Импульсные характеристики турбин

Требование импульсной разгрузки турбин как одного из эффективных способов противоаварийного управления энергосистемамипредъявлено к АСР турбин сравнительно недавно. Обеспечить его выполнение в полной мере можно только в АСР вновь проектируемых турбин, хотя и это представляет собой нелегкую задачу. Системы же регулирования большинства находящихся в эксплуатации паровых турбин мощностью 160—800 МВт создавались еще до того, как к ним было предъявлено подобное требование. До настоящего времени нуждаются в обоснованном ответе вопросы, в какой мере выполняют
предъявленные требования находящиеся в эксплуатации и вновь проектируемые агрегаты, каковы основные факторы, влияющие на получаемые импульсные характеристики. В настоящем параграфе приведены некоторые результаты экспериментальных и расчетных исследований импульсных характеристик турбоагрегатов ТЭС и АЭС, выполненных ВЭИ, ЛМЗ, ХТГЗ, ЦКТИ, трестом «Севзапэнергомонтаж», Средазтехэнерго, ЛПИ и другими организациями.
Турбины тепловых электростанций. Импульсную разгрузку производят подачей на электрогидравлический преобразователь (ЭГП) турбины управляющего импульса интенсивности действующего в течение времени обычно закону.
На рис. 5.4 в качестве примера приведены экспериментальные импульсные характеристики, определенные в процессе обширных исследований режимов импульсной разгрузки, проведенных на шести турбинах типа К-300-240 ЛМЗ [97]. Специально изготовленное устройство формирования импульсов позволяло подавать на ЭГП импульсные управляющие воздействия различной интенсивности и длительности. Испытания проводились как на неработающей турбине, так и под нагрузкой. В первом случае характеристикой эффективности разгрузки турбины служило изменение управляющего давления рп рабочей жидкости АСР в импульсной линии после промежуточного золотника, во втором — изменение мощности турбины.
В процессе испытаний установлено, что при одинаковых импульсных воздействиях различные турбоагрегаты имеют неодинаковые импульсные характеристики. Различие достигает примерно 50 % по глубине и 30 % по скорости снижения мощности, 70 % по степени закрытия регулирующих клапанов ЦВД и 30%— клапанов ЦСД. Аналогичные результаты получены также при сопоставлении указанных характеристик с данными других организаций. Обнаруженный разброс можно объяснить неодинаковыми для различных турбин характеристиками ЭГП и регулирующих клапанов, различным запаздыванием в гидравлических линиях от ЭГП к сервомоторам регулирующих клапанов, а также влиянием системы регенерации. Поскольку скорость закрытия обратных клапанов регенеративных отборов соизмерима со скоростью разгрузки турбины, из-за различия характеристик обратных клапанов в сходственные моменты времени после подачи управляющего сигнала они могут быть закрыты на одних турбинах и открыты на других, что определяет разный характер изменения мощности. Вследствие отмеченного разброса при одинаковых управляющих воздействиях импульсные характеристики одних турбин могут быть достаточно близкими к требуемым, а других — не соответствовать предъявляемым требованиям. Для безусловного выполнения последних необходима работа турбинных заводов и наладчиков АСР по уменьшению разброса импульсных характеристик. Однако достижение их полной идентичности представляется затруднительным, в частности из-за трудно устранимого разброса расходных характеристик регулирующих клапанов и динамических характеристик обратных клапанов регенеративных отборов, а также наличия воздуха в рабочей жидкости АСР. Поэтому представляется целесообразной подача на ЭГП различных турбин неодинаковых управляющих импульсов, интенсивность и длительность которых выбирались бы с учетом фактических характеристик конкретной турбины.
Такие индивидуальные для каждой турбины управляющие импульсы не могут быть сформированы общесистемной противоаварийной автоматикой. Для их формирования АСР турбин должны быть оснащены специальными устройствами импульсной разгрузки ИР [120]. Параметры импульса, формируемого ИР, должны изменяться в зависимости от исходной мощности турбины и программы регулирования блока (постоянное или скользящее давление).
