автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Разработка способов пуска газотурбинных и парогазовых установок в аварийных условиях

На правах рукописи

Александров Анатолий Сергеевич

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПУСКА ГАЗОТУРБИННЫХ И ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК В АВАРИЙНЫХ УСЛОВИЯХ

Специальность 05.14.02 - электрические станции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 2013

005544935

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Жуков Василий Владимирович

доктор технических наук,профессор, генеральный директорОАО

«Специализированное проектно-

конструкторское бюро по ремонту и реконструкции» Шунтов Андрей Вячеславович

Кандидат технических наук, начальник технического отдела производственно-технического департамента ОАО «Институт «ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ» Коновалов Олег Анатольевич

Ведущая организация:

ОАО «Фирма ОРГРЭС», г. Москва

Защита состоится 20 декабря 2013г. в 15 часов 00 минут в аудитории Г-200 на заседании диссертационного совета Д 212.157.03 при ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 17.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ».

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ»

Автореферат разослан «/А» // 2013г.

Заместитель председателя диссертационного советаД 212.157.03д.т.н., проф.

Максимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

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:

1. Обоснована необходимость создания на электростанции с ГТУ и ПГУ независимого источника электроэнергии для электроснабжения потребителей с.н., обеспечивающего режимы аварийного останова, сохранения в работоспособном состоянии и запуска энергоблоков.

2. 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.

3. 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.

4. Проведены с помощью математической модели автономной системы расчетные исследования возможности пуска с «нуля» энергоблока ПГУ-450Т с использованием аварийной дизельной электростанции. ■>

5. Разработана методика определения необходимой мощности генераторов АДЭС обеспечивающих пуск с «нуля» энергоблока ПГУ, а так же оценена погрешность её расчёта.

6. 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.

7. Проведены экспериментальные исследования на действующей электростанции режима выделения энергоблока ПГУ для питания с.н. электростанции.

8. 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:

1. 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.

2. 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;

3. 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;

4. 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 111У как вновь проектируемых, так и реконструируемых; Реализация и внедрение результатов работы.

1. Предложенные рекомендации по режиму АВСН в настоящее время реализованы в составе комплекса противоаварийной автоматики на блоке ПГУ-410Т ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго»;

2. 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».

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, состоящего из 71 наименования, трёх приложений. Основной текст представлен на 138 страницах и включает 55 рисунков. Общий объём диссертации 163 страниц. Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования й раскрыта структура диссертации.

В первой главе проводится анализ современных проблем энергосистемы, связанных с надежностью генерирующих мощностей. Ставится вопрос о пуске ПГУ в случае крупной системной аварии, которая может повлечь за собой посадку станции «на нуль». Для повышения надежности и живучести как самой электростанции так и энергосистемы предлагается разработать специальные меры, которые будут закладываться при проектировании новых блоков ПГУ. Такими мерами может быть использование аварийных независимых источников энергии (НИЭ) для пуска ПГУ.

В функции НИЭ входит:

- безопасный останов отключаемого оборудования ТЭС;

- поддержание остановленного оборудования в состоянии готовности к пуску;

- быстрый пуск и подключение ТЭС к энергосистеме после восстановления режима её работы.

Анализ нормативных документов посвящённых сохранению с.н. электростанций при системных авариях показал, что они не определяют конкретные способы практической реализации независимых источников энергии.

Проведённый анализ 24-х проектов ТЭС предусматривающих установку ПГУ мощностью 100-450 МВт показал, что ни один из проектов не предусматривает обеспечение пуска энергоблоков ПГУ в аварийных режимах.

В работе рекомендуется два способа пуска ПГУ в аварийных условиях от

НИЭ:

1. Применение аварийных электростанций для питания с.н. запускаемого энергоблока ПГУ (газопоршневые установки, дизельные электростанции, ГТУ малой мощности).

2. Автоматическое выделение газовой турбины энергоблока ПГУ для питания с.н. (АВСН), при этом происходит останов паровой турбины поскольку выдача мощности энергоблоком в систему прекращается.

Анализ характеристик дизельных, газопоршневых и газотурбинных источников выявил преимущества дизельных электростанций для запуска «с нуля» энергоблоков ПГУ большой мощности.

В главе обоснована задача по разработке методики, позволяющей инженеру-проектировщику выбрать мощность АДЭС обеспечивающую успешный запуск потребителей с.н. при пуске энергоблока ПГУ, а так же рассмотреть способы пуска асинхронных двигателей, приводящих к снижению пускового тока соответствующего мощности установленной АДЭС.

Показано, что для обоснования рекомендаций по запуску ТЭС, необходимо выполнить экспериментальные и расчетные исследования возможности пуска «с нуля» энергоблоков ПГУ с помощью указанных выше способов для условий

действующих электростанций (ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго» и Калининградская ТЭЦ-2).

