пятница, 23 ноября 2012 г.

Мобильность ТЭС

Подхват вращающимся резервом

При системных авариях в результате отключения линии электропередачи происходит разделение энергосистем на две части: на часть с дефицитом мощности и на часть с избытком мощности. При появлении дефицита мощности возникает небаланс между вращающими моментами на валах турбин и моментами сопротивления генераторов, в результате чего снижаются частота вращения турбин и частота в энергосистеме; при появлении избытка мощности процесс протекает в обратном направлении — частота растет. Регуляторы скорости турбин реагируют на изменение частоты вращения и в соответствии со своими статическими характеристиками при снижении частоты дают команду на открытие регулирующих клапанов, что приводит к набросу нагрузки. При повышении частоты клапаны прикрываются и турбины разгружаются от избытка мощности. И в том, и в другом случае при благоприятных условиях изменение частоты в энергосистеме может притормозиться, а затем и прекратиться, после чего возможно восстановление нормальной частоты. Однако при неблагоприятных условиях снижение частоты не удается затормозить, что приводит к срабатыванию защит, отключающих оборудование, к отключению генераторов от сети и к аварийному развалу энергосистемы.

Именно так случилось в ночь на 14 июля 1977 г. с энергосистемой, обеспечивающей электроснабжение Нью-Йорка [3-1] В результате грозы оказались выведенными из строя две 345-киловольтные линии электропередачи от АЭС Индиан-Пойнт мощностью 900 МВт. Последующие удары молний вывели из строя еще две 345-киловольтные линии, подающие электроэнергию в Нью-Йорк от электростанций, расположенных к северу от Нью-Йорка. В результате энергосистема потеряла 2000 МВт, и дефицит мощности составил около 35% номинальной. После этого сработала защита на понижение в сети напряжения сначала на 5, а затем на 8%. Далее ЭВМ, управляющая энергосистемой, дала команду на отключение ряда малонаселенных районов. Это не спасло положения, так как системная авария разрасталась, поскольку из-за перегрузки перегрелись кабельные линии, подававшие электроэнергию от соседней энергосистемы, вследствие чего и они были отключены защитой. В дополнение к этому из-за продолжающейся грозы удар молнии вывел из строя последнюю ЛЭП с севера. После этого из-за перегрузки были отключены защитой и две последние питающие энергосистему линии. Развитие аварии продолжалось более часа, после чего электроснабжение полностью прекратилось, и огромный город погрузился в темноту. Остановились метро, электрический транспорт, лифты — все, приводимое в действие электричеством. Полное восстановление электроснабжения потребовало значительных усилий и происходило в течение 25 ч.

Еще более крупная авария произошла в том же районе в 1965 г. Несмотря на то, что после «аварии века» 1965 г. был принят ряд мер к предотвращению подобного в будущем, оказалось, что уязвимость энергосистем осталась еще достаточно велика.

Полный развал объединенной энергосистемы Франции произошел в конце декабря 1978 г. в предрассветный час, когда аварийно отключилась ЛЭП, связывающая Францию с ФРГ. Возникший дефицит мощности был особенно велик из-за массового использования населением электроотопительных приборов в связи с внезапно наступившим похолоданием.

В отечественной практике также имели место случаи прекращения электроснабжения отдельных районов в результате системных аварий, однако, как правило, исправить положение .удавалось в течение 4—5 ч.

Все сказанное говорит о большом значении мобильности оборудования ТЭС для надежности электроснабжения.

Под мобильностью понимают способность ТЭС изменять мощность при отклонении частоты в энергосистеме. Быстрый подхват нагрузки оказывается возможным при этом режиме благодаря значительной аккумулирующей способности котлов, которые выдают дополнительный пар при открытии клапанов и соответствующем снижении давления. Аккумулирующая способность котлов широко использовалась еще в то время, когда электростанции не были объединены в мощные энергосистемы, и все толчки нагрузки приходилось покрывать за счет мобильности оборудования. В наше время с аналогичными явлениями приходится сталкиваться при проектировании ТЭС для развивающихся стран, не имеющих энергосистем с достаточно мощными связями. Так, в случае ТЭЦ для металлургического завода приходится принимать во внимание мгновенные периодические толчки нагрузки от электродвигателей прокатных станов.

В отечественной практике при резких понижениях частоты из-за системных аварий используется автоматическая разгрузка по частоте (АРЧ), которая при снижении частоты больше чем на одну перемену автоматически отключает определенных потребителей. Для расчета настройки АРЧ нужно знать влияние различных факторов на процесс изменения частоты во времени при возникновении начального дефицита.

Показатели мобильности блоков

кривые наброса нагрузки

Подхват нагрузки характеризуется несколькими показателями, рис.3-2:

· начальным подхватом DNНАЧ;

· максимальным подхватом DNМАКС;

· временем до максимального подхвата tМАКС;

· конечным подхватом в момент максимального падения давления DрМАКС.

На рис.3-2: 1 – линия наброса электрической нагрузки; 2 – линия относительного наброса паровой нагрузки; 3 – линия относительного наброса давления; 4 – линия роста паропроизводиельности котла.

Из рис. 3-2 видно, что наброс нагрузки проходит в два этапа. Первый этап – до точки максимума по линии 1 – за счет увеличения пропуска пара при снижении давления и аккумулирующей способности котла. Второй этап характеризуется некоторым снижением наброса электрической нагрузки и заканчивается в точке пересечения линий 2 и 4, когда весь наброс паровой нагрузки покрывается за счет увеличения паропроизводительности котла. После этого начинается восстановление давления пара перед турбиной.