Аварийные режимы работы турбины

Аварийные режимы работы турбины характеризуются опасным изменением состояния турбоагрегата и возникновением ситуаций, которые могут привести к повреждению отдельных элементов турбинной установки. При возникновении аварийного режима турбина останавливается или незамедлительно выполняются операции по предупреждению опасного развития ситуации.

Особую опасность представляют случаи разгона турбины, когда резко (пропорционально квадрату скорости вращения) возрастают напряжения от центробежных сил в деталях ротора, а также ситуации, при которых могут возникнуть повреждения элементов турбины и сильные задевания в проточной части. Причинами таких повреждений могут быть гидравлические удары в турбине, а также аварийные режимы, характеризующиеся внезапным появлением сильной вибрации, недопустимыми величинами осевого сдвига и относительного изменения длины ротора, прослушиванием ударов в проточной части. В этих случаях требуется немедленный останов турбины с ускоренным торможением ротора, что достигается за счет срыва вакуума в конденсаторе. Останов со срывом вакуума необходим также при аварийном нарушении режима работы системы смазки, когда появляется опасность возникновения сухого трения вала в подшипниках и их выплавления.

Необходимость срыва вакуума при останове турбины определяется местной инструкцией в соответствии с указанием завода-изготовителя. Обычно аварийный останов со срывом вакуума производится в следующих оговоренных ПТЭ [3] случаях:

1) при повышении скорости вращения турбины сверх предела;

2) при недопустимых осевом сдвиге и относительном изменении длины ротора;

3) при недопустимом (до третьего предела) снижении давления масла в системе смазки или уровня в масляном баке, а также при недопустимом (до 75° С) повышении температуры масла на сливе из любого подшипника;

4) при внезапном появлении сильной вибрации турбоагрегата;

5) при слышимых металлических звуках и необычных шумах внутри турбины;

6) при появлении искр или дыма из подшипников и концевых уплотнений турбины или генератора;

7) при воспламенении масла на турбине и невозможности немедленно ликвидировать пожар имеющимися средствами;

8) при появлении признаков гидравлического удара в турбине (признаками гидравлического удара являются резкое снижение температуры свежего пара, появление влажного пара из фланцев регулирующих клапанов, металлический шум и удары в турбине, а также гидравлические удары в паропроводах свежего пара и линии промперегрева).

Заброс воды в турбину может также произойти по паропроводу отбора в случае разрыва трубок, переполнения корпуса подогревателя и неполного закрытия обратного клапана на паропроводе. При этом возникают гидравлические удары в паропроводе отбора и происходит резкое снижение температуры нижней части цилиндра и его коробление. При забросе воды в турбину может произойти резкое увеличение осевого усилия и выплавление упорного подшипника с последующим осевым сдвигом. Поэтому при наличии хотя бы одного признака заброса воды турбина должна быть экстренно остановлена и тщательно прослушена. Если при выбеге ротора будут слышны задевания в проточной части, турбину следует вывести в ремонт.

Аварийный останов турбины без срыва вакуума производится в случаях, когда для предупреждения опасного развития ситуации достаточно прекратить подачу пара в турбину и отключить генератор, а именно: при аварийном изменении параметров свежего пара и пара промперегрева, а также недопустимом ухудшении вакуума; при перегрузке последней ступени турбины с противодавлением; при внезапном падении давления водорода, если нельзя быстро ликвидировать утечку, а также уменьшении перепада давления «масло–водород» в системе уплотнения генератора ниже предельной величины; при появлении дыма из генератора или возбудителя.

Выход начальных и конечных параметров за определенные пределы опасен из-за возможности перегрузки отдельных ступеней турбины, снижения длительной прочности металла, недопустимого изменения осевых зазоров и задеваний в проточной части, роста осевых усилий и чрезмерного разогрева цилиндра низкого давления и появления сильной вибрации.

Аварийное уменьшение перепада давления «масло-водород» может явиться причиной разуплотнения генератора и большой утечки водорода, который в определенной пропорции с воздухом образует взрывоопасную смесь.

Появление искр или дыма из генератора, работающего с воздушным охлаждением, является признаком пожара обмоток генератора. В этом случае после отключения генератора и гашения магнитного поля необходимо принять немедленные меры для тушения пожара.

