Автоматические тепловые защиты и технологическая сигнализация.
Назначение автоматических тепловых защит.
Устройства защиты устанавливаются для контроля наиболее ответственных параметров, чрезмерное отклонение которых от заданных значений ведет к нарушению нормального технологического процесса и повреждению оборудования. Наличие тепловых защит существенно повышает надежность агрегатов тепловой части ТЭС. Действие тепловой защиты, как правило ,увязывается с работой логических схем управления, которые включают-отключают электрические пусковые устройства электрической блокировки к останову дутьевых вентиляторов и топливоподающих устройств. По степени воздействия, на защищаемые устройства, защитные установки (ЗУ) разделяются на основные (главные) и местные (локальные). К основным относятся ЗУ , срабатывание которых приводит к останову котла или энергетического блока в целом или к глубокому снижению их нагрузки. Местные защиты предотвращают развитие аварии без останова основных агрегатов.
Основное требование к ЗУ – надежность, поэтому логические схемы защит составляются так, чтобы вероятность их ложного действия или отказа была близка к нулю. Рассмотрим несколько примеров.
1. Простейший случай – один датчик. Он устанавливается в ЗУ локального назначения, направленных на предотвращение аварий, ложное срабатывание которых не повлечет за собой останова оборудования снижения его нагрузки. Например, включение резервных механизмов в параллель с работающими ; подсветка факела путем включения дополнительных горелок, работающих на легковоспламеняющихся топливах.
2. Два датчика с одинаковыми уставками , контакты которых включаются в параллель друг другу , в соответствии с логической функцией ИЛИ. Применяются для оборудования, требующего повышенной надежности от ЗУ. Например ЗУ, воздействующие на открытие клапанов при повышении давления на выходе котла.
3. Два датчика с одинаковыми уставками, контакты которых соединены по схеме И. Применяются в ЗУ для уменьшения вероятности их ложного срабатывания. Например, в случаях, когда защита воздействует на снижение нагрузки или приводит к останову основного оборудования, а ее датчики не обладают достаточной надежностью.
4. Два датчика с разными уставками . Оба контактных устройства включаются по схеме И (последовательно). Применяются в двухступенчатых ЗУ. При этом контактное устройство первого датчика настраивается на срабатывание при достижении параметров первой аварийной установки, при которой осуществляются локальные операции. Контактное устройство второго датчика настраивается на вторую аварийную уставку, превышающую первую. Тогда срабатывание ЗУ на останов совершится только при замыкании обоих контактов второго датчика.
14-2
5. Три датчика содинаковыми уставками , контакты которых соединены последовательно – параллельно и реализуют логическую функцию «два из трех».
Схема повышает надежность вариантов 2,3,4, однако требует большего количества приборов.
7.1. Назначение автоматических защит
Наряду с сигнализацией параметров, чрезмерное отклонение которых от установленного значения влечет нарушение технологического процесса, в составе АСУ ТП ТЭС предусматривают автоматические системы защиты теплового оборудования от повреждений.
Автоматические системы защиты, обслуживающие тепловую часть электрической станции, называют тепловыми защитами (ТЗ). Устройства ТЗ должны быть в постоянной готовности, но срабатывать только в том случае, когда возможности автоматического или дистанционного управления по предотвращению отклонений параметров от установленных значений исчерпаны, а оператор не может вовремя на это реагировать.
Следовательно, ТЗ призваны воздействовать на объект управления лишь в исключительных случаях: в предаварийном (аварийном) положении или при резких и глубоких сбросах тепловой или электрической нагрузки.
По степени воздействия на защищаемые установки ТЗ разделяют на главные и локальные. К главным относят ТЗ, срабатывание которых приводит к останову котла, турбины, энергоблока в целом или к глубокому снижению их нагрузки. Локальные защиты предотвращают развитие аварии без останова основных агрегатов и снижения нагрузки. Чаще всего ТЗ служат для предотвращения аварии оборудования при отклонениях параметров за допустимые пределы. Воздействие защит связано с открытием (закрытием) запорных органов, остановом основного или вспомогательного оборудования или включением его резерва.
Простейшим примером ТЗ служит предохранительный клапан с уравновешивающим грузом или гидрозатвор, устанавливаемые по правилам котлонадзора на всех сосудах, находящихся под избыточным давлением [15].