Во второй главе разработана математическая модель, алгоритм и программа расчёта на ЭВМ аварийной автономной энергосистемы, включающая дизельные двигатели, синхронные генераторы, потребители с.н. в виде асинхронных двигателей и ТПУ, собранная для осуществления пуска энергоблока ПГУ «с пуля» (рис. 1).

На схеме АДЭС, состоящая из трёх дизель-генераторов, подключена к шинам 6 кВ для питания потребителей с.н. одной из газотурбинных установок (ГТУ) типа ГТЭ-160 блока ПГУ-450, а также электропривода основных механизмов паросиловой части, которые обеспечат нормальную работу котла-утилизатора.

В работе для энергоблока ПГУ450 были определены три различных группы механизмов с.н. в зависимости от состава и вида топлива:

1. Природный газ при давлении в газопроводе более 2,33 МПа;

2. Природный газ при давлении в газопроводе менее 2,33 МПа;

3. Мазут, (природный газ отсутствует).

Анализ состава потребителей с.н. показал, что электрическая нагрузка с.н. значительно изменяется при учёте газодожимного компрессора (ГДК), который необходим при давлении газа в газопроводе ниже 2,33 МПа. Мощность ГДК рана 6,2 МВт, что составляет 38% от мощности с.н. В двух других режимах ГДК не используется и электрическая нагрузка с.н. значительно ниже и примерно одинаковая.

6 кг

—) )_ЦижяляЦи<Нйш наию

vi Ксмшйотюя насто

Аварийная ди№/л-генерот<юиая влекгоетсиция

П—, А 1

ла

аа

й&

Г-1

г-г @

Г-З

¿V

[_ _ J

-сН©

о

пищ

М )} Зквикшпная аыготоънсм натаадо 6 к

0.4 кВ

□

ПИШИ1 „

тю

-^ЗНь®

Зкмеалгнтни

¿шготе&ш югмвка 14 к) Наос систем мгалюовамч

К генесагсюы —>

м > И1-

Рис.1. Схема моделируемой автономной системы с потребителями с.н. энергоблока ПГУ-450.

Целью моделирования является изучение процесса запуска потребителей с.н. с оценкой провала напряжения и частоты на шинах АДЭС для обеспечения её

8

устойчивой работы, а так же разработка рекомендаций по обеспечению более благоприятных условий пуска, поскольку основным потребителями с.н. являются асинхронные двигатели. Разработка математической модели производится в операционной среде МАТЬАВ.

Моделирование процессов в синхронном генераторе выполнено в соответствии и дифференциальными уравнениями Парка-Горева, при каждом шаге расчёта производится перерасчет переменных от координат к фазным координатам а,Ь,с.

Математическая модель дизельного двигателя описана моментно-скоростной характеристикой, показывающей что уменьшение тормозящего момента на валу дизель-генератора на величину АМ за счёт увеличения активной нагрузки генератором приведёт к уменьшению частоты вращения Дсо ротора генератора и повлияет на частоту выходного напряжения.

Модель асинхронного двигателя (АД) включает в себя модель электрической части, представленной моделью пространства состояний четвертого порядка, и модель механической части в виде системы второго порядка. Все электрические переменные и параметры машины приведены к статору в виде многоконтурной схемы замещения, которая принята за основу при описании АД. Уравнения электрической части машины представлены в системе координат ё, я.

Учитывая, что основной целью исследования на модели является определение максимального провала напряжения в цепи АДЭС при пуске энергоблока ПГУ, в работе принято ТГГУ с питающим трансформатором представить упрощенно в виде эквивалентной нагрузки, подключенной к шинам 6 кВ АДЭС.

Проверка адекватности математической модели автономной системы, выполнена сопоставлением результатов расчета на модели с результатами аналогичного эксперимента. Эксперимент представляет собой пуск асинхронного двигателя мощностью 50 кВт с шестикратным пусковым током от дизель-генератора мощностью 100 кВт.

Для определения основных этапов исследований на математической модели разработан алгоритм оперативных переключений запуска «с нуля» блока ПГУ-450 Калининградской ТЭЦ-2 (КТЭЦ-2) с описанием режимов работы АДЭС, а именно:

1. Работа дизель-генераторной электростанции в нормальном режиме. В данном режиме все дизель-генераторные установки должны быть отключены от сети и находятся в «горячем» резерве (под «горячим» резервом понимается, что технологические параметры топлива, масла и охлаждающей жидкости двигателя дизель-генератора поддерживаются постоянно в необходимых пределах для быстрого пуска).

2. Работа дизель-генераторной электростанции в режиме аварийного останова энергоблока. До наступления данного режима все дизель-генераторные установки

отключены от сети и находятся в "горячем" резерве. При аварийном останове оборудования 1-ого и 2-ого энергоблоков и потере напряжения на с.н., оперативный персонал КТЭЦ-2 подготавливает схему для запуска и подачи напряжения на ГРУ-6 кВАДЭС.

