Глава 7 Сеть постоянного тока

Каждая электростанция, электроподстанция и котельная обо­рудуются сетью постоянного тока 220 В, который требуется для следующих целей:

• питания сети аварийного освещения на случай потери собственных источников переменного тока (посадка элек­тростанции «на нуль») и потери связи с внешней сетью;

• аварийного питания особо ответственных механизмов: маслонасосов турбин, отсечных клапанов газопроводов, водородных уплотнений генераторов и др.;

• питания цепей оперативного тока: устройств управления, кон­троля, релейной защиты и автоматики, блокировок и т.д.

На нужды указанных устройств требуется весьма существен­ная мощность, которую автомобильными аккумуляторами или батареями сухих элементов не покрыть. Например, аварийное освещение (на крупной электростанции — это несколько сот мощных ламп) должно функционировать не менее одного часа, в течение которого должна быть восстановлена нормальная схема электроснабжения собственных нужд. Особо ответственные ме­ханизмы должны также работать весь период до восстановления штатной схемы. Что касается оперативного тока, то, несмотря на чрезмерную разветвленность этой сети, расход электроэнергии в ней сравнительно небольшой. Однако, даже секундные перебои в электропитании чреваты серьезными последствиями: нарушения в действиях автоматики и технологических блокировок, лож­ные сигналы и показания приборов, дезориентация персонала и т.д. Поэтому система постоянного оперативного тока находится под многоуровневой защитой от случайностей, в постоянной заряженности по номиналу. Главным источником для этой сети являются стационарные свинцовые аккумуляторные батареи (АБ) типа СК-1, С-1 и др. На крупных ТЭС применяют даже несколько батарей. Все подобные АБ должны эксплуатироваться в режиме постоянного подзаряда. Для этой цели используются мотор-ге­нераторы (агрегаты по генерации постоянного тока с приводом от электромотора) или выпрямительные установки.

 

Силовые выпрямители и инверторы

Для организации параллельной работы разночастотных уст­ройств, а также при взаимопреобразованиях переменного и пос­тоянного тока применяют силовые выпрямители и инверторы. Например, выпрямительные установки большой мощности в комплекте с инверторами используются для параллельной ра­боты двух энергогенерирующих систем с разными частотами (50 и 60 Гц). Схематично это показано на рис. 8.2.

 

Рис. 8.2 Схема перехода сети с 50 Гц на 60 Гц

 

Подобные устройства по совмещению «несовмещающихся» ис­точников могут применяться и в ряде других случаев. Например, для параллельной работы с сетью общего пользования солнечных батарей или батарей топливных элементов, генерирующих пос­тоянный ток, при работе ветроэлектростанций с нестабильными параметрами генерируемого тока (напряжения, частоты) и др.

В перспективе, вероятно, подобные токопреобразовательные установки будут широко использоваться для адаптации элект­рогенерирующих устройств и потребительской аппаратуры при освоении новых форм электрогенерации. В этой связи следует ожидать создания новых нетрадиционных способов не только получения и преобразований электрического тока, но также на­копления-аккумулирования электротока.

 

 

Глава 8

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И АВТОМАТИКА

 

Измерительная аппаратура

Производственные процессы, происходящие в технологичес­ких машинах, аппаратах и коммуникациях, столь же скоротеч­ны, сколько быстры скорости движения энергоносителей. Для электрического тока, как известно, она равна скорости света (т.е. 300 тыс. км/сек), а для пара, горячей воды, газа, мазута и других агентов эти скорости измеряются десятками и сотнями метров в секунду. К тому же все эти среды опасны для человека и окру­жения. По этой причине энергетические процессы чрезвычайно сложны, в оперативном управлении требуют весьма высокой подготовки и выучки персонала, нуждаются в беспрерывном контроле событий.

