НЕКОТОРЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОБОРУДОВАНИЮ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ АВТОМАТИКЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЭС, ПРИВЛЕКАЕМЫХ К АВТОМАТИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ ЧАСТОТЫ И ПЕРЕТОКОВ МОЩНОСТИ
С. А. СОВАЛОВ
(ЦДУ ЕЭС СССР)
И. Б. КОПЫЛОВ, Л. П. ФОТИН, В. Μ. ЩУРОВ
(ВНИИЭ)
«Оптимизация режимов работы энергосистем», 1974, с. 179—183.
Рассматриваются требования к оборудованию и технологической автоматике существующих и вводимых в ближайшее время тепловых электростанций, связанные с внедрением систем автоматического регулирования частоты и мощности. Разработанные требования относятся не только к отдельным агрегатам, но и к электростанциям в целом (в том числе к ТЭС с поперечными связями и турбинами мощностью 50 МВт и выше) и ориентируют на проведение эксплуатационных мероприятий, обеспечивающих полноценное участие ТЭС в регулировании частоты и перетоков мощности.
Автоматизация управления режимами объединенных энергосистем требует привлечения тепловых электростанций к регулированию частоты и мощности, а также ограничению перетоков мощности по слабым электрическим связям. Недостаточная маневренность основного оборудования и неприспособленность технологической автоматики к переменным режимам, вызванным участием ТЭС в общесистемном регулировании, являются в настоящее время основными причинами, ограничивающими развитие систем автоматического регулирования частоты и перетоков мощности.
Рядом организаций разработано и испытано несколько вариантов систем регулирования частоты и мощности ТЭС; имеется определенный опыт промышленной эксплуатации таких систем регулирования. Вместе с тем их внедрение выдвигает ряд требований к оборудованию и технологической автоматике электростанций.
В настоящее время ВТИ с участием других организаций разработан проект технических требований к маневренности энергоблоков, определяемых условиями их эксплуатации в энергосистемах; эти технические требования относятся к новому оборудованию тепловых электростанций и подлежат согласованию с заводами-изготовителями.
В связи с проводимыми в эксплуатации работами по внедрению Систем автоматического регулирования частоты и мощности возникла необходимость в разработке специальных технических требований к оборудованию и технологической автоматике КЭС, привлекаемых к специфическому эксплуатационному режиму — автоматическому регулированию частоты и мощности.
Такие требования, распространяющиеся на существующие и вводимые в ближайшее время ТЭС, разработаны ВНИИЭ с участием ОРГРЭС и Энергосетьпроекта по инициативе ЦДУ EЭC СССР и по поручению Главного технического управления по эксплуатации энергосистем Минэнерго СССР.
Анализ опыта эксплуатации ТЭЦ при работе их в переменных режимах показывает, что достигнутый на различных электростанциях уровень маневренности оборудования в значительной мере зависит от подготовленности персонала и проводимых на ТЭС в этой области организационно-технических мероприятий. Рассматриваемые требования основаны на анализе режимных особенностей современных энергообъединений и учитывают достижения передовых ТЭС в использовании маневренных возможностей оборудования.
Технические требования охватывают не только отдельные агрегаты, но и электростанции в целом, в том числе ТЭС с общим паропроводом с турбинами 50 МВт и выше. Другой отличительной чертой разработанных требований является то, что они практически не содержат дополнительных требований к заводам — изготовителям оборудования и ориентируют на проведение эксплуатационных мероприятий, необходимых для доводки основного и вспомогательного оборудования, а также технологической автоматики до уровня, обеспечивающего полноценное участие ТЭС в регулировании частоты и перетоков мощности.
Требования к оборудованию и технологической автоматике является частью комплексной разработки, в которую входят также требования к системам управления мощностью ТЭС и типовые структурные схемы систем управления.
Условия работы объединенных энергосистем определяют следующие режимы регулирования мощности ТЭС:
относительно медленное изменение мощности в соответствии с плановым суточным графиком нагрузки;
регулирование мощности в соответствии с неплановыми изменениями ее баланса для поддержания номинальной частоты и заданных значений обменной мощности;
относительно быстрое регулирование мощности для ограничения ее перетоков по слабым связям, а также по сильным, работающим с полным использованием пропускной способности.