3. Работа дизель-генераторной электростанции в режиме разворота «с нуля» газотурбинной установки. По мере готовности оборудования КТЭЦ-2 к запуску, оперативным персоналом подготавливается схема для разворота одной из газотурбинных установок. При подготовке технологической схемы для разворота одной из газотурбинных установок участвует оборудование, которое подключается к сети с.н. с определенным интервалом времени. После подготовки технологического оборудования к развороту ГТУ в ПТК-КТЭЦ-2 запускается пошаговая программа пуска потребителей в соответствии с технологической последовательностью. В момент подачи команды на пуск тиристорного-пускового устройства.

В третьей главе выполнены расчетные исследования методов пуска «с нуля» энергоблока ПГУ-450Т с помощью АДЭС. Исследования предусматривали определение наибольшего снижения напряжения в цепи АДЭС и частоты вращения при следующих методах запуска потребителей с.н.:

• Прямой одновременный пуск потребителей с.н. энергоблока ПГУ при давлении

газа выше 2,33 МПа;

• Прямой одновременный пуск потребителей с.н. энергоблока ПГУ при давлении

газа ниже 2,33 МПа;

• Ступенчатый пуск потребителей с.н. (при давлении газа ниже 2,33 МПа);

• Частотный пуск асинхронного электродвигателя газодожимного компрессора.

Анализ результатов расчета прямого одновременного пуска потребителей с.н.

энергоблока ПГУ без ГДК показал, что при прямом пуске потребителей с.н. снижение напряжения находилось в допустимых пределах: 0,837 Шом при пуске АД и 0,86 №ом при подключении ТОУ (рис.2). На основании проведенных расчетов можно считать запуск успешным. Однако следует отметить, что при подключении ТПУ, из-за снижения напряжения на выводах генераторов АДЭС работающие АД механизмов с.н. перешли в режим самозапуска.

Расчет прямого одновременного пуска потребителей с.н. энергоблока ПГУ при давлении газа ниже 2,33 МПа (рис.3) показал, что данный режим является тяжёлым для генераторов АДЭС вследствии их перегрузки. Значительный провал напряжения в питающей сети (0,68 Шом) указывает на неуспешный запуск, поскольку допустимое снижение напряжения на выводах генераторов АДЭС по условию защиты их от перегрузки составляет 0,7 ином. Такая проблема возникла при наладке работы АДЭС на КТЭЦ-2.

Для осуществления режима ступенчатого пуска, потребители с.н. разбиты по группам: в первую группу выделены все АД кроме ГДК, при этом Рс,н.гр1 = 4500 кВт; во вторую группу вошёл ГДК Рснгр2 = 6200 кВт и в третью ТПУ Рс.н.грз = 6200 кВт. При этом моментом запуска каждой следующей группы является окончание переходного процесса в системе возбуждения генераторов АДЭС при пуске предыдущей группы. При пуске первой группы потребителей с.н., | напряжение на шинах АДЭС снизилось до 0.837 Ином, при запуске второй группы -ГДК до 0.74Шом (рис.4). Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод |о том, что ступенчатый запуск потребителей с.н. значительно уменьшает провал ! напряжения и частоту сети.

Расчёт частотного пуска асинхронного электродвигателя газодожимного компрессора показал, что применение частотно регулируемых преобразователей для :пуска асинхронного двигателя ГДК позволил снизить значение пускового тока до 2.92 /ном. Однако, вследствие снижения пускового тока, время нарастания электромагнитного момента до номинального значения увеличивается и как следствие увеличивается время пуска (Сп = 4 с).

и,

0 0,5 1.0 1.5 2.0 2.5 3,0 3.5 4.0

Рис. 2 Кривые изменения напряжения, при пуске потребителей с.н. при давлении в газопроводе 2.33 МПа и,«в

О 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 1, »к 7,0

Рис. 3. Кривые изменения напряжения, при пуске потребителей с.н. при давлении в газопроводе менее 2.33 МПа

|

и. кВ

о 1.0 2.0 3.0 4.0 5,0 6.0 7.0 1,»к 8,0

Рис. 4. Кривые изменения напряжения, при ступенчатом пуске потребителей с.н. при давлении в газопроводе менее 2.33 МПа (с применением ступенчатого пуска)

Анализ результатов проведённых исследований показал, что при пуске потребителей с.н. энергоблока ПГУ-450 потребителей с.н. от АДЭС рекомендуется применение метода ступенчатого или частотный пуска.

Таким образом, выбор способа пуска потребителей с.н. от АДЭС, обеспечивающего пуск «с нуля» энергоблока ПГУ, зависит от мощности энергоблока и АДЭС, состава его потребителей с.н. и должен определяться в каждом конкретном случае проектирования электростанций с блокамй ПГУ. В четвертой главе разработана методика определения мощности АДЭС для успешного пуска ПГУ «с нуля». Мощность генераторов АДЭС может быть определена по наибольшей потребляемой электрической мощности механизмов с.н при пуске энергоблока ПГУ. Этот режим возможен при пуске ГТУ с давлением газа в газопроводе требующим установку ГДК.