Турбина также должна быть разгружена или остановлена в течение времени, определяемого главным инженером ТЭС, в следующих случаях [3]:

1) при обнаружении неисправностей в системе регулирования, препятствующих нормальной работе турбины;

2) при нарушении нормальной работы вспомогательного оборудования, схемы и коммуникаций установки, если устранение причин нарушений невозможно без останова турбины;

3) при обнаружении свищей в трубопроводах пара, основного конденсата и питательной воды, а также в маслопроводах.

4) при значительном нарушении водяной плотности конденсатора.

В значительной части рассмотренных случаев аварийного останова со срывом и без срыва вакуума происходит срабатывание соответствующих средств защиты турбоагрегата и автоматическое закрытие стопорных и регулирующих клапанов. После этого следует выполнить все другие необходимые операции по останову турбины.

Аварийные ситуации могут возникнуть также при набросах и сбросах нагрузки, отключении подогревателей питательной воды, потере напряжения в линиях собственных нужд [6].

Внезапный наброс нагрузки может произойти при понижении частоты в системе, ошибочных действиях обслуживающего персонала, неисправности системы регулирования, отключении группы подогревателей высокого давления (ПВД). Если при этом нагрузка турбины превысит допустимую, ее необходимо уменьшить до исходной. Если наброс нагрузки произошел из-за снижения частоты в системе, и мощность турбины не превысила допустимой величины, то разгружать турбину не следует. Во всех случаях наброса нагрузки турбину необходимо тщательно осмотреть и проверить.

Сброс нагрузки может быть частичным и полным. Причинами частичного сброса являются возрастание частоту в системе, неполадки в системе регулирования, резкое уменьшение давления свежего пара, ошибочные действия обслуживающего персонала. Если сброс нагрузки произошел не из-за увеличения частоты в системе, мощность турбины необходимо вернуть к прежнему значению.

Сброс нагрузки до холостого хода происходит при срабатывании электрических средств защиты. Система регулирования турбины должна удержать ее на холостом ходу, при этом скорость вращения турбины будет увеличиваться в соответствии с величиной степени неравномерности статической характеристики регулирования. Если степень неравномерности регулирования равна 4%, то при сбросе нагрузки до холостого хода скорость вращения турбины возрастет на 0,04 3000=120 об/мин. Однако мгновенное динамическое увеличение скорости вращения турбины в момент отключения генератора может быть существенно больше, достигая 200 об/мин и более.

Полный сброс нагрузки с закрытием стопорных, защитных и регулирующих клапанов (отключение турбины) происходит при срабатывании средств защиты турбины или производится обслуживающим персоналом при возникновении аварийных ситуаций. Если турбина отключена из-за ложной работы защиты или ошибочных действий персонала, то можно вновь открыть клапаны и нагрузить ее.

При сбросах нагрузки необходимо тщательно контролировать скорость вращения, приводя ее к номинальной величине с помощью синхронизатора. Если система регулирования не может удержать турбину на холостом ходу, то должен срабатывать автомат безопасности и автоматически перекрываться доступ пара в турбину. В случае отказа автомата безопасности турбина должна быть экстренно отключена вручную, причем последующий пуск, турбины запрещается до устранения неисправности в автомате безопасности.

При отключении какого-либо регенеративного подогревателя (или группы подогревателей) растет расход пара через ступени турбины, расположенные после данного отбора. При этом возможна перегрузка, в частности последней ступени. Для предупреждения этого необходимо выдерживать заданные заводом-изготовителем предельные величины нагрузки турбины и давления в регулирующей ступени при различных режимах работы системы регенерации, в том числе при отключенных группах ПВД и ПНД, а также при полностью отключенной системе регенерации.

В случае полной потери напряжения в линиях собственных нужд нормальная работа паротурбинных установок становится невозможной, и требуется их останов. Для обеспечения надежного останова турбин в таких условиях масляные насосы смазки имеют аварийный привод постоянного тока от аккумуляторных батарей. При частичной потере напряжения собственных нужд возможна работа паротурбинных установок со сниженной нагрузкой.