Глава четырнадцатая
ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ТУРБИН
§ 56. Система регулирования конденсационных турбин
На фиг. 72 (вкладка) изображена схема регулирования и защиты конденсационных турбин ВК-100-2, ВК-50-1 и ВК-25-1.
На этол схеме показаны все элементы масляной системы и системы парораспределения, с которыми связана система регулирования и защиты. Все механизмы, аппараты и устройства, изображенные на схеме, были описаны в предыдущих параграфах.
Ниже описывается действие системы регулирования в целом при работе, пуске и остановке турбины.
Действие системы регулирования при работающей турбине.
При работающей турбине подача масла в систему регулирования осуществляется главным масляным насосом, причем для нормальной работы регулирования давление масла в напорной системе должно составлять 12+0,1 кГ/см2, а в системе смазки подшипников, после маслоохладителей,— 0,4 кГ/см2. Поддержание этих давлений осуществляется автоматически — редукционным и сливным клапанами.
Открытие клапанов парораспределения работающей турбины зависит только от положения муфты регулятора скорости, перемещающей с помощью рычажной системы золотники Ø 60 и Ø 45 регулятора скорости. Положение же муфты в свою очередь определяется числом оборотов турбины и натяжением пружин регулятора скорости и синхронизатора.
Рассмотрим два случая работы турбины: 1) когда турбина работает на выделенную сеть, причем мощность турбины в каждый данный момент равна мощности, потребляемой сетью, и 2) когда турбина работает на большую электрическую сеть со многими другими турбинами и мощность, потребляемая сетью, во много раз превосходит мощность, которую развивает данная турбина.
В первом случае изменение нагрузки, развиваемой турбиной, зависит только от потребителей электроэнергии, присоединенных к сети, и не может произвольно регулироваться воздействием на органы управления турбиной. Мощность, развиваемая турбиной, всегда автоматически равна мощности, потребляемой сетью, причем изменение нагрузки турбины происходит следующим образом.
Допустим, что мощность сети возросла вследствие приключения к ней еще одного потребителя или увеличения нагрузки уже работавших потребителей. Увеличение нагрузки приведет к некоторому уменьшению числа оборотов турбины в пределах неравномерности регулятора скорости (см. § 45).
В связи с уменьшением оборотов, грузы регулятора скорости несколько сблизятся и связанная с ними муфта регулятора переместится влево. Соединенный с муфтой качающийся рычаг через валик и рычаги золотника регулятора скорости переместит вниз из среднего положения золотник Ø 60, что вызовет подачу напорного масла в полость над поршнем Ø 105 золотника Ø 45 и перемещение этого золотника вниз с восстановлением среднего положения золотника Ø 60.
При перемещении золотника Ø 45 вниз давление импульсного масла увеличивается (см. § 47), что вызывает перемещение вверх из среднего положения золотника сервомотора, вследствие чего напорное масло поступит в камеру под поршнем сервомотора, а камера над поршнем окажется соединенной со сливом в систему смазки подшипников. Поршень сервомотора при этом пойдет вверх и откроет регулирующие клапаны свежего пара, а конец рычага обратной связи сервомотора, опустившись, сожмет пружину золотника сервомотора, благодаря чему золотник вернется в среднее положение несмотря на возросшее давление импульсного масла под ним. После этого движение поршня сервомотора и регулирующих клапанов прекратится и они останутся в новом положении, соответствующем увеличенной мощности турбины.
При этом, если не воздействовать на синхронизатор, новые обороты, соответствующие увеличенной нагрузке, окажутся несколько меньшими, чем до увеличения нагрузки. Величина изменения оборотов определяется степенью неравномерности регулирования скорости турбины и, как указывалось в § 4. составляет 4,0+0,5% для турбин ВК-100-2, ВК-50-1 в ВК25-1, т. е. при изменении нагрузки турбины от холостого хода до полной число оборотов турбины уменьшится на 3,5—4,5% от нормального.
С помощью синхронизатора можно, несмотря на изменившуюся нагрузку, восстановить прежнее число оборотов. Для этого необходимо несколько увеличить сжатие пружины синхронизатора. При этом грузы регулятора скорости обнаружат тенденцию сблизиться и муфта регулятора скорости переместится влево, т. е. в сторону, соответствующую дополнительному открытию клапанов. Однако, как указывалось выше, нагрузка турбины, несмотря на это, увеличиться не может, так как турбина работает на выделенную сеть, мощность которой определяется только подключенными к ней потребителями.
В связи с этим дополнительное (очень небольшое) открытие клапанов приведет при сохранении прежней нагрузки к увеличению числа оборотов турбины.
