Введение к работе
Актуальность работы.
Современное состояние электроэнергетики РФ с позиций обеспечения надежности электроснабжения показывает, что появляются и нарастают негативные тенденции,в основном определяемые значительным износом оборудования, которые могут привести к большим проблемам произвидства, транспорта, распределения и потребления электроэнергии.
Так, при аварии в мае 2005г. в системе Мосэнерго, вызванной дефицитом реактивной мощности, на московских ТЭЦ из-за перегрузки по токам статора и ротора в течении 8 минут были отключены 28 турбогенераторов. При аварии в энергосистеме Калининградской области 13.08.2011г., остались без напряжения западная часть энергосистемы Калининградской области и прекратилась выработка электроэнергии Калиниградской ТЭЦ-2 с потерей собственных нужд. В этих случаях возникают проблемы запуска электростанции «с нуля».
Остановы блоков электростанций часто сопровождаются повреждениями оборудования, особенно крупных агрегатов с вращающимися элементами (турбины, генераторы, питательные насосы и т.п.). Перед последующим пуском технологически необходим тщательный анализ состояния всех элементов оборудования после останова. В отдельных случаях может потребоваться вскрытие подшипников турбин и генераторов, крупных насосов, дренирование емкостей и паропроводов с последующей продувкой, прочие проверки по выявлению неблагоприятных последствий аварийного останова без электропитания с.н. Таким образом, даже в удачных случаях повторный пуск и включение в сеть электростанции после такого останова возможен лишь через большой промежуток времени.
Одной из важных задач при внедрении энергоблоков ПГУ является повышение надежности и живучести электростанции используя возможности быстрого запуска и широкого регулирования мощности газотурбинных установок генерирующего оборудования, увеличению скорости набора и снижения нагрузки, возможности быстрого запуска станции «с нуля». В некоторых случаях, как например в Калининградской и Сочинской энергосистемах, ТЭС с энергоблоками ПГУ становятся центром запуска «с нуля» всей энергосистемы.
В этой связи разработка способов пуска газотурбинных и парогазовых установок в аварийных условиях является несомненно актуальной задачей.
Целью работы является разработка способов пуска газотурбинных и парогазовых установок в аварийных условиях.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:
-
Обоснована необходимость создания на электростанции с ГТУ и ПГУ независимого источника электроэнергии для электроснабжения потребителей ел., обеспечивающего режимы аварийного останова, сохранения в работоспособном состоянии и запуска энергоблоков.
-
Разработана математическая модель автономной энергетической системы аварийного пуска «с нуля» электростанции. Система включает дизельные двигатели, синхронные генераторы, потребители с.н. в виде асинхронных двигателей и тиристорное пусковое устройство (ТПУ). Указанная математическая модель реализована на ЭВМ для параметров собственных нужд энергоблока ПГУ-450Т, её адекватность проверена реальным условиям.
-
Разработан алгоритм оперативных переключений, обеспечивающий подключение аварийной дизельной электростанции (АДЭС) к системе с.н. блока ПГУ, необходимый для разработки математической модели и исследования режимов АДЭС.
-
Проведены с помощью математической модели автономной системы расчетные исследования возможности пуска с «нуля» энергоблока ПГУ-450Т с использованием аварийной дизельной электростанции.
-
Разработана методика определения необходимой мощности генераторов АДЭС обеспечивающих пуск с «нуля» энергоблока ПГУ, а так жеоценена погрешность её расчёта.
-
Обоснована возможность использования при пуске электростанции «с нуля» режима автоматического выделения системы собственных нужд (АВСН) энергоблока ПГУ для питания их от генератора газовой турбины энергоблока ПГУ.
-
Проведены экспериментальные исследования на действующей электростанции режима выделения энергоблока ПГУ для питания с.н. электростанции.
-
Разработаны рекомендации по реализации режима выделения энергоблока ПГУ с нагрузкой с.н. для электростанций различной конфигурации.
