40 УДК 621.311 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИМПУЛЬСНОЙ РАЗГРУЗКИ ТУРБИН ЭНЕРГОБЛОКОВ АЭС ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ Асп. ФИЛИПЧИК Ю. Д. Белорусский национальный технический университет Одним из эффективных мероприятий по повышению динамической устойчивости генераторов электростанций является использование импульс- ной разгрузки (ИР) турбин энергоблоков. Она применяется с целью компен- сации избыточной кинетической энергии, приобретенной за время короткого замыкания (КЗ), и заключается в быстром снижении механической мощности турбины с последующим ее плавным восстановлением до заданного значения. ИР инициируется ПА, размещенной на объектах энергосистемы по каналам телемеханики, или устройствами релейной защиты и автоматики (РЗА) электрической станции. Для отработки требуемых законов изменения мощности турбины должны быть сформированы управляющие импульсы тока через электрогидравличе- ский преобразователь (ЭГП) соответствующей амплитуды Аи и длительности Ти. Исследования показали, что при чисто прямоугольном импульсе скорость восстановления нагрузки у современных турбин такова, что могут возникнуть глубокие качания, вызывающие нарушения динамической устойчивости [1]. Избежать этого можно замедлением восстановления мощности турбины пу- тем применения импульса особой формы с медленно (экспоненциально) спа- дающим задним фронтом. Изменяя амплитуду Аи и длительность Ти прямо- угольной части импульса, можно менять глубину и скорость разгрузки турби- ны. В настоящее время в странах, особенно тех, где атомные электростанции (АЭС) составляют значительную часть генерирующих мощностей, ведутся активные исследования по внедрению режима импульсной разгрузки на энер- гоблоках АЭС. Эти энергоблоки обладают практически теми же возможно- стями для противоаварийного управления, что и конденсационные [2]. Также нужно отметить, что разгрузка АЭС, выполняемая путем отключения одного из двух генераторов или закрытием стопорных клапанов одной из двух турбин атомного энергоблока (сброс 50 % мощности реактора), нередко вызывала нарушение технологического процесса и приводила к полной потере энерго- блока [3]. Специалистами «Центратомтехэнерго» выполнены работы по внедрению режима ИР на энергоблоках № 1, 2 и 3 Калининской АЭС и энергоблоках № 1 и 2 Ростовской АЭС. Полномасштабные динамические испытания на энерго- блоке № 3 Калининской АЭС состояли из [2]: – подэтапа освоения 75 % номинальной мощности реакторной установки от номинальной (ИР 30 %); – подэтапа освоения номинальной мощности реакторной установки (ИР 67 %). 41 На основании полученных результатов выполнения ИР параметры, харак- теризующие режим, были аппроксимированы в зависимости от исходного уровня электрической мощности в момент формирования иници- ирующего сигнала в диапазоне мощностей от 30 до 100 % номинальной. Ана- логичные испытания, проведенные на турбинах № 1 и 2 Ростовской АЭС, также подтвердили работоспособность алгоритмов, реализованных в электрогидравлической системе регулирования [2]. На рис. 1 приведены экспериментальные импульсные характеристики не- которых турбин [1–4]. Их анализ показывает, что скорость сброса на- грузки турбин АЭС значительно ниже, чем паровых ТЭС (характеристи- ка 1). Вместе с тем именно скорость и глубина сброса нагрузки при ИР определяют ее эффективность для повышения динамической устойчивости энергоблока. Рис. 1. Импульсные характеристики турбин: 1 – К-300-240 ЛМЗ; 2 – Чернобыльской АЭС; 3 – К-1000-60/1500-2 Калининской АЭС при ИР 50 %; 4 – то же при ИР 67 % Для одного блока АЭС номинальной мощностью 1200 МВт выполнена оценка влияния аварийной разгрузки турбин на повышение динамической устойчивости. В расчетах электромеханических переходных процессов бы- ли использованы характеристики, показанные на рис. 1. В качестве расчетного возмущения принято двухфазное короткое замыкание (КЗ) на землю вблизи шин электростанции с последующим его устранением устройством резервно- го отключения выключателя (УРОВ). Исследования выпол- нялись для двух характерных режимов – зимнего и летнего максимумов. В этих режимах предельное время отключения КЗ протклt при отсутствии ава- рийного управления мощностью турбины соответственно равно 0,284 и 0,273 с. Оценка эффективности ИР как средства для повышения динамиче- ской устойчивости энергоблока АЭС показана в табл. 1. Для режима зимнего максимума нагрузки на рис. 2 приведены расчетные зависимости изменения основных параметров энергоблока в переходном процессе. Из графических зависимостей, представленных на рис. 2, отчетливо видно, что существующее запаздывание в работе ЭГП не позволяет влиять на пло- щадку ускорения, а положительный эффект от ИР достигается