Синхронизатор позволяет установить при любой нагрузке число оборотов от 97 до 103% от нормального.
Иначе протекает процесс регулирования и управления турбиной, когда она работает параллельно с другими на сеть большой мощности. В этом случае мощность, отдаваемая сетью потребителям, равна сумме мощностей, развиваемых всеми параллельно работающими турбинами. Если суммарная мощность потребителей в данный момент меньше суммы номинальных мощностей параллельно работающих турбин, то распределение нагрузки между турбинами может быть любым — одни турбины могут работать с полной нагрузкой, другие с частичной. Однако при этом все турбины будут независимо от нх нагрузки работать с одинаковым числом оборотов, соответствующим частоте электрического тока сети, которая равна, нормально, 50 гц. Число оборотов турбин при этом будет равно точно 3000 в минуту.
Если частота сети изменяется, то число оборотов всех турбин, работающих параллельно, также изменится, причем изменению частоты на 1 гц соответствует 60 об/мин.
В случае изменения частоты сети регулирование параллельно работающих турбин реагирует следующим образом. При понижении частоты число оборотов турбины, работающей параллельно с сетью, падает, грузы регулятора скорости сходятся и связанная с ними муфта перемещается влево. Это вызывает те же последствия, которые были описаны выше при анализе работы регулирования турбины, питающей выделенную сеть, т. е. повышение давления импульсного масла, подъем поршня сервомотора, открытие клапанов и увеличение мощности, развиваемой турбиной.
Таким образом, снижение частоты сети приводит к автоматическому повышению нагрузки турбины, работающей параллельно с другими на общую сеть. Повышение же частоты сети вызовет противоположные перемещения органов регулирования и снижение нагрузки турбины.
В связи с различной степенью неравномерности регулирования параллельно работающих турбин, изменение частоты сети вызовет неодинаковое изменение нагрузки параллельно работающих турбин. Те из них, степень неравномерности которых больше, в меньшей степени изменят свою нагрузку; турбины же с малой степенью неравномерности изменят свою нагрузку сильнее.
Однако с помощью синхронизатора можно в параллельно работающих турбинах произвольно изменять нагрузку. Действительно, несмотря на то, что число оборотов турбины будет строго соответствовать частоте сети, можно, увеличив или ослабив сжатие дополнительной пружины синхронизатора, изменить положение грузов регулятора скорости (а следовательно, и его муфты). Для каждого числа оборотов в пределах неравномерности регулирования можно изменить нагрузку турбины от холостого хода до полной. Для этого, увеличив сжатие дополнительной пружины (вращением маховичка синхронизатора против часовой стрелки) или уменьшив его (вращением маховичка по часовой стрелке), изменяют суммарную силу пружин (синхронизатора и регулятора скорости), приведенных к муфте регулятора. Тем самым заставляют грузы регулятора и его муфту переместиться: в первом случае — влево, что обеспечит увеличение нагрузки при постоянном числе оборотов, или во втором случае — вправо, что обеспечит уменьшение нагрузки при тех же оборотах турбины.
Из сказанного относительно прямой зависимости нагрузки турбин от частоты сети следует, что в случае снижения частоты сети по каким- либо причинам (например из-за внезапного отключения нескольких турбин вследствие, сетевой аварии) оставшиеся в работе турбины могут сильно перегрузиться, так как частота сети при такой аварии упадет.
Для предотвращения перегрузки турбины при падении частоты сети или для ограничения нагрузки турбины до определенной величины по каким-либо другим причинам (например при неисправности в проточной части) служит ограничитель мощности, препятствующий движению вниз золотника Ø 45. Если вследствие снижения частоты золотник регулятора скорости, опустившись, сел на ограничитель, — категорически запрещается вращать маховичок синхронизатора против часовой стрелки (в сторону повышения нагрузки). Для предотвращения вышеуказанного неправильного воздействия на синхронизатор на рычаге регулятора скорости имеется электрический контакт, который в этом случае замкнется и вызовет появление на щите управления сигнала «убавить» нагрузку.
Таким образом, процесс регулирования и управления работающей конденсационной турбины может быть кратко описан следующим образом.
При работе одиночной турбины на выделенную сеть регулятор скорости поддерживает пределах неравномерности регулирования постоянное число оборотов турбины. При изменят нагрузки от полной до холостого хода число оборотов изменяется на величину, равную равномерности регулирования. В связи с этим узы регулятора скорости и муфта регулятора имеют переменное положение, зависящее от нагрузки.
Мощность турбины всегда автоматически равна мощности потребителей, питаемых сетью, на которую подключен генератор. Изменение мощности этих потребителей, благодаря действию системы регулирования, вызывает равное изменение мощности турбины. Изменять нагрузку, воздействуя на органы регулирования, невозможно.