Методы исследования. Решение поставленных задач проводилось с помощью математического моделирования, экспериментальных и расчетных исследований на основе теории электромагнитных и электромеханических переходных процессов, теории электрических машин и теории двигателей внутреннего сгорания, описываемых системами дифференциальных уравнений на базе электронно-вычислительной среды Matlab. Экспериментальные исследования выделения блока ПГУ на собственные нужны проводилось на действующей электростанции с энергоблоком ПГУ-420Т.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты:
-
Разработаны и реализованы способы пуска газотурбинных и парогазовых установок в аварийных условиях, обеспечивающие останов, сохранение в работоспособном состоянии и пуск «с нуля» энергоблоков после ликвидации аварии с помощью независимого источника электроэнергии в виде аварийной дизельной электростанции или энергоблока ПГУ отключенного от энергосистемы и нагруженного потребителями с.н.
-
Впервые разработана математическая модель, алгоритм и программа расчета на ЭВМ автономной системы, включающей дизельные двигатели, синхронные генераторы, потребители с.н. в виде асинхронных двигателей и тиристорного пускового устройства, предназначенная для исследования режима пуска «с нуля» энергоблока ПГУ с помощью АДЭС;
-
Разработана методика определения мощности аварийной дизельной электростанции достаточной для пуска блока ПГУ «с нуля», базирующаяся на определении допустимого провала напряжения в автономной системе при пуске ПГУ;
-
На основании экспериментальных и расчётных исследований впервые обоснована возможность использования при пуске электростанции «с нуля» режима автоматического выделения энергоблока ПГУ для питания собственных нужд электростанции.
Достоверность сформулированных научных положений диссертационной работы обеспечивается корректным использованием теории переходных процессов электрических машин переменного тока и двигателей внутреннего сгорания, обоснованностью принятых допущений и удовлетворительным совпадением результатов расчета с экспериментальными данными. На защиту выносятся:
Способы повышения надёжности и живучести электростанций с энергоблоками
ПГУ, заключающиеся в аварийном останове, сохранении в работоспособном
состоянии и пуске энергоблоков с помощью независимого резервного источника электроэнергии в виде аварийной дизельной электростанции или энергоблока ПГУ отключенного от энергосистемы и нагруженного потребителями с.н. ТЭС. Математическая модель автономной системы, включающей дизельные двигатели, синхронные генераторы, потребители с.н. в виде асинхронных двигателей и тиристорного пускового устройства, предназначенная для исследования режима пуска «с нуля» энергоблока ПГУ. Практическая ценность работы.
1. Методика по определению мощности АДЭС рекомендована для использования проектными организациями при разработке проектов внедрения энергоблоков ПГУ;
2. Сформулированные положения и рекомендации по реализации режима АВСН могут быть использованы в качестве мероприятий по повышению надежности ТЭС с ПГУ как вновь проектируемых, так и реконструируемых; Реализация и внедрение результатов работы.
-
Предложенные рекомендации по режиму АВСН в настоящее время реализованы в составе комплекса противоаварийной автоматики на блоке ПГУ-410Т ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго»;
-
Результаты исследований по способам пуска потребителей с.н. блока ПГУ-450Т от АДЭС могут быть учтены при наладке оборудования Калининградской ТЭЦ-2.
Апробация работы. Результаты работы были апробированы на шестнадцатой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (МЭИ, г. Москва 2010г.); на семнадцатой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (МЭИ, г. Москва 2011г.); на конференции молодых специалистов в ОАО «Институт «ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ» (г. Москва 2012 г.).
Личный вклад соискателя. Разработка математической модели, алгоритма и программы расчета на ЭВМ автономной системы, включающей дизельные двигатели, синхронные генераторы, потребители с.н. в виде асинхронных двигателей и тиристорного пускового устройства, предназначенная для исследования режима пуска «с нуля» энергоблока ПГУ с помощью АДЭС. Разработка методики определения мощности аварийной дизельной электростанции достаточной для пуска блока ПГУ «с нуля», базирующейся на определении допустимого провала напряжения в автономной системе при пуске ПГУ. На основании экспериментальных и расчётных исследований впервые обоснована возможность использования при пуске электростанции «с нуля» режима автоматического выделения энергоблока ПГУ для питания собственных нужд электростанции.
Публикации. Основные материалы изложены в пяти публикациях, в том числе в трёх статьях в журналах по списку ВАК: «Вестник МЭИ», «Энергетик» и «Промышленная энергетика».
Похожие диссертации на Разработка способов пуска газотурбинных и парогазовых установок в аварийных условиях