В целях обеспечения полноты и непрерывности контроля каждое рабочее место (машиниста котла и турбины, дежурного инженера электростанции, дежурного диспетчера электросетей и т.д.) оснащается целым парком измерительных приборов, сиг­нализаторов, технологических блокировок, устройств автомати­ческого управления и телемеханики. Вся эта аппаратура имеет разнообразные принципы действия: показывающие, самозапи­сывающие, сигнализирующие, печатающие, суммирующие и т.д. Большая часть приборов заполняет щиты и пульты управления, другая часть устанавливается непосредственно на отдельных уз­лах оборудования, третья часть относится к переносным, ими пользуется персонал при обходах оборудования, либо при про­изводстве оперативных переключений. На щитах управления, например, котлоагрегата средней мощности функционирует не менее 100 контрольно-измерительных приборов, а на энергоблоке 300 МВт таких устройств несколько тысяч единиц.

Качество измерений или погрешность показаний определя­ется классами точности и обозначается чаще всего в процентах от верхнего показателя шкалы прибора. Если, например, прибор класса 1,5 значит при шкале 400 единиц погрешность может быть в пределах 6 единиц, т.е. от 394 до 406 единиц. Класс прибора показан на его шкале. По классу точности приборы могут быть: технические (рабочие), контрольные (для поверки технических) и образцовые (для поверки контрольных). Приборы проходят систематическую поверку с установленной периодичностью и обязательной пломбировкой. Прибор, не прошедший своевре­менную поверку или с сорванной пломбой, подлежит выведению из употребления, а его показания не подлежат официальному учету. Государственный надзор за состоянием приборного хо­зяйства (метрологический надзор) осуществляют специальные органы метрологии, которые имеются в каждом регионе страны. На энергопредприятиях обслуживание КИП и одновременно местный метрологический контроль осуществляют соответству­ющие службы с лабораторным оснащением.

Приборное хозяйство на электростанциях условно классифи­цируется по следующим категориям:

• теплотехнические измерения;

• электротехнические измерения;

• химические измерения.

Учитывая сложность технологии, быстротечность процессов и опасность для окружающей среды нарушения в работе энерго­установок, каждый энергоагрегат оснащается собственной сис­темой контроля, технологических блокировок, телемеханики и автоматики. Соответственно этому на ТЭС действуют подразде­ления тепловых измерений, электролаборатория и химическая лаборатория. Для поверок технических приборов в них должны быть соответствующие контрольные и образцовые приборы соот­ветствующего класса точности. Такие приборы должны проходить поверку и аттестацию в госконтрольных лабораториях, без чего пользоваться ими неправомерно.

 

8.1.1. Теплотехнические измерения. Приборов, имеющих от­ношение к процессам теплоэнергетики, очень много. Наиболее значимыми в них являются приборы по измерению основных параметров рабочих тел: пара, топочных газов, котловой воды, топлива и др. К таким параметрам относятся: давление (или на­пор), температура, расход (весовой, либо объемный), уровень и др. На шкале рабочих приборов часто указывается красная черта, показывающая предел допустимого повышения или понижения замеряемого параметра (давления, температуры, уровня и т.д.). По достижению предельных величин персонал обязан принимать противоаварийные меры.

Манометры. Приборы, измеряющие давление выше атмос­ферного, называют манометрами или микроманометрами (для малых величин), вакуум измеряется вакуумметрами. Принцип действия и устройство манометров чрезвычайно разнообразны: механические, электронные, ртутные и другие. Различаются ма­нометры:

• по средам, для которых предназначены: газовые, водяные, нефтяные и др.;

• по месту установки: щитовые, дистанционные, переносные;

• по способу передачи показаний: цифровые, звуковые, кон­трольносигнальные, регистрирующие, светосигнальные;

• по конструкции: пружинные (трубчатые, мембранные, сильфонные), поршневые, жидкостные и др.

Термометры. Другим важнейшим параметром, характеризу­ющим состояние оборудования и технологических процессов, является температура. Приборов по измерению температуры на ТЭС насчитывается до десяти тысяч. Так же как и манометры, они бывают:

• щитовые и по месту измеряемых сред;

• показывающие и регистрирующие;

• прямого действия (например, ртутные) и дистанционные, работающие от датчиков (термопар, термосопротивление);

• по принципу действия: газовый термометр, жидкостный термометр, термометр сопротивления и т.д.