Синхронизатором можно изменять обороты турбины в пределах от 97% до 103% от номинальных (3000 об/мин) при любой нагрузке турбины.
При работе турбогенератора параллельно с другими на общую сеть число оборотов турбины определяется частотой сети.
Изменение частоты сети приводит к изменению нагрузки турбины, так как при изменении числа оборотов турбины, вызванном изменением частоты сети, муфта регулятора, перемещаясь, меняет положение золотника Ø 45 и в связи с этим изменяет давление импульсного масла, управляющего сервомотором.
Воздействие на синхронизатор приводит к изменению нагрузки турбины независимо от числа оборотов (частоты сети), с которыми турбина работает.
Действие системы регулирования при пуске турбины.
При неработающей турбине, во время подготовки ее к пуску, и при малых оборотах снабжение системы регулирования и смазки маслом осуществляется пусковым масляным турбонасосом. Давление масла в системе регулирования устанавливается, как и при работе турбины, равным 12 кГ/см2, а в системе смазки подшипников после маслоохладителей — 0,4 кГ/см2. Муфта регулятора скорости находится при этом на левом упоре, золотник Ø 60 ЗРС в среднем положении, а золотник Ø 45 в нижнем положении — немного выше упора. При этом предполагается, что рычаги регулятора безопасности сцеплены и золотник регулятора безопасности, в связи с этим, находится в верхнем положении.
Пружина синхронизатора полностью ослаблена вращением маховичка приспособления по часовой стрелке. Кроме того, ограничитель мощности выведен из работы, т. е. стрелка, указывающая его положение, несколько ниже деления «0» шкалы.
При нижнем положении золотинка Ø 45 давление импульсного масла близко к 12 кГ/см2, в связи с чем поршень сервомотора находится на верхнем упоре и регулирующие клапаны открыты полностью.
Указанные выше положения муфты регулятора скорости, золотника 45, поршня сервомотора и клапанов регулирования сохраняются в течение пуска турбины до тех пор, пока число оборотов не достигнет примерно 2700 в минуту. При дальнейшем повышении оборотов центробежная сила, развиваемая грузами регулятора, окажется достаточно большой, чтобы преодолеть силу начального натяжения пружин, грузы начнут раздвигаться, муфта регулятора скорости переместится вправо и через качающийся рычаг, валик и рычаги ЗРС и золотник Ø 60 поднимет золотник Ø 45 вверх. При этом давление импульсного масла упадет, в связи с чем поршень сервомотора и связанные с ним регулирующие клапаны пойдут на закрытие.
Холостой ход турбины при нормальных параметрах пара и выведенном синхронизаторе получится примерно при 2900 об/мин. Устойчивость холостого хода турбины характеризуется тем, что дополнительное открытие пускового клапана свежего пара на обводной линии главной запорной задвижки не сопровождается больше увеличением оборотов турбины. Обороты холостого хода поддерживаются регулятором скорости, и открытие клапанов соответствует незначительному расходу пара холостого хода. Изменение оборотов до нормальных (3000 об/мин) или до того числа оборотов, которое необходимо для синхронизации турбины с сетью и включен ни генератора в параллельную работу, достигается воздействием на синхронизатор. Вращая его маховичок против часовой стрелки, повышают число оборотов от 2900 в минуту до необходимого.
После этого турбина, работающая на выделенную сеть, нагружается подключением потребителей, причем регулятор скорости в пределах неравномерности регулирования автоматически поддерживает обороты постоянными. Если желательно иметь независимо от нагрузки постоянное число оборотов, равное 3000 в минуту, то по мере увеличения нагрузки необходимо увеличивать сжатие пружины синхронизатора.
В случае же подключения турбины для параллельной работы на электрическую сеть большой мощности, нагружение турбины, т. е. принятие ею части общей нагрузки сети, производится также синхронизатором, который в данном случае, не изменяя оборотов (остающихся соответствующими частоте сети), заставляет муфту регулятора скорости, а с ней и золотник Ø 45 ЗРС переместиться в направлении, нужном для открытия клапанов. Обнаруживающаяся при этом тенденция турбины к увеличению числа оборотов влечет за собой увеличение электрической нагрузки генератора, а следовательно, и турбины.
Действие системы регулирования при остановке турбины.
