Система управления и защиты турбины. «Высокое» давление

Долгое время в мировом и отечественном турбостроении при проектировании системы управления и защиты турбины доминировало низкое давление (до 20 бар (2 МПа).

В качестве рабочей жидкости в большинстве систем использовалась вода или минеральное масло.

Но в течение последних 30 лет все мировые производители турбин постепенно перешли на проектирование системы управления и защиты турбины на высокое давление (160 бар (16 Мпа) и выше).

А 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 вторгаться в устоявшуюся, отработанную годами конструкцию, при этом лишая себя ряда существенных преимуществ высокого давления, таких как:

• Быстродействие
• Точность регулирования
• Компактность
• Простота управления

Это касается как производства новых турбин, так и реконструкции старых.

Компания ООО «Пневмакс» уже 17 лет является эксклюзивным представительством компании Duplomatic Oleodinamica, одного из мировых лидеров в области гидросистем высокого давления для энергетики. Спектр поставок и разработок охватывает практически все области, связанные с выработкой электрической энергии.

• Паровые турбины
• Газовые турбины
• Геотермальная энергетика
• Гидроэнергетика
• Ветроэнергетика
• Солнечная энергетика

В данной статье мы коснемся наиболее распространенной области применения гидропривода в энергетике – системы управления и защиты паровой турбины.

Генерация переменного тока требует точного поддержания скорости вращения турбины, скорость вращения турбины напрямую связана с количеством пара на нее поступающего. Поэтому работа всех агрегатов гидравлической системы направлена именно на стабилизацию скорости вращения турбины.

Традиционно, гидравлическая система управления и защиты паровой турбиной состоит из 3х основных компонентов:

• Индивидуальных сервоприводов
• Блока защиты
• 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 сек) закрытие паровых клапанов в аварийных режимах.

Работа сервопривода направлена на управление скоростью турбины путем регулирования степенью открытия парового клапана.

По согласованию с Заказчиком привод дополнительно оснащается рядом опций: поддон для сбора дренажа с датчиком утечек, защитный кожух на штоке, сапуны для сброса воздуха, визир для отслеживания положения сервопривода, датчики конечного положения, ручное дублирование 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 пуско-наладку всей системы, так как сервопривод является законченным изделием.

Отработанная технология проектирования и изготовления позволяет производителю декларировать срок службы привода до 50 лет, при условии эксплуатации оборудования в режиме, установленном изготовителем и проведением своевременного технического обслуживания. Проектирование сервоприводов ведется также с учетом, что работа происходит 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 составляет 180 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 различной 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, т.е. включении стопорных клапанов в случае отказа (Fail safe logic) системы. Система защиты основана на принципе 2003, т.е. даже если 2 аварийных распределителя из 3х откажут, система все равно сработает и подаст сигнал на закрытие стопорных паровых клапанов. Тем самым, турбина будет защищена от бесконтрольного вращения и может быть безопасно остановлена.