Так как, энергоблока ПГУ-450 выбрана АДЭС, состоящая из трёх генераторов мощностью 5720 кВт каждый. Такой вариант исполнения является так же приемлемым с точки зрения капитальных затрат и постоянной отводимой площади под её размещение. Однако, как известно, использование АДЭС мощностью 17160 кВт на КТЭЦ-2 не обеспечивает запуск энергоблока ПГУ-450 и требуется проверка устойчивости работы генераторов АДЭС при пуске потребителей с.н. Необходимо определить допустимые провалы напряжения в цепи генераторов АДЭС при запуске ПГУ «с нуля».

В работе падение напряжения в цепи АДЭС определяется представлением двигательной нагрузки с.н. эквивалентным электродвигателем подключаемым к шинам генераторов АДЭС.

Эквивалентное сопротивление электродвигателя рассчитывается с учётом параметров электродвигателя и генератора АДЭС.

При учёте влияния ТПУ, последнее представляется сопротивлением 2ТПу, подключённым к генераторам АДЭС и определённым по формуле:

_Рдгусоз<?тпу (11л2

7ТПУ" С08<р-Ртш Щ)' ^ 12

где Рдгу, £тпу ~ номинальные активные мощности генератора АДЭС и ТПУ; cos <р, cos ipTny - коэффициенты мощности генераторов АДЭС и ТПУ; Ur, U3 - напряжение на выводах генераторов АДЭС и ТПУ.

Переходный процесс для генератора с автоматическим регулятором возбуждения (АРВ) рассчитывается с помощью уравнения характерного для систем ограниченной мощности: dU

— + к2 ■ U = fci • [UBmax(t) + UBmax- срШ (4.2)

где UBmax- максимальное напряжение возбудителя; ki и к2 - коэффициенты определённые с учётом параметров генератора и нагрузки; q>(t) - изменение частоты вращения дизельного генератора, учитывается формулой:

<pW = cpmax-(l-e7A, (4.3)

где сртах- максимальное отклонение частоты вращения генератора; Т-ф - постоянная времени экспоненциального графика, аппроксимирующего реальный график снижения частоты вращения генераторного агрегата при пуске электродвигателя.

Для оценки максимального отклонения частоты вращения дизель-генераторного агрегата при подключении двигательной нагрузки введён коэффициент А равный отношению изменения нагрузки на валу двигателя к величине его максимального момента.

Максимальное отклонение частоты вращения генератора <ртах. которое имеет место в первый полупериод колебания частоты вращения определяется по экстремальным точкам графика оценки параметров механического процесса генераторного агрегата при пуске асинхронного короткозамкнутого электродвигателя для момента времени { = 0.

Изменение частоты вращения генератора в рассматриваемом переходном процессе определяется выражением:

со(0 = 1-<ртах^1-ег^. (4.4)

Прямое преобразование по Лапласу и обратное а преобразование выражения (4.2), позволяет получить уравнение изменения напряжения генератора с АРВ пропорционального действия с учетом изменения частоты вращения дизельного двигателя:

1/(0 = и*тах ■ (1 - (Ртах) ' £ + [^0 ~ ¿/вша* ' (1 ~ <Ртах) ~ + Ц " (Ртах

в max

к-ф — к 2

(4.5)

>4/i ~ К.2

где к^ = —-; U0- напряжение генератора в момент включения электродвигателя.

Ту

После определения провала напряжения в цепи АДЭС с помощью уравнения (4.5), а так же значения максимального изменения частоты вращения дизельного агрегата, необходимо определить допустимый провал напряжения по условию успешного пуска АД.

Пуск электродвигателя обеспечивается при условии, что его пусковой момент, зависящий от напряжения и частоты, превосходит момент сопротивления на его валу:

U2

™n(U,f) =тп- — > тс,ш (4.6),

где тп - кратность пускового момента электродвигателя при номинальных значениях напряжения и частоты; тсн- начальный момент сопротивления, для вентиляторной нагрузки (принимаемый равным 0.15 o.e.).

Неравенство (4.6) может быть принято в качестве критерия обеспечения пуска электродвигателя. Допустимое снижение напряжения по условию разгона пускаемого электродвигателя определяется соотношением:

Литах<(^1-Г- Jf~j ■ Ю0%, (4.7),

где/- частота напряжения в сети, которая зависит от снижения частоты вращения ротора генератора при подключении к нему нагрузки.

Результаты расчета провалов напряжения в цепи АДЭС показали, что наибольшее влияние на снижение напряжения оказывает запуск ГДК (31,6%), что является недопустимым по условию устойчивой работы АД.

Для обеспечения успешного запуска потребителей с.н. от АДЭС рассмотрены варианты увеличения мощности АДЭС, а так же применение метода ступенчатого пуска. Однако, не всегда имеется возможность повысить мощность АДЭС, поскольку это приводит к увеличению капитальных затрат или, например для случая Калининградской ТЭЦ-2, где АДЭС уже построена и увеличение её мощности путём замены количества (мощности) дизель-генераторов не представляется возможным.

