Доклад подготовил: Кожемяко Дмитрий Геннадьевич
группа 341-об
Научный руководитель: доцент, к.т.н. Теличенко Денис Алексеевич.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ И МОЩНОСТИ ТУРБОАГРЕГАТА БТЭЦ
Благовещенская ТЭЦ - базовое предприятие энергетики Амурской области. ТЭЦ на 85 % обеспечивает потребности предприятий промышленности и жилищно-коммунального хозяйства столицы Приамурья в тепле, и вырабатывает седьмую часть всей электроэнергии, потребляемой в регионе.
Соблюдение ТЭЦ точнейших графиков выработки тепловой и электрической энергии, а так же обеспечение их высокого качества - одна из важнейших задач предприятия как станции. А значит, что увеличение надежности и эффективности работы ТЭЦ, является одной из первостепенных задач персонала, а так же предприятий - изготовителей основных узлов и агрегатов для тепловых станций.
В 2015 году произошло расширение мощностей станции, была пущена в работу так называемая
вторая очередь, в рамках которой, был установлен пятый котлоагрегат и четвертый турбоагрегат, так же, возведена четвертая градирня, смонтированы дополнительные трансформаторы, произведено расширение открытого распределительного устройства, модернизирована система топливоподачи с расширением под котлоагрегат № 5 и проложены порядка 7 километров железнодорожных путей, всё это позволило поднять электрическую мощность до 400 МВт, и тепловую до 1005 Гкал/час.
После введения в работу второй очереди ТЭЦ, сотрудниками АСУ ТП были выявлены некоторые особенности работы нового оборудования, а именно более высокая стабильность и маневренность нового турбоагрегата по сравнению со своими "собратьями по цеху". В конструктивном плане практические идентичные агрегаты, на разных режимах работы, а что более важно в критических режимах и нештатных ситуациях ведут себя по разному. Это обусловлено применением высокотехнологичного регулирования, построенного на современном оборудовании, и использованных алгоритмах регулирования. После изучения аппаратного обеспечения регулирования турбоагрегата новой очереди, стало понятно, что ресурсов данной системы вполне хватит чтобы взять на себя не полное, а хотя бы частичное управление уже имеющимися на станциями турбоагрегатами.
Таким образом,
целью данного проекта является детальное рассмотрение возможности
модернизации системы регулирования основных параметров, а именно частоты вращения турбины и ее мощности, и перевод задач регулирования
под управление современной системой турбоагрегата новой очереди, турбоагрегатов №2 и №3 Благовещенской ТЭЦ.
ИССЛЕДОВАНИЕ
Для начала необходимо было изучить уже имеющиеся системы. Естественно что изучать решения всех производителей турбоагрегатов и производителей регулирующих систем не имеет смысла. Ограничимся двумя системами используемых на БТЭЦ.
Турбоагрегаты №2 и №3 являются детищем Уральского Турбинного завода (далее УТЗ,
кому интересно).
За всю историю производства силовых установок, УТЗ, применяли несколько типов регулирующих систем. Были и простые механические регуляторы Уатта, и его механо-гидравлический аналог, и гидравлические, и те, что предстоит нам рассмотреть - электро гидравлические системы регулирования (далее ЭГСР).
ЭГСРиЗ (и защиты) включает в себя два уровня, обзовем их как "низкий" и "верхний".
Низкий уровень представляет собой гидравлическую часть системы регулирования (далее ГЧСР). В ГЧСР находятся гидравлические сервомоторы, рычажные системы, всевозможные золотники управления, а так же необходимый нам регулятор частоты вращения с ленточной системой усиления давления масла от насоса-импеллера, служащим датчиком скорости в представленной системе. Система защиты турбоагрегата представлена здесь комплексом золотников, изменяющих направление движения и давление масла в маслопроводах. Ниже представлен рисунок с упрощенной схемой ГЧСР.
Верхний уровень представлен электрической частью системы регулирования (далее ЭЧСР). В ЭЧСР находятся три основных регулятора необходимые турбоагрегату. Наиболее важный, а так же непосредственно объект изучения - это турбинный регулятор мощности (далее ТРМ). Так же, присутствует регулятор отопительного отбора (РОО), и последний - это регулятор температуры подпиточной воды (РТПВ). Управление режимами работы турбоагрегата осуществляется с помощью нескольких переключателей. Так же к ЭЧСР подключено некоторое количество датчиков, необходимых для ее функционирования и задающие устройства. Связь ЭЧСР с ГЧСР осуществляется посредством двух МЭО (М1 и М2). Ниже представлен рисунок с упрощенной схемой ГЧСР.
На этом, ознакомление с турбоагрегатом старой очереди произведенном когда то на УТЗ закончим.
Турбоагрегат №4(вторая очередь) был произведен в Санкт-Петербурге, предприятием Силовые машины -- ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт (ознакомиться
тут).
Так же как и УТЗ, Силовые машины, еще будучи когда-то заводом ЛМЗ, производили разные системы, и одной из последних разработок стала полноценная ЭГСРиЗ, всё так же построенная из двух подсистем (
электрической электронной и гидравлической
кэп).