Регулярным повторением испытаний установлено, что в межремонтный период с течением времени импульсные характеристики практически не меняются, но могут существенно изменяться после капитального ремонта (до 20 % по глубине разгрузки и 15 % по времени запаздывания начала снижения мощности после подачи управляющего сигнала). Поэтому после ремонтов необходима перенастройка ИР.
Комплексная проверка описанной системы аварийной разгрузки блоков, работающих как на постоянном, так и на скользящем давлении, осуществлялась при системных испытаниях с отключением линии электропередачи 750 кВ, когда по сигналу противоаварийной автоматики были произведены одновременная автоматическая разгрузка ряда блоков 300 и 200 МВт и отключение генераторов 100 МВт. Полученные результаты подтвердили эффективное участие блоков, оснащенных устройствами импульсной разгрузки и послеаварийного ограничения мощности, в противоаварийном управлении энергосистемами.
Турбины атомных электростанций. Наличие ряда больших паровых объемов, а главное, большой массы влаги (как сосредоточенной в тех или иных емкостях, так и распределенной в виде пленок по всему тракту влажно-парового турбоагрегата), а также возможность испарения этой влаги при быстром закрытии регулирующих клапанов препятствуют быстрому снижению мощности и затрудняют получение требуемых импульсных характеристик влажно-паровых турбин. При этом оказывается необходимым воздействие устройств импульсной разгрузки на парозапорные органы после промперегрева.
На рис. 5.5 приведены полученные на математических моделях импульсные характеристики тихоходных турбин мощностью 500 и 1000 МВт [54, 901, соответствующие интенсивности управляющего импульса С =—З/б и различным значениям его длительности. Для сравнения на рис. 5.5, б приведена импульсная характеристика турбины сверхкритических параметров типа К-500-240. Как следует из приведенных результатов, по величине запаздывания начала снижения мощности, глубине и скорости разгрузки влажно-паровые турбины АЭС уступают турбинам перегретого пара. Уменьшение времени  главного сервомотора в сторону закрытия клапанов улучшает эффективность импульсной разгрузки, но в реально достижимых пределах от 0,3 до 0,2 с (рис. 5.5, б) это улучшение незначительно. Поэтому трудно рассчитывать на радикальное улучшение импульсных характеристик влажно-паровых турбин. Вместе с тем, учитывая увеличенные динамические постоянные влажно-паровых турбин АЭС по сравнению с агрегатами ТЭС, можно полагать, что эффективность импульсной разгрузки турбоагрегатов АЭС будет достаточной для сохранения динамической устойчивости во многих аварийных ситуациях в энергосистемах.
В зависимости от аварийной ситуации могут потребоваться различная глубина и скорость снижения мощности агрегатов. Требуемые для этого значения интенсивности С и длительности Та управляющего импульса могут быть определены из импульсной диаграммы. Как следует из этого графика, увеличение интенсивности С управляющего импульса выше |С| =3/6 практически не дает ощутимых результатов. Наибольшая эффективность разгрузки турбины достигается при 0,5 с. Дальнейшее увеличение сильно затягивает момент начала восстановления мощности.
Хотя до настоящего времени нет достаточно полноценных экспериментальных статистических материалов по импульсным характеристикам турбин АЭС, можно ожидать, что разброс характеристик будет не меньшим, чем у агрегатов ТЭС. Это определяется хотя бы тем обстоятельством, что сильно влияющие на динамические характеристики турбин толщины пленок влаги, покрывающей стенки корпуса, диафрагм, патрубков отборов, направляющие лопатки и другие элементы проточной части, могут существенно различаться в зависимости от режима работы турбины, формы и шероховатости поверхности, скорости парового потока и других факторов. Вследствие этого, как и для турбин ТЭС, может оказаться целесообразным оснащение АСР влажнопаровых турбин устройствами импульсной разгрузки, формирующими индивидуальные для каждой турбины управляющие сигналы.