В соответствии с указанными задачами ТЭС должны обладать необходимым эксплуатационным регулировочным (вручную) диапазоном мощности и диапазоном автоматического регулирования, допускать определенные скорости изменения нагрузки, а технологическая автоматика должна обладать требуемым рабочим диапазоном.
При этом под эксплуатационным регулировочным диапазоном ТЭС и ее оборудования понимается интервал нагрузок, внутри которого значения мощности ТЭС или отдельных агрегатов не ограничиваются во времени технологическими условиями; под диапазоном автоматического регулирования ТЭС и ее оборудования — интервал нагрузок, внутри которого мощность может изменяться автоматически без вмешательства эксплуатационного персонала; под рабочим диапазоном средств автоматики — диапазон нагрузок оборудования, на работу в пределах которого рассчитаны все элементы автоматики.
Величина требуемого регулировочного диапазона ТЭС определяется в основном изменением (регулированием) плановой составляющей графика нагрузки энергосистемы, которое в течение суток составляет 30-50% максимальной нагрузки. Величина диапазона автоматического регулирования ТЭС обусловлена в основном неплановыми изменениями нагрузки энергообъединения в целом и отдельных его частей, которые связаны между собой слабыми связями. Если неплановые изменения нагрузки энергообъединения в целом достигают ±(3÷4)% номинальной мощности, то в отдельных ее частях относительная величина этих изменений может быть в 2—3 раза больше.
В соответствии с изложенным и с учетом эксплуатационного опыта величина регулировочного диапазона энергоблоков 100, 150 и 200 МВт при работе на твердом топливе для действующих ТЭС должна быть не менее: без подсветки газом или мазутом 25%, при подсветке газом или мазутом в области номинальных нагрузок 40, при работе на газе и мазуте 50% номинальной мощности.
Для блоков 300 МВт регулировочный диапазон должен быть не менее: при работе на твердом топливе 25, при работе на газе и мазуте 50% номинальной мощности.
Возможность такой разгрузки блоков, работающих на углях марок АШ, T и Г, подтверждена решением Научно-технического совещания по повышению экономичности теплотехнического оборудования ТЭС в условиях увеличения неравномерности графиков электрических нагрузок, проводившегося Минэнерго УССР в сентябре 1971 г.
Регулировочный диапазон ТЭС с поперечными связями должен быть максимально возможным и составлять не менее 50% при работе на твердом топливе и 70 — при работе на газе или мазуте. При этом предполагается, что такие диапазоны -регулирования обеспечиваются изменением состава включенного основного оборудования.
Необходимость в обеспечении больших диапазонов изменения нагрузки ТЭС с поперечными связями диктуется их расположением в пиковой части суточных графиков нагрузки энергосистем и относительно малой экономичностью установленного на них оборудования.
Диапазон автоматического регулирования ТЭС с поперечными связями и блоков всех типов в области нагрузок, близких к номинальной, должен составлять не менее 20% номинальной мощности при работе котлов на твердом топливе и 30 — при работе на жидком и газообразном.
При изменении положения диапазона автоматического регулирования внутри общего регулировочного (например, при нагрузках, существенно меньших номинальной) допускается уменьшение величины диапазона автоматического регулирования, но не более чем в 2 раза.
Указанные значения диапазонов автоматического регулирования могут быть достигнуты практически на всех ТЭС, что создаст -реальную базу для автоматизации регулирования частоты и регулирования (ограничения) перетоков мощности.
Требуемые скорости изменения мощности ТЭС определяются из следующих общих соображений. Анализ фактических графиков нагрузки энергосистем показывает, что средняя скорость изменения нагрузки в часовом интервале составляет 0,2—0,3% номинальной мощности энергосистемы в минуту, а на отдельных небольших участках интервала достигает 1,5—2% в минуту. Поскольку энергосистемы содержат разнотипные ТЭС с оборудованием неодинаковой экономичности, загрузка электростанций из экономических соображений производится неодновременно. Поэтому для покрытия плановой составляющей графика нагрузки энергосистемы необходимо на отдельных ТЭС иметь в диапазоне регулирования скорость изменения мощности не менее 4—5% их номинальной мощности в минуту.
При регулировании неплановых изменений мощности наиболее высокие требования к скорости изменения мощности ТЭС обусловливаются необходимостью ограничения перетоков мощности. Одним из основных требований, предъявляемых к системам ограничения перетоков мощности, является эффективное подавление нерегулярных колебаний мощности с периодом 1,5—2 мин и более.
