СИСТЕМА АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ ПАРОТУРБИННОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Предлагаемое техническое решение относится к области паротурбинных электростанций и может быть использовано для создания более надежных систем аварийной защиты паротурбинных электростанций при менее сложной технической реализации.
Аналогичные технические решения известны см., например, авторское свидетельство СССР на изобретение №549585, которое содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:
- котел;
- парозапорный орган, подсоединенный своим входом к выходу котла;
- паровую турбину, подсоединенную своим входом к выходу парозапорного органа;
- электрический генератор, сочлененный одним из концов своего вала с соответствующим концом вала паровой турбины;
- блок нагрузки собственных нужд, подсоединенный к выходу электрического генератора;
- энергосистему (нагрузку), подсоединенную через линию электропередачи и трансформатор к выходу электрического генератора;
- датчик аварийной ситуации, подсоединенный своим входом к выходу электрического генератора;
- элемент защиты котла, подсоединенный своим первым выходом к соответствующему входу котла;
- элемент блокировки воздействия защит блока на парозапорный орган, подсоединенный своим выходом к входу парозапорного органа;
- элемент защиты блока, подсоединенный своим выходом к входу элемента блокировки воздействия защит блока на парозапорный орган, своим первым входом ко второму выходу элемента защиты котла и своим вторым входом к выходу датчика аварийной ситуации, также подсоединенного своим выходом ко второму входу элемента блокировки воздействия защит блока на парозапорный орган.
Общими признаками предлагаемого технического решения и выше охарактеризованного технического решения являются:
- система получения пара (котел);
- стопорный клапан (парозапорный орган, подсоединенный своим входом к выходу системы получения пара);
- паровая турбина, подсоединенная своим входом к выходу стопорного клапана;
- электрический генератор, сочлененный одним из концов своего вала с концом вала паровой турбины;
- нагрузку, подсоединенную к выходу электрического генератора;
- датчик аварийной ситуации.
Известно также аналогичное техническое решение, которое выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа) см., патент Российской Федерации на полезную модель №75429, которое содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:
- систему получения пара;
- «N» - стопорных клапанов, подсоединенных своими входами к соответствующим выходам системы получения пара;
- «N» - приводов стопорных клапанов, каждый из которых выполнен в виде цилиндра с крышкой, расположенной на нижнем конце цилиндра, с поршнем со штоком, установленным в верхней части цилиндра, подсоединенного своей внутренней полостью через насос к выходу маслостанции, рычага, шарнирно закрепленного одним своим концом на корпусе электростанции и подсоединенного другим своим концом к концу запорного органа стопорного клапана и своей средней точкой посредством шарнирного соединения на верхнем конце штока и электромагнита, закрепленного верхним концом своего стержня на участке внешней поверхности крышки и подсоединенного выводами своей обмотки, через замкнутые контакты управляемого реле, к выходам высоковольтного источника постоянного напряжения;
- «N» - паровых турбин, подсоединенных своими входами к соответствующим выходам «N» - стопорных клапанов;
- «N» - электрических генераторов, сочлененных одними из концов своих валов с соответствующими концами валов «N» - паровых турбин;
- нагрузку, подсоединенную к выходам «N» - электрических генераторов;
- «N» - датчиков скорости, установленных на соответствующих валах «N» - паровых турбин;
- «N» - датчиков аварийной ситуации, подсоединенных своими входами к выходным шинам линии электропередачи;
- вычислительное устройство, подсоединенное своим первым входом к выходу источника сигнала задания, своими соответствующими входами к соответствующим выходам «N» - датчиков аварийных ситуаций, «N» - датчиков скорости и своими соответствующими выходами к соответствующим входам управляемых ключей исполнительными узлами системы получения пара и системы паротурбинной электростанции.
Общими признаками предлагаемого технического решения и выше охарактеризованного технического решения (прототипа) являются:
- система получения пара;
- как минимум, один стопорный клапан, подсоединенный своим входом к одному из выходов системы получения пара;
- привод, как минимум, одного стопорного клапана, подсоединенный своим выходом к запорному органу, как минимум, одного стопорного клапана;
- высоковольтный источник постоянного напряжения;
- как минимум, одна паровая турбина, подсоединенная своим входом к выходу, как минимум, одного стопорного клапана;
- как минимум, один электрический генератор, сочлененный одним из концов своего вала с концом вала, как минимум, одной паровой турбины;
- нагрузку, подсоединенную к выходу, как минимум, одного электрического генератора:
- как минимум, один датчик скорости, установленный на валу, как минимум, одной паровой турбины;
- вычислительное устройство, подсоединенное своим первым входом к выходу источника сигнала задания и своим вторым и третьим входами к выходам, как минимум, одного датчика.
