Устройство защиты турбины от превышения частоты вращения

Состояние и тенденции развития энергетики выдвигают возрастающие требования к работе энергоблоков. Эти требования связаны с обеспечением надежного энергоснабжения потребителей электрической энергией и безопасностью работы энергоблока. Как правило, эти условия противоречивы и совершенствование системы управления является единственным путем их разрешения.
Современные электрогидравлические регуляторы, представляющие собой сложные многофункциональные устройства, позволяют решать многие задачи управления и, в частности, управление частотой вращения и мощностью блока в аварийных режимах. Для решения задачи ограничения превышения частоты вращения на основе гидромеханического регулятора при аварийном сбросе нагрузки целесообразно применить достаточно простое и надежное автономное устройство.
В устройствах защиты турбин от превышения частоты вращения обычно используется форсирующий сигнал ускорения ротора турбины. Этот управляющий сигнал получают в виде: 1) сигнала небаланса электрической мощности генератора и паровой мощности турбины; 2) сигнала отключения выключателя блока или 3) непосредственным измерением ускорения ротора турбины как производной от частоты вращения. Формирование управляющего сигнала в первом случае связано с получением информации об электрической мощности блока, давлении пара в промперегревателе, пропорциональном паровой мощности турбины; во втором случае форсирующий сигнал носит релейный характер и его величина не связана с величиной сброса нагрузки; сброс нагрузки без отключения выключателя блока вообще не приводит в действие подобную систему. Устройство защиты, реагирующее на непосредственно измеряемую величину ускорения ротора турбины, является наиболее простым структурно и надежным функционально.
Для предотвращения превышения скорости вращения ротора величины установки срабатывания автомата безопасности при мгновенном сбросе нагрузки выше 50% Харьковским турбинным заводом имени С. М. Кирова совместно с Харьковским политехническим институтом было разработано устройство защиты турбины от превышения частоты вращения (УЗТПЧВ), включающее в себя блок релейной форсировки (БРФ) с пульсатором и блок дифференциатора (БД). БРФ по сигналу отключения воздушного выключателя формирует быстро нарастающий, а затем медленно спадающий импульс тока, направленный на закрытие регулирующих клапанов. Пульсатор служит для предотвращения застойной нечувствительности золотников гидроусилителя, обеспечивая их колебания с определенными частотой и амплитудой. Он представляет собой генератор прямоугольных колебаний с регулируемыми амплитудой и частотой, сигнал с выхода которого поступает на управляющую обмотку магнитного усилителя БРФ.
Блок дифференциатора предназначен для выработки сигнала, пропорционального ускорению ротора. Введение такого сигнала в' закон управления позволяет ограничить скорость вращения ротора, не допускает срабатывание автомата безопасности при сбросе полной нагрузки и максимальном расходе пара и дает возможность разгружать турбину определенными дозами. Эффективность действия сигнала. ускорения существенно зависит от величины запаздывания и поэтому к быстродействию дифференцирующего устройства предъявляются высокие требования. Параметры дифференцирующего устройства определены с помощью аналоговой вычислительной машины по методике в типичных условиях работы устройства защиты при аварийном сбросе нагрузки и синхронных качаниях. В первом режиме определялась эффективность действия сигнала ускорения по величине превышения скорости, во втором — сигнал ускорения не должен был приводить к существенному снижению момента турбины из-за неодинакового быстродействия системы регулирования на открытие и закрытие регулирующих клапанов турбины. Режим синхронных качаний имитировался подачей синусоидального низкочастотного сигнала мощности.
Превышение скорости при сбросе полной нагрузки без дополнительных воздействий составляет 11%, что приводит к срабатыванию автомата безопасности турбины и подтверждает необходимость форсировки закрытия клапанов. Для уменьшения отрицательного действия дифференциатора в режиме синхронных качаний в литературе [6] предлагается вводить нечувствительность по ускорению и скорости, что несколько снижает эффективность его действия при аварийных сбросах нагрузки.