Расчёт ступенчатого пуска показал, что при запуске ГДК, провал напряжения составил 24%, что является допустимым по условию устойчивой работы АД.

Адекватность разработанной методики доказана удовлетворительным совпадением результатов расчета снижения напряжения на генераторах АДЭС и их частоты вращения с расчётными значениями полученными с помощью математического моделирования на ЭВМ.

Расчеты различных способов пуска потребителей с.н. энергоблока ПГУ-450 показали, что разработанная методика значительно упрощает определение необходимой мощности АДЭС, может быть реализована ручным способом расчёта

или простой программой на ЭВМ, и рекомендуется к применению при проектировании комплекса мероприятий по обеспечению пуска «с нуля» ТЭС с энергоблоками 111 У.

В пятой главе предложен новый способ повышения надежности и живучести электростанций в виде автоматического выделения ГТУ для питания потребителей собственных нужд ЛГУ в условиях аварий в энергосистеме. Сформулированы основные задачи и возможность применения автоматического выделения собственных нужд на 111 У, которые заключаются в следующем:

- определение аварийной ситуации, требующей выделения с.н, выбор алгоритма выделения, учитывающего состав и режим работы действующего оборудования ПГУ-ТЭС в конкретной ситуации, формирование команд на выделение;

- подготовка электрической схемы электростанции к выделению: сборка схем подачи напряжения 6 кВ от выделяемых источников мощности (газовые турбины) без отключения их от сети, поочерёдный перевод с.н. работающих генераторов (кроме выделенных) на питание от выделенных генераторов;

- отключение выделенного источника мощности от энергосистемы, необходимые переключения в тепловой схеме и схемах выделенных агрегатов, регулирование активной мощности и напряжения с.н. в переходных процессах при отделении от энергосистемы и при последующем аварийном отключении остальных агрегатов ТЭЦ;

- поддержание стабильной работа потребителей с.н. в автономном режиме до подключения к энергосистеме (частота в пределах ±1%, напряжения 85-110% от номинального, технологических параметров выделенного теплотехнического оборудования в допустимых пределах).

Реализация алгоритма режима АВСН позволяет решить одновременно несколько важных задач:

- обеспечить сохранение с.н. ТЭЦ, которые в подобных ситуациях бывают часто полностью потеряны;

- сохранить остановившееся теплотехническое оборудование ТЭЦ в работоспособном состоянии и в полной готовности к немедленному пуску после ликвидации аварии;

- выделить местную нагрузку (если она имеется) в отдельный энергорайон, и ввести его в состав потребителей, обеспечиваемых при АВСН электроэнергией, на всё время системной аварии.

В качестве примера анализа особенностей адаптации энергоблока ПТУ для выполнения режима АВСН рассмотрена одна из ТЭЦ ОАО «Мосэнерго», где установлен энергоблок ПГУ-420 фирмы Альстом.

Определение возможности аварийного перевода энергоблока ПГУ-420 ТЭЦ на нагрузку собственных нужд выполнено путем экспертизы проектной документации поставщика основного и вспомогательного оборудования блока ПГУ-420 ТЭЦ (ГТУ-280, котла-утилизатора, паровой турбины ПТ-140), общеблочного оборудования, систем их автоматического регулирования, технологических защит и блокировок, электрических схем энергоблока, его связей с главной электрической схемой с.н. ТЭЦ и эксплуатационной документации по блоку ПГУ-420 ТЭЦ, а также экспериментальной проверкой сброса нагрузки с удержанием оборудования с.н. ГТ в работе.

На действующей ТЭЦ проведена экспериментальная проверка отключения от сети и сброса нагрузки с удержанием с.н. ПТУ в работе по соответствующей программе. Основные результаты испытаний приведены на рис.6 и 7. На рис. 6 приведены кривые изменения активной мощности генераторов ГТ (1) и ПТ (2), на рис. 7 - изменения частоты вращения газовой турбины (ГТ) (1) и паровой турбины (ПТ) (2). Перед началом испытаний газовая и паровая турбины находились в работе

с нагрузкой 200 МВт. р,%

X

N

во 100 120 140

200 220 240

280 1, МИН

Рис. 6. Графики изменения активной мощности: 1- генератор газовой турбины; 2- генератор паровой турбины.

п.об/мин

39001-

3510 3120 2730 2340 1950 1560 1170 780

ЧЕТ

о 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 1,мин

Рис. 7. Графики изменения скорости вращения: 1-газовой турбины; 2- паровой турбины

16

С момента времени t = 70 мин до 120 мин, в соответствии с ночным графиком потребления нагрузка 111У была снижена на 25% для ГТ и на 27,5 % для ПТ. После отключения высоковольтных выключателей блочных трансформаторов ГТУ и ПТУ в момент времени t = 150 мин (в интервале времени от 0 мин до 150 мин блок работал в штатном режиме) мощность блока снизилась. Паровая турбина пошла на останов (кривая 2, рис.6, и 7), а газовая турбина - оставалась в режиме устойчивой работы с пониженной нагрузкой собственных нужд равной 11 МВт (4% от РНом гт)- В таком режиме ГТ работала в течении одного часа (кривая 1, рис.6 и 7).