Для обеспечения функций систем автоматического регулирования частоты и мощности (САР 4M) необходимо, чтобы ТЭС обладали следующей характеристикой маневренности основного оборудования: в диапазоне автоматического регулирования изменение нагрузки турбоагрегатов ТЭС с поперечными связями и блоков по любому закону в пределах ±10% должно допускаться с максимальной скоростью, обеспечиваемой механизмом управления турбиной, не менее 2%/с, сверх этих пределов — со скоростью не менее 5%/мин для блоков 150 и 200 МВт и не менее 4%/мин для блоков 300 МВт.
Изменение нагрузки блоков (турбоагрегатов) с такими скоростями не должно сопровождаться вмешательством персонала в ход процесса и приводить к отклонениям технологических параметров сверх допустимых величин.
Требования к турбоагрегатам, вытекающие из условия привлечения действующих ТЭС к системному регулированию, не выходят за рамки требований ПТЭ. Однако имеется необходимость некоторой конкретизации положений ПТЭ. Так, для того чтобы турбоагрегат не создавал нежелательных возмущений в системах регулирования мощности, необходимо, чтобы при отсутствии возмущений по частоте регуляторы скорости турбин обеспечивали устойчивое положение регулирующих клапанов с точностью 2—3%. Для обеспечения бесперебойной. работы регуляторов мощности турбоагрегатов необходима надежная работа механизма управления турбиной.
Котлоагрегаты энергоблоков и ТЭС с общим паропроводом не должны препятствовать выполнению вышеуказанных требований к диапазонам и скорости изменения нагрузки. Кроме того, необходимо, чтобы их вспомогательное оборудование обеспечивало 5—10%-ные запасы по тяге, дутью, подаче топлива, расходу питательной воды и по диапазонам перемещения соответствующих регулирующих органов, а также значительные запасы по впрыскам.
Технологическая автоматика ТЭС должна соответствовать «Руководящим указаниям по объему оснащения тепловых электрических станций контрольно-измерительными приборами, средствами авторегулирования, технологической защиты, блокировки и сигнализации» (ЦНТИ, 1969). При изменении нагрузки блока или электростанции в пределах диапазона автоматического регулирования с вышеуказанными скоростями технологическая автоматика должна обеспечивать такое качество переходных процессов, при котором не требуется специального вмешательства персонала и не происходит срабатывание защит и блокировок.
Операции со вспомогательным оборудованием для обеспечения необходимых пределов регулировочного диапазона и изменения внутри него диапазона автоматического регулирования допустимо осуществлять вручную, а операции для обеспечения необходимых пределов диапазона автоматического регулирования должны проводиться без вмешательства персонала.
В настоящее время наиболее распространен режим работы энергоблоков и ТЭС с общим паропроводом при постоянном давлении пара перед турбинами. В этом случае для удовлетворения требований энергосистем необходимо, чтобы регулирование давления осуществлялось с помощью главного регулятора, а регуляторы давления «до себя» имели зону нечувствительности и выполняли только защитные функции.
При эксплуатации энергоблоков в условиях скользящего давления пара перед турбинами необходимо, чтобы система управления обеспечивала работу турбоагрегата с неполностью (85—90%) открытыми регулирующими клапанами, поскольку это требуется для участия энергоблока в регулировании системных параметров.
В состав общих требований входят также требования к информации о характеристиках оборудования и автоматики ТЭС, которая необходима для оценки целесообразного объема автоматизации, расчета, настройки и наладки системы автоматического регулирования частоты и перетоков мощности, а также для определения готовности электростанции к регулированию частоты и мощности.
На основе, испытаний в эксплуатационных условиях должны определяться: фактические величины диапазонов регулирования (ручного и автоматического), а также рабочего диапазона автоматики; параметры, подлежащие контролю в процессе регулирования; требования к характеристикам ограничения этих параметров в функции нагрузки ТЭС и ее основного оборудования. Необходимо располагать также библиотекой характеристик относительных приростов расхода тепла и топлива.
Выполнение перечисленных требований к оборудованию и технологической автоматике ТЭС позволит обеспечить эффективное участие ТЭС в регулировании системных параметров и создаст необходимые условия для широкого внедрения систем автоматического регулирования частоты и перетоков мощности.
