Основные задачи эксплуатации энергоблоков
Основные задачи эксплуатации энергоблоков
электростанция нагрузка топливо оборудование
Как известно, энергосистема производит столько электроэнергии, сколько требуют в данный момент потребители (плюс расход на собственные нужды и потери). Этим определяется и характер работы электростанций, график электрической нагрузки которых определяется условиями работы энергосистемы и распределением нагрузки.
Суточные графики нагрузки электростанций видоизменяются в зависимости от времени года, от дней недели (рабочий и нерабочий день), от снабжения различными видами топлива, от метеорологических факторов. Все это определяет многообразие режимов работы оборудования тепловых электростанций. Основная задача электростанции - выполнение диспетчерского графика электрической нагрузки, а для теплоэлектроцентралей - в первую очередь графика тепловой нагрузки. При покрытии суточного графика электрической нагрузки электростанции основные трудности связаны с обеспечением максимума нагрузки и необходимой скорости набора нагрузки в часы утреннего максимума, а также необходимой разгрузки в часы провала электрической нагрузки.
Выполнение диспетчерского графика электрической и тепловой нагрузки должно сочетаться с обеспечением достаточно высоких технико-экономических показателей, важнейшим из которых является удельный расход топлива на один отпущенный киловатт-час электроэнергии.
В результате успешной работы персонала электростанций, введения в эксплуатацию более совершенного оборудования, развития теплофикации и внедрения на каждой электростанции большого комплекса мероприятий средний годовой удельный расход условного топлива по всем ТЭС СССР систематически снижался. Так, в девятой пятилетке было осуществлено снижение удельного расхода условного топлива с 366 до 340 г./(кВт-ч), что обеспечило экономию 60 млн. руб. В десятой пятилетке запланировано дальнейшее снижение среднего удельного расхода условного топлива до 325…328 г./(кВт. ч).
Снижение удельных расходов топлива на ТЭС в СССР шло параллельно с повышением готовности оборудования. Однако не всегда в СССР отчетные показатели соответствовали реальному положению дел на ТЭС. Например, считалось, что коэффициент готовности на энергоблоков ТЭЦ в СССР был на уровне 99,9%, что конечно, не отражало действительность.
Сегодня в России удельный расход условного топлива составляет около 343 г./кВт×ч электроэнергии, что даже выше, чем в СССР.
Для того чтобы совершенствовать показатели ТЭС, в частности, удельный расход топлива, в процессе эксплуатации необходимо прежде всего рассчитывать их, используя показания многочисленных приборов, затем сопоставлять с нормативными, анализировать результаты, находить источники и причины потерь топлива или износа и повреждаемости оборудования и осуществлять мероприятия по их старению.
С учетом сказанного эксплуатация тепловых электрических станций включает в себя:
1) управление оперативным персоналом режимами работы оборудования, а также преодоление возникающих аварийных ситуаций. Сюда же следует отнести исследование, оптимизацию, наладку и отработку режимов работы оборудования (например, пусковых режимов, работы блоков со скользящим давлением и т.п.), которые ведутся как персоналом ТЭС, служб и предприятий энергосистемы, так и ПО Союзтехэнерго (бывший трест ОРГРЭС), научно-исследовательскими институтами (ВТИ, ЦКТИ, ЭНИН) и учебными институтами. Результаты этих работ доводятся до сведения оперативного персонала в виде инструктивных и нормативных материалов, а также публикаций в технических журналах;
2) планирование, нормирование, расчет и анализ технико-экономических показателей. В этой работе также помимо персонала ТЭС участвуют службы эксплуатации теплового оборудования энергосистем и другие организации;
3) планирование, организация и проведение ремонтов оборудования, включая также работы по его модернизации и реконструкции.
Прогнозирование ремонтов требует систематического сбора информации об отказах оборудования, повреждаемости и износа его узлов. Статистическая обработка этих данных позволяет получить оценки целесообразных сроков и объемов ремонтов.
В настоящее время ведутся разработка и внедрение систем автоматического управления электростанциями АСУЭ, АСУТП суть которых состоит в максимальном привлечении ЭВМ к решению задач, перечисленных выше.
Указанные основные задачи эксплуатации ТЭС взаимосвязаны и должны рассматриваться комплексно. Так, выбор того или иного режима работы блока следует вести с учетом его технико-экономических показателей в годовом разрезе и с учетом надежности. Такой же комплексный подход необходим уже на стадии разработки оборудования и проектирования ТЭС, когда нужно учитывать все многообразие режимов, которое имеет место в процессе эксплуатации.