Технический результат, который невозможно достичь ни одним из выше охарактеризованных известных аналогичных технических решений, заключается в исключении влияния окисления и подгорания электрических контактов управляемых реле, через которые обеспечивалась подача постоянного напряжения на выводы обмоток электромагнитов приводов стопорных клапанов паровых турбин.
Причиной невозможного достижения выше указанного технического результата является то, что вопросам влияния окисления и подгорания электрических контактов управляемы реле, через которые обеспечивается подача постоянного напряжения на выводы обмоток электромагнитов приводов стопорных клапанов, должного внимания не уделялось.
Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений можно сделать вывод, что задача создания средств аварийной защиты паротурбинной электростанций имеющих мгновенную и надежную защиту при менее сложной технической реализации является актуальной на сегодняшний день.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в системе аварийной защиты паротурбинной электростанции, содержащей систему получения пара, как минимум, один стопорный клапан, подсоединенный своим входом к одному из выходов системы получения пара, как минимум, один привод, как минимум, одного стопорного клапана, подсоединенный своим выходом к запорному органу, как минимум, одного стопорного клапана, высоковольтный источник постоянного напряжения, как минимум, одну паровую турбину, подсоединенную своим входом к выходу, как минимум, одного стопорного клапана, как минимум, один электрический генератор, сочлененный одним из концов своего вала с концом вала, как минимум, одной паровой турбины, нагрузку, подсоединенную к выходу, как минимум, одного электрического генератора, как минимум, один датчик скорости, установленный на валу, как минимум, одной паровой турбины и вычислительное устройство, подсоединенное своим первым входом к выходу источника сигнала задания и своим вторым и третьим входами к выходам, как минимум, одного датчика скорости, при этом первый вход, как минимум, одного привода, как минимум, одного стопорного клапана подсоединен к одному из выходов высоковольтного источника постоянного напряжения и второй вход, как минимум, одного привода, как минимум, одного стопорного клапана подсоединен к другому выходу высоковольтного источника постоянного напряжения через высоковольтный управляемый ключ, подсоединенный своим управляющим входом к выходу вычислительного устройства.
Подсоединение первого и второго входов, как минимум, одного привода, как минимум, одного стопорного клапана, как указано выше позволяет при поступлении через, как минимум, один стопорный клапан пара в, как минимум, одну паровую турбину осуществить ее вращение и вращение, как минимум, одного электрического генератора, который выдает в нагрузку переменное напряжение, а при возникновении аварийной ситуации, связанной с отклонением скорости вращения, как минимум, одной паровой турбины от заданного значения скорости вращения с выходов, как минимум, одного датчика скорости на соответствующие входы вычислительного устройства поступает сигнал, в котором этот сигнал обрабатывается и с выхода вычислительного устройства на управляющий вход высоковольтного управляемого ключа поступает управляющий сигнал, который обеспечивает замыкание контактов высоковольтного управляемого ключа, и обеспечивает подачу высокого напряжения на обмотку электромагнита, как минимум, одного привода, как минимум одного стопорного клапана и приводит к срабатыванию электромагнита и к перемещению его сердечника, который убирает крышку и обеспечивает практически мгновенный слив масла из внутренней полости цилиндра, как минимум, одного привода, как минимум, одного стопорного клапана, практически мгновенное перемещение запорного органа, как минимум, одного стопорного клапана и практически мгновенное прерывание подачи пара в, как минимум, одну паровую турбину и ее остановку, обеспечивая, таким образом, ее защиту, при возникновении аварийной ситуации, связанной с отклонением скорости вращения паровой турбины от заданного значения. При этом обмотка электромагнита, как минимум, одного привода, как минимум, одного стопорного клапана получает высокое постоянное напряжение непосредственно и через высоковольтный управляемый ключ с выходов высоковольтного источника постоянного напряжения, а не через электрические контакты управляемого реле, которые в результате длительной эксплуатации окисляются, подгорают и не обеспечивают надежного подключения постоянного напряжения к выводам обмотки электромагнита, как минимум, одного привода, как минимум, одного стопорного клапана. В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.
Предлагаемая система аварийной защиты паротурбинной электростанции поясняется нижеследующим описанием и чертежом, на котором представлена функциональная схема системы аварийной защиты паровой турбинной электростанции.