только за счет увеличения площадки торможения. На основании этого очевидно влияние момента подачи импульса на ЭГП. В большинстве случаев ИР начинает рабо- тать только при наиболее тяжелых возмущениях, которые способны привести к нарушению динамической устойчивости генератора АЭС. К таким возму- 0,2 0,6 1,0 3,0 5,0 7,0 9,0 11,0 13,0 15,0 17,0 19,0 21,0 0 Рт 1 2 3 4 25,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 23,0 t, с 42 щениям прежде всего относятся КЗ, отключаемые при действии УРОВ, вы- держка времени которого составляет 0,20–0,25 с. Поскольку УРОВ работает крайне редко, принципиально возможно уменьшение данной выдержки вре- мени до 0,10 с исходя из того, что длительность КЗ без отказа выключателя не превышает 0,07 с. При этом запас на подачу сигнала на ЭГП от УРОВ состав- ляет 0,03 с, т. е. 30 %. Таблица 1 Результаты расчета эффективности аварийной разгрузки турбины энергоблока АЭС Время им- пульса на ЭГП, с Название режима Импульсная характе- ристика турбины Сброс нагрузки, % пр откл ,t с tоткл, с tоткл, % 0,2 Зимний максимум К-300/240 70 0,347 0,063 18,2 Чернобыльской АЭС 50 0,301 0,017 5,6 Калининской АЭС 50 0,301 0,017 5,6 Калининской АЭС 67 0,305 0,021 6,9 Летний максимум К-300/240 70 0,330 0,057 17,3 Чернобыльской АЭС 50 0,290 0,017 5,9 Калининской АЭС 50 0,290 0,017 5,9 Калининской АЭС 67 0,295 0,022 7,5 а б 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 t, с 5,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 t, с 5,0 в г 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 t, с 5,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 t, с 5,0 Рис. 2. Зависимости режимных параметров энергоблока АЭС при использовании различных импульсных характеристик турбины: а – К-300/240 (ИР 70 %); б – Чернобыльской АЭС (ИР 50 %); в – Калининской АЭС (ИР 50 %); г – Калининской АЭС (ИР 67 %) В табл. 2 представлены результаты расчета эффективности аварийной раз- грузки турбины энергоблока АЭС при подаче сигнала на разгрузку спустя 0,10 с после начала возмущения. 2100 F, МВт 1500 1200 900 600 300 0 –300 –600 –900 2100 F, МВт 1500 1200 900 600 300 0 –300 –600 –900 2100 F, МВт 1500 1200 900 600 300 0 –300 –600 –900 1800 F, МВт 1200 900 600 300 0 –300 –600 –900 –1200 180 , град 140 120 100 80 60 40 20 0 –20 –40 180 , град 120 90 60 30 0 –30 –60 180 , град 140 120 100 80 60 40 20 0 –20 –40 200 , град 160 140 120 100 80 60 40 20 0 –20 Рг Рт Угол  Рг Рт Угол  Рг Рт Угол  Рг Рт Угол  43 Таблица 2 Результаты расчета эффективности аварийной разгрузки турбины энергоблока АЭС при уменьшении выдержки времени на подачу импульса в ЭГП Время им- пульса на ЭГП, с Название режима Импульсная характе- ристика турбины Сброс нагрузки, % пр откл,t с tоткл, с tоткл, % 0,1 Зимний максимум К-300/240 70 0,405 0,121 42,6 Чернобыльской АЭС 50 0,313 0,029 10,2 Калининской АЭС 50 0,313 0,029 10,2 Калининской АЭС 67 0,318 0,034 12,0 Летний максимум К-300/240 70 0,382 0,164 39,9 Чернобыльской АЭС 50 0,301 0,028 10,3 Калининской АЭС 50 0,301 0,028 10,3 Калининской АЭС 67 0,305 0,032 11,7 Как видно из приведенных результатов расчета, уменьшение выдержки времени на подачу импульса в ЭГП дополнительно увеличивает динамиче- скую устойчивость синхронных генераторов. В Ы В О Д Ы 1. Применение импульсной разгрузки турбин АЭС улучшает динамиче- скую устойчивость энергоблоков АЭС. При использовании эксперименталь- ных импульсных характеристик турбин Чернобыльской и Калининской АЭС динамическая устойчивость увеличивается более чем на 5 %. 2. Наибольший эффект от применения импульсной разгрузки достигается при использовании импульсной характеристики паровой турбины типа К-300/240, при которой динамическая устойчивость энергоблоков АЭС увеличивается на 17,3–18,2 %. 3. Уменьшением времени подачи управляющего сигнала на ЭГП с 0,2 до 0,1 с возможно добиться повышения устойчивости до 10 % для импульсных характеристик энергоблоков АЭС и 39,9–42,6 % – для характеристики турби- ны К-300/240. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. К и р а к о с о в, В. Г. Опыт внедрения устройств аварийного управления мощности па- ровых турбин / В. Г. Киракосов, Я. Н. Лугинский. – М.: Информэнерго, 1985. – 32 с. 2. Л ю л ь ч а к, В. Внедрение режима импульсной разгрузки турбогенераторов на атомных энергоблоках России / В. Люльчак, Я. Солдатов // Росэнергоатом. – 2010. – № 10. – С. 12–15. 3. О п ы т работы энергоблоков АЭС с реакторами РБМК-1000 в режимах импульсной раз- грузки / Э. А. Ляпин [и др.] // Электрические станции. – 1982. – № 10. – С. 7–10. 4. П о р т н о й, М. Г. Управление энергосистемами для обеспечения устойчивости / М. Г. Портной, Р. С. Рабинович. – М.: Энергия, 1978. – 352 с. Представлена кафедрой электрических систем Поступила 16.12.2011