Проведена оценка возможности реализации АВСН на блоках 111У электростанций различной конфигурации. Разработаны рекомендации на примере наиболее часто используемых схем ТЭС по повышению их надёжности и живучести с помощью 111 У, которые могут быть переведены в режим АВСН.

Основные выводы и результаты работы.

1. Для повышения надежности и живучести ТЭС с энергоблоками ГТУ и 111 У 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 111У отключенного от энергосистемы и нагруженного потребителями с.н.

2. Разработана математическая модель, алгоритм и программа расчёта на ЭВМ автономной энергетической системы аварийного пуска с «нуля» энергоблока 111 У. Система включает дизельные двигатели, синхронные генераторы, потребители с.н. в виде асинхронных двигателей и тиристорное пусковое устройство. Математическая модель реализована на ЭВМ для параметров блока ПГУ-450Т и может быть использована для исследования режимов пуска других энергоблоков 111У с помощью АДЭС.

3. Разработан алгоритм оперативных переключений в схеме автономной системы КТЭЦ-2, осуществляющий различные режимы работы АДЭС и позволяющий собирать схемы отражающие режимы работы дизель-генераторов АДЭС, потребителей с.н. энергоблока ПТУ, который рекомендован для исследования пусков энергоблоков ПТУ и был использован при разработке математической модели и проведении исследований на ней.

4. Проведены расчетные исследования на ЭВМ возможности пуска «с нуля» энергоблока ПГУ-450 с использованием аварийной дизельной электростанции при различных способах пуска потребителей с.н., которые показали, что:

-при прямом одновременном пуске потребителей с.н. энергоблока ПГУ при давлении газа, не требующем установку ГДК, снижение напряжения

находилось в допустимых пределах (0, 837 Uhom при пуске АД и 0.86 Uhom при подключении ТПУ), что дает основание считать запуск энергоблока ПГУ успешным;

-при прямом одновременном пуске потребителей с.н. энергоблока ПГУ при давлении газа, требующем установку ГДК, снижение напряжения оказалось равным 0, 68 Uhom, что не обеспечило успешного пуска потребителей энергоблока ПГУ;

- применение метода ступенчатого пуска потребителей с.н. позволило ограничить снижение напряжения до 0.74 Uhom и обеспечило успешный пуск энергоблока ПГУ;

-применение частотного преобразователя для пуска асинхронного двигателя ГДК позволило снизить пусковой ток до 2,92 o.e. и обеспечить успешный пуск энергоблока ПГУ.

5. Разработана методика определения мощности АДЭС обеспечивающей успешный запуск потребителей с.н. при запуске «с нуля» энергоблока ПГУ. Расчётная методика учитывает переходные процессы в дизельном двигателе и синхронном генераторе с автоматической системой возбужденйя при пуске асинхронных двигателей. Расчетными критериями при обеспечении успешного запуска и самозапуска потребителей с.н. принято допустимое минимальное напряжение в цепи АДЭС.

6. Впервые обоснована возможность использования при пуске электростанции с «нуля» режима автоматического выделения собственных нужд электростанции для питания их от генератора ГТУ энергоблока ПГУ. Разработан технологический алгоритм режима выделения с.н. для энергоблока ПГУ-420Т для условий ТЭЦ-26 и проведены экспериментальные и расчётные исследования в условиях действующей ТЭЦ (ТЭЦ-26), которые подтвердили, возможность реализации режима АВСН на ПГУ.

Публикации по теме диссертации.

1. Александров A.C., Жуков В.В., Кузьмичев В.А. «О некоторых проблемах надёжности и живучести электростанций с парогазовыми установками».-Энергетик №12,2012г.

2. Александров A.C., Жуков В.В., Кузьмичев В.А. «Повышение надежности электроснабжения районных тепловых станций с помощью газотурбинных установок».: Промышленная энергетика №3,2013г.

3. Александров A.C., Жуков В.В. Ограничение токов коротких замыканий в сетях высокого напряжения развивающихся энергосистем.: Вестник МЭИ №2,2012г.

4. Александров A.C., Жуков В.В. Применение дизель-генераторной установки в качестве резервного источника питания собственных нужд на ПГУ //

Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тез. докл. XVI междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: В 3-х т. М.: Издательский дом МЭИ, 2010. Т. 3. (автором проведён анализ опыта применения дизель-генераторной (ДГУ) установки на Сочинской ПГУ-ТЭС).

5. Александров A.C., Жуков В.В. Анализ алгоритма пуска ГТУ в послеаварийном режиме // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тез. докл. XVII междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: В 3-х т. М.: Издательский дом МЭИ, 2011. Т. 3. (автором проведен анализа алгоритма запуска газотурбинной установки (ГТУ) мощностью 160 МВт, в результате выделены основные проблемы связанные с пуском ГТУ в автономном режиме и сформулированы необходимые технические требования к ДГУ).