Предлагаемая система аварийной защиты паротурбинной электростанции содержит:
- систему - 1 получения пара;
- как минимум, один стопорный клапан - 2, подсоединенный своим входом к одному из выходов системы - 1 получения пара;
- как минимум, один привод, как минимум, одного стопорного клапана - 2, выполненный в виде цилиндра - 3 с крышкой - 4, расположенной на нижнем конце цилиндра - 3, с поршнем - 5 со штоком - 6, находящимся под давлением масла в верхней части цилиндра - 3, подсоединенного своей внутренней полостью через насос - 7 к выходу маслостанции - 8, рычага - 9, шарнирно закрепленного одним своим концом - 10 на корпусе (основании) электростанции и шарнирно подсоединенного другим своим концом (выход привода, как минимум, одного стопорного клапана - 2) к концу запорного органа - 11 (как минимум, одного стопорного клапана - 2), находящегося под натяжением пружины - 12 и своей средней точкой - 13 посредством шарнирного соединения (на чертеже не представленного и не обозначенного) на верхнем конце штока - 6 и электромагнита - 14, закрепленного верхним концом своего стержня - 15 на участке внешней поверхности крышки - 4 и подсоединенного своим одним выводом обмотки электромагнита - 14 (первый вход привода, как минимум, одного стопорного клапана - 2) к одному из выходов высоковольтного источника постоянного напряжения - 16 и другим выводом своей обмотки электромагнита - 14 (второй вход привода, как минимум, одного стопорного клапана - 2) к выходу высоковольтного управляемого ключа - 17, подсоединенного своим входом к другому выводу высоковольтного источника постоянного напряжения - 16;
- как минимум, одна паровая турбина - 18, подсоединенная своим входом к выходу, как минимум, одного стопорного клапана - 2;
- как минимум, один электрический генератор - 19, сочлененный одним из концов своего вала с концом вала, как минимум, одной паровой турбины - 18;
- нагрузку - 20, подсоединенную к выходу, как минимум, одного электрического генератора - 19;
- как минимум, один датчик скорости - 21, установленный на валу, как минимум, одной паровой турбины - 18;
- вычислительное устройство - 22, подсоединенное своим первым входом к выходу источника - 23 сигнала задания, своим вторым и третьим входами к выходам датчика скорости - 21 и своим выходом к управляющему входу высоковольтного управляемого ключа - 17.
В качестве высоковольтного управляемого ключа - 17 может быть использовано твердотельное реле SDP4010D фирмы «NORTON ELECTRONIC».
Предлагаемая система аварийной защиты паротурбинной электростанции работает следующим образом.
С выхода системы - 1 получения пара через, как минимум, один стопорный клапан - 2 на вход, как минимум, одной паровой турбины - 18 поступает пар, который приводит во вращение, как минимум, одну паровую турбину - 18 и, как минимум, один электрический генератор - 19, переменное напряжение с которого поступает в нагрузку - 20.
При возникновении аварийной ситуации, связанной с увеличением скорости вращения, как минимум, одной паровой турбины - 18 от заданного значения скорости вращения, с выходов, как минимум, одного датчика - 21 скорости на второй и третий входы вычислительного устройства - 22 поступает сигнал, свидетельствующий о возникновении аварийной ситуации, который в соответствии с программой, записанной в блоке памяти вычислительного устройства - 22 и сигналом задания, поступающим с выхода источника - 23 сигнала задания на первый вход вычислительного устройства - 22, обрабатывается и с выхода вычислительного устройства - 22 на управляющий вход высоковольтного управляемого ключа - 17 поступает сформированный управляющий сигнал, который обеспечивает замыкание контактов высоковольтного управляемого ключа - 17 и обеспечивает мгновенную и надежную (без использования электрических контактов управляемого реле) подачу постоянного напряжения: - с первого выхода высоковольтного источника - 16 постоянного напряжения на первый вход, как минимум, одного привода, как минимум, одного стопорного клапана - 2 и со второго выхода высоковольтного источника - 16 постоянного напряжения на второй вход, как минимум, одного привода, как минимум, одного стопорного клапана - 2.
В результате подачи постоянного напряжения на обмотку электромагнита - 14, как минимум, одного привода, как минимум, одного стопорного клапана - 2, электромагнит - 14 срабатывает и его сердечник - 15 перемещается вниз, увлекая за собой крышку - 4, которая открывает внутреннюю полость цилиндра - 3, и масло, находящееся во внутренней полости цилиндра - 3 практически мгновенно сливается в емкость (емкость и его позиция на чертеже не представлены и не обозначен), а поршень - 5 со штоком - 6 опускается под действием пружины - 12 в низ внутренней полости цилиндра - 3. Одновременно с этим запорный клапан - 11, как минимум, одного стопорного клапана - 2 также опускается вниз и прерывает подачу пара в, как минимум, одну паровую турбину - 18, и она останавливается, в чем и состоит защита паровой турбины - 18 электростанции от преждевременного выхода ее из строя.
Таким образом, предлагаемая система аварийной защиты паротурбинной электростанции, за счет использования высоковольтного управляемого ключа - 17 и исключения использования электрических контактов управляемых реле, обеспечивает при возникновении аварийной ситуации мгновенную и надежную подачу постоянного напряжения на входы, как минимум, одного привода, как минимум, одного стопорного клапана - 2 с выходов высоковольтного источника - 16 постоянного напряжения, который приостанавливает подачу пара в, как минимум, одну паровую турбину - 18, останавливает ее вращение и предотвращает ее преждевременный выход из строя.