Но как уже было сказано выше, система улучшила свои характеристики. А достичь такого эффекта получилось на порядок урезав ГЧСР (т.е. отказавшись от большей половины гидравлики с целью замены ее гораздо меньшим количеством электромеханических и электрогидравлических преобразователей). Ведь по идее, регулирование турбоагрегатом сводится в открытию или прикрытию регулирующих клапанов на впуске части высоко давления и регулирующей диафрагмы части низкого давления, поэтому с появлением современных аппаратов, "быстрой, мощной" и надежной вычислительной техники стало очевидно что электроника без труда (а по факту с наименьшим трудом) заменит классическую гидравлическую "паутину" в системе регулирования и всевозможные логические устройства прошлых поколений.
И так, рассмотрим ГЧСР турбоагрегата новой очереди, рисунок упрощенной структурной схемы представлен ниже.
обозначения на схеме
Из схемы изображенной выше, очевидно, что гидравлическая часть системы регулирования современного турбоагрегата на порядок проще своей предшественницы, которую мы рассмотрели ранее. Из всей гидравлической "паутины", в системе остались только исполнительные механизмы и распределители управления их положением. Сумматоры, представленные в верхней части схемы, являются по своей сути преобразователями-усилителями механического движения от ЭМП в давление масла в маслопроводах управления распределителями. Так же, мы видим обособленную систему защиты турбоагрегата, она представлена блоком защиты, который управляет сервомоторами стопорных клапанов. Можно заметить, что управление клапанами свежего пара осуществляется двумя сервомоторами, в отличии от системы старого агрегата, это связано с тем что клапана свежего пара на турбоагрегате второй очереди имеют особую логику открытия, в зависимости от типа пуска турбины.
Электрическая часть системы регулирования нового турбоагрегата представляет собой цифровую систему, построенную на базе мощных промышленных контроллеров, которые занимаются регистрацией показаний датчиков, вычислениями необходимых величин и управление ЭМП системы регулирования. Упрощенная структурная схема ЭЧСР представлена ниже.
Все регуляторы в этом случае представляют собой подпрограммы, которые реализуют необходимые алгоритмы и законы регулирования. Управляющие сигналы воздействуют на электро-механические преобразователи, которые представляют собой электродвигатели, снабженные точнейшей системой определения угла поворота вала, соединенные с сумматорами ГЧСР, о которых речь шла выше.
Ознакомление с турбоагрегатом новой очереди, произведенном на заводе Силовые машины, и снабженном системой регулирования Emerson, окончим.
Разработки производителя. Как и следовало ожидать, персонал Уральского турбинного завода (совместно с фирмами имевшими разработки, внедрения и наладки ЭГСРиЗ) тоже начал решать проблемы регулирования, а именно переход на электронные системы регулирования. Ими было рассмотрено два подхода к переделыванию гидравлической части:
1) С непосредственным приводом отсечного золотника от ЭМП;
2) С приводом от ЭМП проточного золотника, управляющего штатным отсечным золотником сервомотора.
После рассмотрения обеих вариантов инженерами УТЗ а так же их испытаний, было выявлено, что второй вариант является наиболее приемлемым, и по точности регулирования и по технической реализации.
На данным момент, УТЗ ставит на вновь произведенные турбины а так же предлагает отдельно для турбин Т-110/120-130 электронно гидравлическую систему регулирования и защиты. По устройству, предлагаемая система практически ничем не отличается от той, что ставит на свои агрегаты завод Силовые машины, за исключением того, что управление осуществляется только одним сервомотором (см. рисунок ниже) клапанов свежего пара (на турбинах СМ их два, см. выше).
Что касается электронной части, то велосипед никто не изобрёл.
УТЗ предлагает законченную систему,с промышленными контроллерами, УСО, и ЭМП серийного производства.
ГИБРИД Рассмотрев все системы регулирования которые так или иначе касаются нашего вопроса, а так же учитывая то, что требования к производству и качеству электрической энергии постоянно растут, да и модернизация такого оборудования как турбоагрегаты на
центральном объекте города -
необходимость, появилась идея создания гибридной системы регулирования, которая имеет право на жизнь в нашем случае.
Идея гибридной системы заключается в том, что бы использовать ГЧСР предлагаемую заводом УТЗ в качестве модернизированной, но управление, т.е. ЭЧСР взять уже установленную на второй очереди БТЭЦ. Таким образом, решается сразу несколько "тяжелых" вопросов, главный - это ЭКОНОМИЯ (пропадает необходимость закупки ЭЧСР на стороне), так же, закупка и настройка сетевой аппаратуры, которая используется для связи с верхними уровнями АСУ ТП, и др. К тому же, модернизацию такого уровня, имея на станции уже рабочую похожую систему, возможно произвести силами персонала самой станции.
Таким образом, в дальнейшей разработке (с выходом на
дипломный проект бакалаврскую работу) находится часть подбора необходимого оборудования (которое не попадает в комплект ГЧСР), проектирования электрических схем, необходимых для модернизации, схем и алгоритмов замены оборудования, схемы подключения полевых устройств и алгоритмов регулирования, так же в планах (при наличии времени), возможна разработка мнемосхемы SCADA - системы. В итоге, возможно получить готовый проект модернизации системы регулирования на агрегатах первой очереди Благовещенской ТЭЦ.