Ведение эксплуатации электрических станций регламентировано в «Правилах технической эксплуатации электрических станций и сетей», а также эксплуатационными инструкциями, в которых даются как общие установки, так и конкретные указания для различных типов оборудования. Остановимся на некоторых особенностях эксплуатации ТЭС, имеющих общий характер.
1. Непрерывность работы. Эта особенность определяется непрерывностью потребления электроэнергии. В соответствии с графиком потребления электроэнергии в принципе возможна остановка отдельных электростанций на нерабочий день, однако это не практикуется, так как последующий пуск электростанций связан с рядом трудностей. Кроме того, на старых ТЭС обычно имеются потребители на генераторном напряжении. Остановка всех агрегатов электростанции случается вследствие наложения отказов оборудования.
Так, например, полный сброс нагрузки неблочной части одной электростанции из-за аварийного отключения линии электропередачи привел к ее остановке. Поскольку эжекторные установки оставшихся в работе трех блоков получали пар от неблочной части, блоки были остановлены защитой из-за срыва вакуума.
2. Работа ТЭС по диспетчерскому графику нагрузки. Это же обязательно и для других типов электростанций, разница лишь в характере суточного графика нагрузки. Выше уже подчеркивалось, что это важнейшая особенность ТЭС, которые, с одной стороны, не могут «выдавать продукцию на склад» и, с другой стороны, не терпят перерыва в топливоснабжении и поэтому должны иметь запас топлива на складе.
Успешное покрытие суточного графика невозможно без высокой готовности оборудования. Весьма отрицательное явление - частичные отказы, при которых оборудование работает, но не дает установленной мощности. При работе блоков частичный отказ какого-либо последовательного звена приводит к снижению максимальной рабочей мощности блока. Ограничения мощности часто принимают хронический характер, и службы режимов энергосистемы вынуждены учитывать их при распределении электрической нагрузки между ТЭС.
3. Участие ТЭС в регулировании частоты в электрической сети. Непрерывное изменение потребления электроэнергии сопровождается соответствующими колебаниями частоты и нагрузки ТЭС. Это предопределяет некоторую незначительную пульсацию параметров оборудования. При системных авариях возможны толчки частоты, приводящие к сбросам или набросам электрической нагрузки на ТЭС. Паротурбинные ТЭС обладают способностью мгновенно подхватывать электрическую нагрузку при резком снижении частоты в энергосистеме, реализуя при этом вращающийся резерв по клапанам цилиндра высокого давления (ЦВД). Подхват электрической нагрузки на ТЭС вместе с автоматической разгрузкой по частоте позволяет предотвратить возможное развитие крупных системных аварий, которые при потере управления могут заканчиваться развалом энергосистемы.
4. Зависимость режимов работы, и достижимых показателей от метеорологических факторов. Метеорологические факторы влияют на уровни максимальной электрической и тепловой нагрузок, температуры охлаждающей воды, холодного воздуха, обратной сетевой воды. Низкие наружные температуры воздуха существенно затрудняют топливоснабжение, создают перегрузки систем теплоснабжения.
5. Приоритет надежности оборудования перед другими показателями. Обеспечению надежности ТЭС (при высокой экономичности), т.е. безотказной работе оборудования, всегда придавалось первостепенное значение. Количественно надежность характеризуется рядом показателей, к которым относится поток отказов, время наработки до отказа, коэффициент готовности, коэффициент технического использования. На ТЭС и в энергосистемах ведется тщательный учет отказов оборудования и их причин, времени восстановления.
Статистическая обработка накапливаемого материала по отказам позволяет получить статистические оценки показателей надежности, которые затем используются при планировании ремонтов, при планировании режимов работы ТЭС, при сопоставлении различных технических решений на стадии проектирования. Обеспечение высоких показателей надежности тесно связано с организацией и проведением всех видов ремонтов оборудования ТЭС.
От уровня надежности оборудования ТЭС зависит надежность электроснабжения, обеспечиваемого энергосистемой.
Возникновение аварийных ситуаций на ТЭС часто имеет внешние причины, связанные с неправильным переключением и неполадками в распределительных устройствах, авариями на линиях электропередачи.
