Система управления и защиты турбины. «Высокое» давление

Гидроприводы нашли широкое применение в целом ряде областей энергомашиностроения, в частности, в системах управления и защиты паровых турбин. Здесь работа всех агрегатов гидравлической системы направлена на стабилизацию скорости вращения турбины, так как генерация переменного тока требует поддержания постоянной скорости вращения турбины, а скорость вращения напрямую связана с количеством поступающего на турбину пара.

Долгое время в мировом и отечественном турбостроении при проектировании системы управления и защиты доминировало низкое давление ((20 бар) 2 МПа), а в качестве рабочей жидкости использовалась вода или минеральное масло. В течение последних 30 лет все мировые производители турбин постепенно перешли на проектирование систем управления турбин на высокое давление (160 бар (16 МПа) и выше), и в качестве рабочей жидкости прочно и безальтернативно утвердились негорючие синтетические жидкости класса HFDU. В то же время отечественные производители продолжают выпускать турбины с системой управления и защиты на низком давлении, не желая менять устоявшуюся, отработанную годами конструкцию. При этом они лишают себя ряда существенных преимуществ высокого давления: быстродействие, точность регулирования, компактность и простота управления. Это касается как производства новых турбин, так и реконструкции старых.

Основные недостатки отечественных систем управления и защиты турбин на низком давлении:

• сложность и низкая точность настройки, большие трудозатраты по наладке CAP при монтаже и после ремонта;

• сложность и невысокая надёжность элементов привода регулирующих клапанов (зубчатого колеса и сектора подшипников кулачкового вала, роликов и т. д);

• сложность настройки и испытания системы защиты от разгона (автомата безопасности и его золотников), недостаточная надёжность и невозможность прогнозирования её состояния;

• высокая степень нечувствительности CAP - до 0,3% (мировой уровень - 0,04… 0,06%), что препятствует эффективному участию в первичном регулировании частоты сети и не позволяет достичь того уровня качества вырабатываемой электроэнергии, которое требуется для ее стабильного экспорта в развитые страны.

Одним из наиболее сложных в эксплуатации и обслуживании узлов парораспределения турбины является кулачковый распределительный механизм (КРУ). Смазка подшипниковых узлов в процессе эксплуатации существующей конструкцией КРУ не предусмотрена. Подшипники КРУ и ролики кулаков часто выходят из строя и требуют постоянной профилактической замены. При работе в условиях машинного зала электростанции без пополнения смазки и с высокими удельными нагрузками в подшипниках КРУ происходит быстрый износ сепараторов, коррозия и разрушение деталей, что приводит к их «подклиниванию». Это, в свою очередь, резко увеличивает потребные перестановочные усилия на сервомоторах. В процессе эксплуатации турбоагрегата возможны случаи, когда может не хватить мощности сервомоторов для разгрузки турбины. Работы по текущему и внеплановому ремонту приводят к дополнительным простоям турбины.

Решением указанных выше проблем является отказ от традиционной схемы парораспределения с установкой индивидуальных сервомоторов (гидроцилиндров) на каждый клапан. Такой вариант реконструкции позволяет демонтировать КРУ регулирующих клапанов высокого и среднего давления; сервомоторы высокого, среднего и низкого давления; маслопроводы к сервомоторам; узлы регулирования, установленные в переднем стуле. Устанавливаемые гидроцилиндры позволяют с высокой точностью поддерживать электрическую мощность и давление пара в отборах.

Подобный исполнительный механизм представляет собой гидравлическую систему высокого давления (160-200 Бар), данное решение является традиционным и проверенным для объектов мировой энергетики.

Компания ПНЕВМАКС уже более 20 лет является эксклюзивным представителем компании Duplomatic Oleodinamica - одного из мировых лидеров в области гидросистем высокого давления для энергетики. Ассортимент поставок и разработок охватывает практически все области, связанные с выработкой электрической энергии:

• паровые турбины,

• газовые турбины,

• геотермальная энергетика,

• гидроэнергетика,

• ветроэнергетика,

• солнечная энергетика.

 Гидравлические системы управления и защиты паровой турбины ПНЕВМАКС традиционно состоят из трех основных компонентов: индивидуальных сервоприводов, блока защиты и маслонапорной установки.