Подписано в печать лоё Зак. ж тир. ЛОР п.л. ¿Хд

Полиграфический центр МЭИ, Красноказарменная ул.,д.13

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ»

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПУСКА ГАЗОТУРБИННЫХ И ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК В АВАРИЙНЫХ УСЛОВИЯХ

Специальность 05.14.02 - электрические станции и электроэнергетические

системы

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Жуков В.В.

Москва 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................... 4

1.ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ УСТАНОВКИ НЕЗАВИСИМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ ДЛЯ ЗАПУСКА ИХ В УСЛОВИЯХ СИСТЕМНОЙ АВАРИИ.......................................................... 27

1.1.Выбор независимого источника энергии для запуска ПГУ «с нуля»................................................................................ 27

1.2. Анализ режима запуска ГТУ (ПГУ) от дизель-генераторной электростанции.................................................................. 32

Выводы........................................................................ 36

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ АВАРИЙНОЙ АВТОНОМНОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ И АЛГОРИТМА ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ ДЛЯ ПУСКА «С НУЛЯ» ЭНЕРГОБЛОКА ПГУ-450Т....................................................... 37

2.1. Объект моделирования................................................... 37

2.2. Описание элементов математической модели.................... 42

2.3. Верификация математической модели............................. 56

2.4. Разработка алгоритма оперативных переключений подключения АДЭС к сети с.н. энергоблока ПГУ-450.................. 60

Выводы............................................................................. 63

3. ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ПУСКА «С НУЛЯ» ЭНЕРГОБЛОКА ПГУ-450Т С ПОМОЩЬЮ АДЭС................................................................................... 65

3.1. Исследование группового запуска потребителей с.н........... 65

3.2. Пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей через преобразователи частоты на тиристорах.................................. 76

3.3. Исследование влияния частотного привода на пусковой ток асинхронного двигателя ГДК.................................................... 79

Выводы............................................................................ 85

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ АДЭС ДЛЯ ПУСКА ПГУ С «НУЛЯ».......................................... 86

4.1. Определение мощности аварийной дизель-генераторной электростанции...................................................................... 86

4.2. Разработка методики расчета снижения напряжения в цепи АДЭС при пуске ПГУ «с нуля»................................................. 87

4.3. Выбор мощности групп потребителей с.н. для обеспечения пуска энергоблока ПГУ-450Т «с нуля»...................................... 102

Выводы............................................................................. 106

5. АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ ПГУ ДЛЯ ПИТАНИЯ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ В УСЛОВИЯХ АВАРИЙ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ................................................ 107

5.1. Основные задачи и обоснование возможности применения автоматического выделения энергоблока ПГУ для питания собственных нужд.................................................................. 107

5.2. Реализация АВСН на энергоблоке ПГУ - 420Т................... 112

5.3 Экспериментальное исследование режима АВСН............... 120

5.4. Оценка возможности реализации АВСН на блоках ПГУ электростанций различной конфигурации................................. 125

Выводы............................................................................. 130

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................... 131

Список литературы................................................................ 133

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ПАРАМЕТРЫ ОСНОВНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ.................................. 139

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ПРИМЕР РАСЧЕТА СНИЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В ЦЕПИ АДЭС ПРИ ПУСКЕ ПГУ «С НУЛЯ»....... 144

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ПРОЕКТЫ ДЕЙСТВУЮЩИХ И СООРУЖАЕМЫХ ТЭС С УСТАНОВКОЙ ПГУ...................................................................................... 149

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 АЛГОРИТМ ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ ПОДКЛЮЧЕНИЯ АДЭС К СЕТИ С.Н. ЭЛЕРГОБЛОКА ПГУ-450....................................................... ic4

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

Современное состояние электроэнергетики РФ с позиций обеспечения надежности электроснабжения показывает, что появляются и нарастают негативные тенденции, которые могут привести к большим проблемам.

Усложнение электрических связей энергосистем, большой парк электротехнического и теплосилового оборудования электростанций, работающего на продлённом ресурсе с устаревшими системами контроля и управления, ввод новых мощностей на базе парогазовых установок зарубежного производства, как правило недостаточно адаптированных к условиям работы в ЕЭС, являются потенциальными причинами возникновения аварийных ситуаций в энергосистемах, приводящих к погашении ТЭС без сохранения с.н. В этих условиях проблема повышения надежности и живучести тепловых электростанций с помощью ПГУ становится весьма актуальной.

Аварии в энергосистемах вследствие дефицита активной и/или реактивной мощности могут приводить к останову генерирующего оборудования электростанций и отключению электростанций от энергосистемы. В случае возникновения в энергосистеме аварийной ситуации вступает в действие системная противоаварийная автоматика (ПА), предназначенная для того, чтобы вернуть энергосистему в нормальное состояние. Если возникший небаланс производимой и потребляемой в энергосистеме мощности оказался больше возможностей аварийного регулирования и параметры частоты или напряжения на шинах собственных нужд (с.н.) электростанции приближаются к значениям, при которых работа её основного оборудования станет невозможной, электростанция должна быть отключена от энергосистемы защитами или оперативным персоналом.