При отказе защит и неправильных действиях персонала авария развивается. Так, в распредустройстве одной ГРЭС произошло отключение шин, что привело к сбросу нагрузки на трех блоках. Сработала защита на остановку блоков, а питание их собственных нужд было переведено на резервный трансформатор. После остановки еще трех блоков из-за несрабатывания автоматической разгрузки по частоте авария в системе развивалась и произошло ее разделение. Часть энергосистемы вместе с ГРЭС, на которой были остановлены три блока, оказалась в условиях дефицита мощности с пониженной частотой. Из-за снижения частоты сработала защита на отключение еще одного блока, собственные нужды которого также перешли на питание от резервного трансформатора. Последний перегрузился, и из-за снижения напряжения защита отключила мазутные насосы, что привело к срабатыванию защиты на остановку еще трех блоков, работавших на мазуте. В результате из девяти блоков в работе сохранились лишь два, работавших на газе.
6. Непрерывное повышение квалификации оперативного персонала. От оперативного персонала требуется широкий круг знаний, опыт самостоятельной работы, добросовестное отношение к работе. Особенно важны умелые действия при возникновении аварийных ситуаций.
Для повышения квалификации персонала проводится техническая учеба, периодическая проверка знаний, противоаварийные тренировки.
Система подготовки и повышения квалификации оперативного персонала ТЭС является важным элементом эксплуатации.
7. Автоматизация управления ТЭС. Работа современных ТЭС без автоматизации управления технологическим процессом, без автоматических защит и блокировки практически невозможна. Объем автоматизации все время увеличивается, что не только позволяет сократить численность оперативного персонала и облегчить работу, но и повышает надежность ТЭС. Создаются автоматизированные системы технологического и экономического управления.
8. Наличие высокотемпературных процессов. Наличие высоких температур теплоносителей и металла, который соприкасается с ними, требует осуществления контроля за состоянием металла, за температурным режимом котлов, паропроводов, турбин, за перекосами температур в параллельных элементах. Все элементы, имеющие высокие температуры, испытывают температурные удлинения, которые компенсируются за счет их гибкой конфигурации. Ведется контроль за температурными удлинениями трубопроводов, элементов турбин и котлов, который особенно важен при их пуске и нагружении. При пуске оборудования его температурный режим меняется, так как осуществляется прогрев барабанов и коллекторов, паропроводов, турбин. При этом необходим контроль за скоростью повышения температуры, за разностью температур по толщине стенки (барабана котла, фланцев), которая приводит к появлению дополнительных термических напряжений в металле.
9. Необходимость наличия собственных нужд ТЭС. Часть электроэнергии и тепла, выработанных ТЭС, идет на покрытие собственного потребления, основными из которых являются привод электродвигателей, вспомогательного оборудования, освещение, отопление, вентиляция и пр.
Для электропривода вспомогательного оборудования требуется надежная система электропитания, обеспечивающая и в аварийных условиях номинальный уровень напряжения и частоты электрического тока.
Собственные нужды блока обеспечиваются трансформатором собственных нужд, связанным с генератором блока. В процессе пуска, в аварийных ситуациях собственные нужды блока получают электропитание от резервного трансформатора ТЭС.
10. Необходимость систематического контроля за состоянием оборудования. Для контроля за состоянием действующего оборудования используется большой объем измерений параметров. Оперативный персонал наблюдает за отклонениями параметров от номинальных значений, которые автоматически даются им световым табло. Необходим также контроль за элементами оборудования, находящимися в состоянии готовности. Это относится к клапанам, блокировкам, защитным устройствам, резервному вспомогательному оборудованию. При проведении пуска оборудования необходимо предварительное опробование отдельных элементов: защит, блокировок, вспомогательного оборудования, маслосистем.
11. Необходимость строжайшего соблюдения техники безопасности и охраны труда. Наличие оборудования, находящегося под электрическим напряжением, под высоким внутренним давлением, вращающихся частей, горячих поверхностей, грузоподъемных механизмов создает ситуацию повышенной опасности для персонала. Поэтому требуется неукоснительное соблюдение правил безопасности. Осуществляется систематическая проверка знаний правил техники безопасности (ПТБ) персоналом. При проведении ремонтов и ревизий оборудования осуществляется система допусков на проведение работ.
Некоторые из перечисленных особенностей присущи и другим видам производства, но их совокупность отражает специфику эксплуатации ТЭС.
