленная мощность всех электростанций соста­вит в 1980г. 288 млн. кВт, а число часов использования ее в году - 4790, т. е. практически то же, что и в 1975г., что объясняется разуплотнением графика потребления электрической энергии.

Как известно, энергосистема производит столько электроэнергии, сколько требуют в данный момент по­требители (плюс расход на собственные нужды и поте­ри). Этим определяется и характер работы электростан­ций, график электрической нагрузки которых определя­ется условиями работы энергосистемы и распределением нагрузки.

Суточные графики нагрузки электростанций видоиз­меняются в зависимости от времени года, от дней неде­ли (рабочий и нерабочий день), от снабжения различ­ными видами топлива, от метеорологических факторов. Все это определяет многообразие режимов работы обо­рудования тепловых электростанций. Основная задача электростанции - выполнение диспетчерского графика электрической нагрузки, а для теплоэлектроцентралей - в первую очередь графика тепловой нагрузки. При по­крытии суточного графика электрической нагрузки элек­тростанции основные трудности связаны с обеспечением максимума нагрузки и необходимой скорости набора на­грузки в часы утреннего максимума, а также необходи­мой разгрузки в часы провала электрической нагрузки. Выполнение диспетчерского графика электрической и тепловой нагрузки должно сочетаться с обеспечением до­статочно высоких технико-экономических показателей, важнейшим из которых является удельный расход топ­лива на один отпущенный киловатт-час электроэнергии.

В результате успешной работы персонала электро­станций, введения в эксплуатацию более совершенного оборудования, развития теплофикации и внедрения на каждой электростанции большого комплекса мероприя­тий средний годовой удельный расход условного топлива по всем ТЭС СССР систематически снижается. Так, в девятой пятилетке было осуществлено снижение удель­ного расхода условного топлива с 366 до 340 г/(кВтч), что обеспечило экономию 60 млн. руб. В десятой пяти­летке запланировано дальнейшее снижение среднего удельного расхода условного топлива до 325 - 328 г/(кВтч).

Снижение удельных расходов топлива на ТЭС идет параллельно с повышением готовности оборудования.

Проиллюстрируем это данными о динамике показате­лей работы блоков 300 МВт на Костромской ГРЭС [1-4]:

Показатели	Годы
	1971	1972	1974	1975	1978
Число блоков	4	6	8	8	8
Коэффициент технического использования	61,8	62,1	68,7	77,3	-
Коэффициент готовности по времени,	82,6	84,5	88,9	92,8	-
Удельный расход условного топлива,	337,7	335	327,8	324,6	320,4

На Кармановской ГРЭС в результате комплексного усовершенствования энергоблоков 300 МВт в 1975г. был достигнут средний удельный расход условного топлива 317,5 г/(кВтч) [1-5]. Для того чтобы совершенствовать показатели ТЭС, в частности, удельный расход топлива, в процессе эксплуатации необходимо прежде всего рас­считывать их, используя показания многочисленных при­боров, затем сопоставлять их с нормативными, анализи­ровать результаты, находить источники и причины по­терь топлива или износа и повреждаемости оборудования и осуществлять мероприятия по их устранению.

С учетом сказанного эксплуатация тепловых электри­ческих станций включает в себя:

1) управление оперативным персоналом режимами работы оборудования, а также преодоление возникаю­щих аварийных ситуаций. Сюда же следует отнести ис­следование, оптимизацию, наладку и отработку режимов работы оборудования (например, пусковых режимов, работы блоков со скользящим давлением и т. п.), кото­рые ведутся как персоналом ТЭС, служб и предприятий энергосистемы, так и ПО Союзтехэнерго (бывший трест ОРГРЭС) , научно-исследовательскими институтами (ВТИ, ЦКТИ, ЭНИН) и учебными институтами. Резуль­таты этих работ доводятся до сведения оперативного персонала в виде инструктивных и нормативных мате­риалов, а также публикаций в технических журналах;

2) планирование, нормирование, расчет и анализ тех­нико-экономических показателей. В этой работе также помимо персонала ТЭС участвуют службы эксплуатации теплового оборудования энергосистем и другие орга­низации;

3) планирование, организация и проведение ремон­тов оборудования, включая также работы по его модер­низации и реконструкции.