Индивидуальный сервопривод

Индивидуальные электрогидравлические сервоприводы предназначены для прямого управления регулирующими, стопорными и отсечными клапанами паровой турбины. Привод включает в себя следующие основные элементы: гидравлический цилиндр, блок управления, датчики обратной связи, пакет дисковых пружин, которые обеспечивают быстрое (0,2 секунды) закрытие паровых клапанов в аварийных режимах. Работа сервопривода направлена на управление скоростью турбины путем регулирования степени открытия парового клапана.

По согласованию с заказчиком привод дополнительно оснащается рядом опций: поддоном для сбора дренажа с датчиком утечек, защитным кожухом на штоке, сапунами для сброса воздуха, позиционером для отслеживания положения сервопривода, датчиками конечного положения, ручным дублированием и др.

Контроль работы сервопривода осуществляется от электронной карты дистанционного управления, которая обеспечивает устойчивую работу сервопривода с точностью до 0,1 мм и нелинейностью не более 0,1%. Наличие электронной карты управления позволяет значительно упростить пусконаладочные работы всей системы, так как сервопривод является законченным изделием. Отработанная технология проектирования и изготовления позволяет производителю декларировать срок службы изделия до 50 лет при условии эксплуатации оборудования в режиме, установленном изготовителем, и проведения своевременного технического обслуживания. Проектирование сервоприводов осуществляется также с учетом того, что работа проводится в зоне высоких (до 200 °С) температур.

 Маслонапорная установка

Маслонасосная установка высокого давления является постоянным источником гидравлической энергии для управления индивидуальными сервоприводами всех парораспределительных органов паровой турбины во всех технологических и аварийных режимах. Установка также осуществляет функции фильтрации, сепарации влаги, нагрева, деаэрации и охлаждения рабочей жидкости. Рабочее давление всей системы 160 Бар.

Маслонапорная установка включает в себя следующие основные элементы: бак сложной конструкции, основной и резервный насосы, гидроаккумуляторы, систему фильтрации, систему нагрева и охлаждения и др. Кроме того установка оснащена контрольно-регулирующей аппаратурой для поддержания всех параметров гидросистемы (давление, температура, уровень рабочей жидкости) в заданных режимах.

Так как маслонапорная установка является «сердцем» всей системы управления турбиной, особенно высоки требования к ее надежности. Компания «ПНЕВМАКС» суммировала опыт более сотни проектов, подняв надежность на самый высокий уровень, не обременяя систему излишним резервированием.

Маслонапорная установка оснащена одной или несколькими аккумуляторными батареями (в зависимости от количества приводов и режимов работы системы) для длительного хранения и аккумулирования энергии жидкости. Основные функции аккумуляторной батареи — гарантированное закрытие индивидуальных сервоприводов при внештатных и аварийных ситуациях, поддержание устойчивой работы всех сервоприводов в случае отказа маслонапорной установки и обеспечения плавного останова паровой турбины в случае необходимости.

Блок защиты

Работа блока защиты основана на срабатывании — включении стопорных клапанов в случае отказа (Fail safe logic) системы. Система защиты основана на принципе 2оо3, то есть если два аварийных распределителя из трех откажут, система сработает и подаст сигнал на закрытие стопорных паровых клапанов. Таким образом турбина будет защищена от бесконтрольного вращения и может быть безопасно остановлена.

 Весомым конкурентным преимуществом компании ПНЕВМАКС является наличие собственного конструкторского бюро и производственной площадки. Маслонапорные установки проектируются и изготавливаются в г. Химки Московской области. Проектирование происходит при использовании самого современного программного продукта INVENTOR AUTODESK.

ПНЕВМАКС располагает мощностями по тестированию и диагностике маслонапорных установок, создается собственный участок по ремонту и диагностике индивидуальных сервоприводов.

В настоящий момент инженеры компания задействованы в проектировании и изготовлении высоконапорных гидравлических систем управления и защиты для крупных российских производителей паровых турбин. Мы имеем положительный опыт поставки оборудования ГЧСРиЗ для проектов в России и за рубежом.

ПНЕВМАКС приглашает все организации, осуществляющие производство и ремонт турбин, к сотрудничеству по переводу систем управления и защиты с «низкого» на «высокое» давление. В лице нашей компании вы найдете надежного поставщика и проводника передовых западных технологий на российский рынок.