Роль энергетики в современной России чрезвычайно велика. Для успешного претворения в жизнь плана развития страны прежде всего необходимо обеспечить рост энергообеспеченности. При этом особое внимание следует уделять энергосбережению, экологичности, надежности в энергетике. Вместе с тем ставится задача увеличения использования углей. Повышение эффективности, улучшение качества работы для ТЭС означает достижение лучших технико-экономических показателей, доведение их до уровня передовых ТЭС. Для этого необходимо повышать квалификацию персонала, находить, изучать, внедрять оптимальные режимы работы оборудования, автоматические системы управления, повышать маневренность оборудования, одновременно обеспечивая его высокую надежность.
Контрольно-измерительные (показывающие и регистрирующие) приборы и средства воздействия на регулирующие органы (ключи управления) располагаются на щитах и пультах, которые подразделяют на центральные и местные.
Для правильного управления энергоблоком обслуживающий персонал должен хорошо знать устройство его элементов, их взаимосвязь и взаимозависимость, протекающие процессы, средства воздействия и управления ими, влияние изменения положения регулирующих органов на работу блока. Кроме того, необходимо ясно представлять последствия неправильных действий и неблагоприятных условий работы оборудования, аварий, неполадок, накапливая практический навык их предупреждения и ликвидации. Эксплуатация энергетического оборудования должна давать экономический эффект при максимальных топливо-, энерго- и материалосбережениях. При этом обязательно следует соблюдать безопасные условия работы обслуживающего персонала при минимальных отрицательных воздействиях на окружающую среду и человека.
На тепловых электростанциях блочного типа применяется бесцеховая структура административно-технического управления. Основная часть информации сосредоточена на блочных щитах управления (БЩУ), где находится оператор блока, связанный через старших операторов с дежурным инженером станции. Обслуживаемые обходчиками местные щиты управления (МЩУ) удовлетворяют общестанционные нужды: систему топливоподачи, химводоочистку, мазутонасосную, компрессорную, электролазерную и т.д.
Сведения о работе блоков и общестанционных устройств пере даются на центральный щит управления (ЦЩУ), с которого осуществляется связь с вышестоящими организациями энергообъединения. ЦЩУ обслуживается дежурным инженером станции (ДИС) и оборудуется информационно-вычислительными комплексами. Блочный щит представляет собой совокупность вертикальных приборных панелей, на которых размещена вся необходимая контрольно-измерительная и пускорегулирующая аппаратура, и предназначен для эффективного управления энергоблоком. Напротив панелей расположен пульт с местом для оператора.
Управление энергоблоком в установившемся режиме сводится к наблюдению за работой основного (котел, турбина, генератор) и вспомогательного оборудования и поддержанию необходимых параметров. При отсутствии возмущающих факторов машинист блока лишь наблюдает за работой оборудования и записывает показания контрольно-измерительных приборов. Однако, как уже отмечалось, условия работы элементов блока изменяются (например, появляются отложения в котле, турбине, возможно шлакование и др.), выходит из строя некоторое оборудование, появляются перебои в подаче топлива (особенно при сжигании твердого топлива) по отдельным топливосистемам или возникает необходимость перехода с одного топлива на другое, либо с одного оборудования на другое и т.д. В этих условиях персонал должен принять соответствующие меры (например, провести обдувку, расшлаковку, временно изменить положение регулирующих органов) и обеспечить возврат энергоблока на заданный режим.
Более сложной является работа энергоблоков при переменном режиме, их пусках из различного состояния и остановах.
Пуск энергоблока состоит в подготовке к работе и выполнении ряда операций, обеспечивающих последовательный ввод в действие основного и вспомогательного оборудования, постепенное доведение параметров до номинальных и установление заданного режима. Технология пуска может быть различной и в основном зависит от предшествующего останова энергоблока и степени охлаждения его отдельных элементов. Изменения температуры элементов (парового котла и турбины) после останова энергоблока мощностью 300 МВт.
В зависимости от степени охлаждения блока при простое различают пуски из холодного, горячего и неостывшего состояний, каждый из которых имеет свою технологию. Условиями проведения пуска блока из холодного состояния считают полное охлаждение, потерю давления в паровом котле при температурах паровпускных участков ЦВД и ЦСД соответственно менее 150 и 100°С. Этому состоянию соответствует простой более 3-4 сут., если при останове не проводилось усиленное расхолаживание. Пуски из горячего состояния проводят при сохранении давления пара в котле и температуре металла паровпускных участков ЦВД и ЦСД соответственно выше 420 и 440°С. При промежуточных состояниях парового котла и турбины пуск выполняют так же как из неостывшего состояния, принимая во внимание степень oxлаждения и продолжительность простоя.