Прогнозирование ремонтов требует систематического сбора информации об отказах оборудования, повреждаемости и износа его узлов. Статистическая обработка этих данных позволяет получить оценки целесообразных сроков и объемов ремонтов.

В настоящее время ведутся разработка и внедрение систем автоматического управления электростанциями (АСУЭ), суть которых состоит в максимального привле­чении ЭВМ к решению задач, перечисленных выше [1-6].

Указанные основные задачи эксплуатации ГЭС взаи­мосвязанны и должны рассматриваться комплексно. Так, выбор того или иного режима работы блока следует вес­ти с учетом его технико-экономических показателей в годовом разрезе и с учетом надежности. Такой же комп­лексный подход необходим уже на стадии разработки оборудования и проектирования ТЭС, когда нужно учи­тывать все многообразие режимов, которое имеет место в процессе эксплуатации.

Ведение эксплуатации электрических станций рег­ламентировано в «Правилах технической эксплуатации электрических станций и сетей» [1-7], а также эксплуа­тационными инструкциями, в которых даются как общие установки, так и конкретные указания для различных типов оборудования. Остановимся на некоторых особен­ностях эксплуатации ТЭС, имеющих общий характер.

1. Непрерывность работы. Эта особенность определяется непрерывностью потребления электроэнергии. В соответствии с графиком потребления электроэнергии в принципе возможна остановка отдельных электростан­ций на нерабочий день, однако это не практикуется, так как последующий пуск электростанций связан с рядом трудностей. Кроме того, на старых ТЭС обычно имеются потребители на генераторном напряжении. Остановка всех агрегатов электростанции случается вследствие на­ложения отказов оборудования.

Так, например, полный сброс нагрузки неблочной части одной электростанции из-за аварийного отключения линии электропереда­чи привел к ее остановке. Поскольку эжекторные установки оставшихся в работе трех блоков получали пар от неблочной части, блоки были остановлены защитой из-за срыва вакуума.

2. Работа ТЭС по диспетчерскому графику нагрузки. Это же обязательно и для других типов электростанций, разница лишь в характере суточного графика нагрузки. Выше уже подчеркивалось, что это важнейшая особен­ность ТЭС, которые, с одной стороны, не могут «выда­вать продукцию на склад» и, с другой стороны, не тер­пят перерыва в топливоснабжении и поэтому должны иметь запас топлива на складе.

Покрытие переменного графика нагрузки создает зна­чительные трудности в эксплуатации ТЭС, требует вы­сокой маневренности оборудования и высокой квалифи­кации персонала. Эффективность работы ТЭС должна оцениваться в первую очередь не по валу, а по выпол­нению графиков нагрузки и по уровню удельных пока­зателей.

Успешное покрытие суточного графика невозможно без высокой готовности оборудования. Весьма отрица­тельное явление - частичные отказы, при которых обо­рудование работает, но не дает установленной мощности. При работе блоков частичный отказ какого-либо после­довательного звена приводит к снижению максимальной рабочей мощности блока. Ограничения мощности часто принимают хронический характер, и службы режимов энергосистемы вынуждены учитывать их при распреде­лении электрической нагрузки между ТЭС.