Остановке турбины предшествует снятие с нее нагрузки. Если турбина работает на выделенную сеть, то снятие нагрузки осуществляется отключением потребителей энергии. При этом число оборотов турбины возрастет в пределах неравномерности регулирования, и в связи с этим грузы регулятора скорости расходятся, муфта регулятора перемещается в направлении к правому упору, качающийся рычаг поворачивает свой валик против часовой стрелки, рычаг ЗРС поднимается кверху, и золотник Ø 60 своим нижним заплечиком открывает слив масла над поршнем Ø 105 золотника Ø 45. При этом, так как давление под поршнем Ø 105 остается практически неизменным, золотник Ø 45 перемещается кверху, что влечет за собой уменьшение впуска и увеличение слива масла из камеры импульсного масла, а следовательно, и снижение его давления. Следствием этого является перемещение поршня сервомотора и клапанов в сторону закрытия.
Полное отключение потребителей равносильно переходу турбины на холостой ход. Если турбина работала параллельно с другими на общую сеть, то снятие с нее нагрузки осуществляется синхронизатором. Вращая его маховичок по часовой стрелке, ослабляют сжатие дополнительной пружины, и грузы регулятора скорости в связи с этим расходятся при неизменном числе оборотов, соответствующем частоте сети.
При этом муфта перемещается вправо, что влечет за собой, как было описано выше, падение давления импульсного масла и движение клапанов в сторону закрытия. Число оборотов турбины обнаруживает тенденцию к снижению, и электрическая нагрузка генератора, в случае неизменной мощности, отбираемой от сети потребителями, передается с разгружаемого генератора на другие, параллельно с ним работающие. Таким образом, турбина разгружается полностью и вращается на холостом ходу.
Остановка турбины, работающей на холостом ходу, может быть осуществлена двояко (см. Инструкцию по обслуживанию турбин, гл. 36, § 157). Можно вращением маховика клапана автоматического затвора и затем пускового прекратить доступ пара в турбину.
Во-вторых, можно (и так именно следует поступать) расцепить рычаги регулятора безопасности. Вслед затем пружина рычага регулятора безопасности опустит золотник в нижнее положение, при котором откроется слив масла через буксу ЗРБ из камеры поршня масляного выключателя клапана автоматического затвора.
Пружина переместит поршень масляного выключателя, который с помощью серьги связан со звездочкой стопорного клапана. Звездочка, повернувшись, даст возможность основной, сдвоенной пружине опустить клапан и прижать его к седлу, прекратив тем самым доступ пара в турбину.
Кроме того, слив масла из камеры VII золотинка Ø 60 ЗРС вызовет снижение давления масла над поршнем Ø 105 золотника Ø 45, в силу чего золотник поднимется до своего верхнего упора. Это вызовет прекращение подачи масла в камеру импульсного масла и открытие слива из нее, т. е. падение импульсного давления под золотником сервомотора и закрытие клапанов регулирования.
Однако в том случае, когда закрыта задвижка на перемычке, соединяющей напорные маслопроводы пускового масляного турбонасоса и масляного электронасоса (см. фиг. 45), регулирующие клапаны могут вновь частично открыться после пуска масляного электронасоса при отсутствии давления в системе маслопровода регулирования. В последнем случае при опущенном до нижнего упора золотнике сервомотора регулирующих клапанов масло из системы смазки проникнет по сливному маслопроводу через золотник сервомотора под поршень сервомотора регулирующих клапанов и вызовет их частичное открытие. Для предотвращения этой возможности необходимо следить за тем, чтобы в условиях нормальной эксплуатации задвижка на перемычке между напорными маслопроводами вспомогательных масляных насосов была открыта полностью. Тогда масло из масляного электронасоса (пройдя по перемычке) не допустит полного снижения давления в маслопроводах системы регулирования, а будет поддерживать в них давление, равное давлению в системе смазки. При этом масло через среднюю часто золотника сервомотора регулирующих клапанов (при нижнем положении золотника) поступит в камеру над поршнем сервомотора, чем предотвратит открытие клапанов.
Эксплуатационные замечания.
Из описания конструкций и способа действия аппаратов регулирования ясно, какое большое значение имеет для работы регулирования чистота масла, за которой при эксплуатации турбин надлежит особенно следить.
В случае обнаружения в масле твердых частиц или шлама, способных закупорить и большие отверстия, масло должно быть повергнуто очистке; кроме того, следует принять меры для предотвращения загрязнения и пор масла. Загрязненное твердыми частица масло приводит к ускоренному износу золе ников.
Для проверки правильности установки ограничителя мощности можно ввести его на величину, вызывающую снижение нагрузки на 1—2 мгвт, после чего отвести палец ограничителя на 0,6 —0,8 мм по шкале ограничителя.
Необходимо следить за исправностью светового сигнала электроконтакта ограничителя мощности на главном щите станции.
При эксплуатации турбины необходимо систематически производить проверку всех видов защиты турбины согласно указаниям § 55.