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 [38]. 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. Во всех случаях возникают проблемы запуска электростанции «с нуля».

Такие остановы 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 обеспечение необходимой надежности и живучести электростанции при условии работы в автономном режиме, вызванным отключением электростанции от энергосистемы при возникновении в последней аварийной ситуации. В автономном режиме возрастают требования к обеспечению необходимой маневренности 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 становится центром запуска «с нуля» всей энергосистемы [14,15].

На большинстве ТЭС резервное питание обеспечивается от энергосистемы. В связи с этим, в режимах системных аварий слабым местом становятся системы питания их с.н. Теряя этот источник питания, с.н. теряют

надёжность и, при резких изменениях режима нагрузки, характерных для аварии, часто служат причиной её усугубления.

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 необходимо решить следующие задачи:

1. Обосновать необходимость создания на электростанции с ГТУ и ПТУ независимого источника электроэнергии для электроснабжения потребителей с.н., обеспечивающего режимы аварийного останова, сохранения в работоспособном состоянии и запуска энергоблоков.

2. Разработать математическую модель автономной энергетической системы аварийного пуска «с нуля» электростанции. Система должна включать дизельные двигатели, синхронные генераторы, потребители с.н. в виде асинхронных двигателей и тиристорного пускового устройства. Реализовать на ЭВМ указанную математическую модель для параметров собственных нужд энергоблока ПГУ-450Т, проверив её адекватность реальным условиям.

3. Разработать алгоритм оперативных переключений, обеспечивающий подключение аварийной дизельной электростанции (АДЭС) к системе с.н. блока ПТУ, необходимый для разработки математической модели и исследования режимов АДЭС.

4. Провести с помощью математической модели автономной системы расчетные исследования возможности пуска с «нуля» энергоблока ПГУ-450Т с использованием аварийной дизельной электростанции.

5. Разработать методику определения необходимой мощности генераторов АДЭС обеспечивающих пуск с «нуля» энергоблока ПГУ, оценив погрешность её расчёта.

6. Обосновать 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.

7. Провести экспериментальное исследование на действующей электростанции режима выделения энергоблока ПГУ для питания с.н. электростанции.

8. Разработать 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 Ма^аЬ. 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:

1. 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.

2. 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 ПТУ;

3. Разработана методика определения мощности аварийной дизельной электростанции достаточной для пуска блока ГТГУ «с нуля», базирующаяся на определении допустимого провала напряжения в автономной системе при пуске ПТУ;

4. 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.

1. Предложенные рекомендации по режиму АВСН в настоящее время реализованы в составе комплекса противоаварийной автоматики на блоке ПГУ-410 Т ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго»;

2. Результаты исследований по способам пуска потребителей с.н. блока ПГУ-450 Т с целью их успешного пуска от АДЭС могут быть учтены при наладке оборудования Калининградской ТЭЦ-2.

Публикации. Основные материалы изложены в шести публикациях, в том числе в трёх статьях [41,42,63] в журналах по списку ВАК: «Вестник МЭИ», «Энергетик» и «Промышленная энергетика».

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. 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.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, состоящего из 71 наименования, трёх приложений. Основной текст представлен на 138 страницах и включает 55 рисунков. Общий объём диссертации 163 страниц.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования и раскрыта структура диссертации.

В первой главе проводится анализ современных проблем энергосистемы, связанных с надежностью генерирующих мощностей. Ставится вопрос о пуске ПГУ в случае крупной системной аварии, которая может повлечь за собой посадку станции «на нуль». Для повышения надежности и живучести как самой электростанции так и энергосистемы предлагается разработать специальные меры, которые будут закладываться при проектировании новых блоков ПГУ. Такими мерами может быть использование аварийных независимых источников энергии (НИЭ) для пуска ПГУ.

На большинстве ТЭС резервное питание обеспечивается от энергосистемы. В связи с этим, в режимах системных аварий слабым местом становятся системы питания с.н. Теряя этот источник питания, с.н. теряют надёжность и, при резких изменениях режима нагрузки, характерных для аварии, часто служат причиной её усугубления. Поэтому на случай аварийной потери питания электростанции от энергосистемы, на ней должны быть предусмотрены НИЭ, в функции которых входит:

- безопасный останов отключаемого оборудования ТЭС;

- поддержание остановленного оборудования в состоянии готовности к пуску;

- быстрый пуск и подключение ТЭС к энергосистеме после восстановления режима её работы.

В настоящее время в энергетической отрасли Российской Федерации действуют два Стандарта ОАО «СО ЕЭС», содержащие достаточно подробные требования к противоаварийной автоматике (ПА), и некоторые общие требования к способу сохранения с.н. электростанции при системных авар