3. Участие ТЭС в регулировании частоты в электри­ческой сети. Непрерывное изменение потребления элек­троэнергии сопровождается соответствующими колебани­ями частоты и нагрузки ТЭС. Это предопределяет неко­торую незначительную пульсацию параметров оборудо­вания. При системных авариях возможны толчки частоты, приводящие к сбросам или набросам электрической нагрузки на ТЭС. Паротурбинные ТЭС обладают спо­собностью мгновенно подхватывать электрическую на­грузку при резком снижении частоты в энергосистеме, реализуя при этом вращающийся резерв по клапанам цилиндра высокого давления (ЦВД). Подхват электри­ческой нагрузки на ТЭС вместе с автоматической раз­грузкой по частоте позволяет предотвратить возможное развитие крупных системных аварий, которые при поте­ре управления могут заканчиваться развалом энергосис­темы.

4. Зависимость режимов работы и достижимых пока­зателей от метеорологических факторов. Метеорологи­ческие факторы влияют на уровни максимальной элек­трической и тепловой нагрузок, температуры охлажда­ющей воды, холодного воздуха, обратной сетевой воды.

Низкие наружные температуры воздуха существенно затрудняют топливоснабжение, создают перегрузки систем теплоснабжения.

5. Приоритет надежности оборудования перед други­ми показателями. Обеспечению надежности ТЭС (при высокой экономичности), т. е. безотказной работе обору­дования, всегда придавалось первостепенное значение! Количественно надежность характеризуется рядом по­казателей, к которым относится поток отказов, время наработки до отказа, коэффициент готовности, коэффи­циент технического использования. На ТЭС и в энерго­системах ведется тщательный учет отказов оборудования и их причин, времени восстановления.

Статистическая обработка накапливаемого материа­ла по отказам позволяет получить статистические оценки показателей надежности, которые затем используются при планировании ремонтов, при планировании режимов работы ТЭС, при сопоставлении различных технических решений на стадии проектирования. Обеспечение высо­ких показателей надежности тесно связано с организа­цией и проведением всех видов ремонтов оборудования

ТЭС.

От уровня надежности оборудования ТЭС зависит надежность электроснабжения, обеспечиваемого энерго­системой.

Возникновение аварийных ситуаций на ТЭС часто имеет внешние причины, связанные с неправильным пе­реключением и неполадками в распределительных уст­ройствах, авариями на линиях электропередачи.

При отказе защит и неправильных действиях персонала ава­рия развивается. Так, в распредустройстве одной ГРЭС произошло отключение шин, что привело к сбросу нагрузки на трех блоках. Сработала защита на остановку блоков, а питание их собствен­ных нужд было переведено на резервный трансформатор. После остановки еще трех блоков из-за несрабатывания автоматической разгрузки по частоте авария в системе развивалась и произошло ее разделение. Часть энергосистемы вместе с ГРЭС, на которой были остановлены три блока, оказалась в условиях дефицита мощ­ности с пониженной частотой. Из-за снижения частоты сработала защита на отключение еще одного блока, собственные нужды ко­торого также перешли на питание от резервного трансформатора.

Последний перегрузился, и из-за снижения напряжения защита отключила мазутные насосы, что привело к срабатыванию за­щиты на остановку еще трех блоков, работавших на мазуте. В ре­зультате из девяти блоков в работе сохранились лишь два, ра­ботавших на газе.

6. Непрерывное повышение квалификации оператив­ного персонала. От оперативного персонала требуется широкий круг знаний, опыт самостоятельной работы, до­бросовестное отношение к работе. Особенно важны уме­лые действия при возникновении аварийных ситуаций.

Для повышения квалификации персонала проводится техническая учеба, периодическая проверка знаний, противоаварийные тренировки.

Система подготовки и повышения квалификации опе­ративного персонала ТЭС является важным элементом эксплуатации.

7. Автоматизация управления ТЭС. Работа современ­ных ТЭС без автоматизации управления технологиче­ским процессом, без автоматических защит и блокировки практически невозможна. Объем автоматизации все вре­мя увеличивается, что не только позволяет сократить численность оперативного персонала и облегчить работу, но и повышает надежность ТЭС. Создаются автоматизи­рованные системы технологического и экономического управления (АСТУ и АСЭУ).