Большинство теплообменных аппаратов, насосов, электро­двигателей трубопроводов и другое оборудование имеют специ­альные карманы-штуцеры, куда вставляются переносные термо­метры для контрольных замеров состояния сред, подшипников, охлаждающей (или греющей) воды, пара и т.д.

Расходомеры. Приборы по измерению объемно-весовых ха­рактеристик пара, воды, мазута, газа и т.д. носят обобщенное название — расходомеры. Они бывают прямого действия и с помощью датчиков (расходомерных шайб и дифманометров). Конструктивно по принципу действия расходомеры могут быть: механические, электронные, ультразвуковые, радиоизотопные и т.д. Они также подразделяются на показывающие и регистриру­ющие, автоматические и с сигнальными устройствами и т.д.

Особое внимание на электростанциях и в сетях уделяется приборам коммерческого учета: расход мазута и газа, тепла, тех­нологического пара, горячей и химочищенной воды, возврата конденсата, электрической энергии. По показаниям приборов температуры, давления и расходомера по специальным методи­кам рассчитываются коммерческие величины прихода и расхода определенных ресурсов. Именно эти данные используются для взаиморасчетов и в случаях возникновения претензий между сто­ронами.

Помимо указанных приборов к категории тепловых относятся ряд других приборов оперативного контроля эксплуатационного состояния процессов: уровнемеры (в барабане котла, емкостях и резервуарах), тепломеры, тахометры (скорость вращения энер­гомашин), виброметры, влагомеры и т.д. Многие датчики КИП используются в устройствах автоматики и технологических бло­кировок.

 

8.1.2. Электротехнические измерения. Каждый энергетический объект, связанный с электричеством (электростанция, элект­роподстанция и др.), насыщается большим количеством элек­троизмерительных приборов. К ним относятся: амперметры и миллиамперметры, вольтметры, ваттметры, вольтамперметры, электросчетчики активного и реактивного тока, фазометры, мего­метры, частотомеры, синхроноскопы и др. Ввиду того, что часто величины силы тока и напряжения токопровода не позволяют осуществлять прямые замеры, то в электроустановках применяют измерительные трансформаторы тока и трансформаторы напря­жения. Коэффициент трансформации при этом сообразуется с величинами первичного тока и шкалой измерительного прибора. Электроизмерительные приборы бывают как стационарные (щи­товые), так и переносные, по месту и дистанционные, показыва­ющие и регистрирующие, сигнально-световые, звуковые и др.

Конструкция и принцип работы электроизмерительных при­боров весьма разнообразны. По качественным показателям эти приборы классифицируются как технические, лабораторные и образцовые. Электроизмерительные приборы и их первичные датчики (трансформаторы тока и напряжения) наряду со средс­твами визуального контроля задействованы в схемах релейных защит и электроавтоматики. Приборы, участвующие в измерени­ях коммерческих величин (электроэнергии, мощности, частоты тока, напряжения на потребительских фидерах и т.д.) должны проходить аттестацию и поверку с участием органов метрологи­ческого надзора.

 

8.1.3. Химические измерения. Химической лабораторией ТЭС систематически контролируется ряд показателей технологичес­ких сред пара, питательной воды, добавочной котловой воды, конденсата, турбинных и изоляционных масел, калорийность топлива, химический состав отложений труб котла и проточной части турбин и т.д.

Стационарные приборы на оборудовании химводоочистки (фильтрах, дозиметрах, емкостях, трубопроводах, насосах и др.) практически такие же, как на остальном оборудовании ТЭС, т.е. теплотехнические и электротехнические. Результаты же химана­лизов проб пара, воды, масел, топлива и газов по солесодержанию, химическому составу и др. получают в химлаборатории, пользуясь специальной аппаратурой, растворами и химреактивами. Наряду с приборами там пользуются целым рядом аналитических методик, сравнительных аналогов и образцов. К химическим измерениям относятся измерения солесодержания, кислотности, щелочности, электропроводности, содержания влаги, прозрачности, содержа­ния кислорода и других параметров сред, участвующих в цикле производственных процессов. Показатели химических анализов и измерений систематически передаются на щит управления для руководства и принятия соответствующих мер.