8. Наличие высокотемпературных процессов. Нали­чие высоких температур теплоносителей и металла, кото­рый соприкасается с ними, требует осуществления кон­троля за состоянием металла, за температурным режи­мом котлов, паропроводов, турбин, за перекосами температур в параллельных элементах. Все элементы, имеющие высокие температуры, испытывают темпера­турные удлинения, которые компенсируются за счет их гибкой конфигурации. Ведется контроль за температур­ными удлинениями трубопроводов, элементов турбин и котлов, который особенно важен при их пуске и нагружении. При пуске оборудования его температурный ре­жим меняется, так как осуществляется прогрев бараба­нов и коллекторов, паропроводов, турбин. При этом необ­ходим контроль за скоростью повышения температуры, за разностью температур по толщине стенки (барабана котла, фланцев), которая приводит к появлению допол­нительных термических напряжений в металле.

9. Необходимость наличия собственных нужд ТЭС. Часть электроэнергии и тепла, выработанных ТЭС, идет на покрытие собственного потребления, основными из которых являются привод электродвигателей, вспомога­тельного оборудования, освещение, отопление, вентиля­ция и пр.

Для электропривода вспомогательного оборудования требуется надежная система электропитания, обеспечи­вающая и в аварийных условиях номинальный уровень напряжения и частоты электрического тока.

Собственные нужды блока обеспечиваются трансфор­матором собственных нужд, связанным с генератором блока. В процессе пуска, в аварийных ситуациях собст­венные нужды блока получают электропитание от ре­зервного трансформатора ТЭС.

10. Необходимость систематического контроля за со­стоянием оборудования. Для контроля за состоянием действующего оборудования используется большой объ­ем измерений параметров. Оперативный персонал на­блюдает за отклонениями параметров от номинальных значений, которые автоматически даются им световым табло. Необходим также контроль за элементами обору­дования, находящимися в состоянии готовности. Это от­носится к клапанам, блокировкам, защитным устройст­вам, резервному вспомогательному оборудованию. При проведении пуска оборудования необходимо предвари­тельное опробование отдельных элементов: защит, бло­кировок, вспомогательного оборудования, маслосистем.

11. Необходимость строжайшего соблюдения техники безопасности и охраны труда. Наличие оборудования, находящегося под электрическим напряжением, под вы­соким внутренним давлением, вращающихся частей, го­рячих поверхностей, грузоподъемных механизмов созда­ет ситуацию повышенной опасности для персонала. Поэтому требуется неукоснительное соблюдение правил безопасности. Осуществляется систематическая проверка знаний правил техники безопасности (ПТБ) персоналом. При проведении ремонтов и ревизий оборудования осу­ществляется система допусков на проведение работ.

Некоторые из перечисленных особенностей присущи и другим видам производства, но их совокупность отра­жает специфику эксплуатации ТЭС.

XXV съезд КПСС указал, что «Главная задача пяти­летки состоит в последовательном осуществлении курса Коммунистической партии на подъем материального и культурного уровня жизни народа на основе динамичного и пропорционального развития общественного произ­водства и повышения его эффективности, ускорения на­учно-технического прогресса, роста производительности труда, всемерного улучшения качества работы во всех звеньях народного хозяйства» [1-1].

Роль энергетики в решении этой главной задачи чрезвычайно велика. Для успешного претворения в жизнь плана десятой пятилетки прежде всего необхо­димо обеспечить топливоснабжение электростанций. Ставится задача увеличения использования углей. По­вышение эффективности, улучшение качества работы для ТЭС означает достижение лучших технико-экономиче­ских показателей, доведение их до уровня передовых ТЭС. Для этого необходимо повышать квалификацию персонала, находить, изучать, внедрять оптимальные ре­жимы работы оборудования, автоматические системы управления, повышать маневренность оборудования, од­новременно обеспечивая его высокую надежность.