Большинство современных защитных устройств па ТЭС — автоматические системы, состоящие из отдельных связанных между собой элементов: первичных измерительных преобразователей, снабженных электрическими контактами (датчиками), промежуточных реле, усилителей и коммутирующих устройств для исполнительных механизмов или электроприводов. Действие ТЗ часто увязывают с работой электроблокировочных устройств, позволяющих включать или отключать электрические приводы вспомогательных агрегатов только в определенной последовательности — «по цепочке». Например, аварийный останов дымососов котла приводит через устройства электроблокировки к останову дутьевых вентиляторов и топливоподающих устройств [12, 22].
Основным режимом работы ТЭС (АЭС) является режим нормальной эксплуатации, при котором управление основными агрегатами энергоблока осуществляется подсистемой автоматического регулирования, обеспечивающей поддержание требуемой нагрузки и заданных значений основных параметров технологического процесса. Оперативный персонал в этом режиме в основном наблюдает за работой оборудования и при необходимости вносит соответствующие коррективы.
В режимах пуска и останова блока управление осуществляется оператором и автоматикой функциональных групп. Однако в процессе эксплуатации могут возникнуть такие случаи, когда нормальная работа энергоблока и его агрегатов нарушается. Причинами таких нарушений могут быть: выход из строя отдельных агрегатов, глубокие изменения нагрузки, неисправности отдельных
устройств, ошибочные действия персонала и др. В таких ситуациях необходимо произвести переключения в технологической схеме, включить резервное оборудование, отключить некоторые агрегаты. Своевременное выполнение этих операций сопряжено со значительными трудностями и вероятностью ошибочных действий. Поэтому управление оборудованием в таких ситуациях поручается автоматическим устройствам — технологическим защитам (ТЗ) и блокировкам.
На АЭС технологические защиты предназначены для предотвращения ядерно-опасных ситуаций, развития аварий и повреждения оборудования.
Технологические блокировки предназначены для обеспечения нормального функционирования оборудования при изменении режима работы или возникновении локальных нарушений в работе оборудования путем включения резервных вспомогательных механизмов либо обеспечением заданной последовательности переключений в процессе управления (с целью упрощения управления и предотвращения ошибок).
ТЗ являются последней ступенью автоматического управления оборудованием и вступают в работу, когда другие средства (авторегулировання и блокировок) не справились с поддержанием заданного режима работы энергоблока.
Общие требования к системам ТЗ и блокировки
Системы ТЗ должны быть в постоянной готовности, но срабатывать только при возникновении ситуаций, нарушающих нормальный режим работы. Поэтому важнейшее требование к ТЗ — надежность действия. При этом надежность ТЗ определяется числом отказов в своевременном срабатывании. количеством ложных срабатываний и живучестью системы (способностью выполнять свои функции при авариях, пожарах в помещении и др.).
На надежность ТЗ и блокировок, т.е. ее работоспособность, влияют факторы
технические (аппаратурные):
- надежность приборов;
- надежность структуры;
- контроль исправности;
- помехоустойчивость аппаратуры.
эксплуатационные:
- операторы;
- ремонтный персонал;
- профилактические осмотры;
- окружающие условия.
В случае отказа системы при возникновении аварийной ситуации система не способна выполнить функцию защиты. При этом требуется срабатывание «следующей» защиты. Ложное срабатывание при отсутствии аварийной ситуации приводит к останову оборудования и снижению эффективности его использования.
По характеру возникновения отказы делятся на постоянные и внезапные.
Постоянные — старение, износ элементов (механических).
Внезапные — возникают случайно в виде резких изменений свойств элементов.
По легкости обнаружения отказы делятся на явные и неявные. Явные легко обнаруживаются путем сравнения показаний двух одинаковых каналов, при этом появляются ложные сигналы при отсутствии полезной информации.
Неявные сигналы не формируют ложных сигналов, но они не пропускают и полезных, поэтому они опаснее явных.
По взаимному влиянию отказов друг на друга они делятся на независимые и зависимые (из-за отказа смежного элемента).
Под помехой понимают появление ложного сигнала наряду с полезным в канале обработки информации. Причина: электромагнитные или электрические наводки, некачественно выполненное заземление, временное исчезновение питания, флуктуации полезного сигнала. Последствие помех — ложное срабатывание. Такие сигналы довольно часто встречаются в стрелочных маслоуказателях.
Действие ТЗ на оборудование при их срабатывании должно быть односторонним. Перевод всех агрегатов и устройств в состояние, которое они имели перед действием защиты, должно производиться персоналом после устранения причин, вызвавших срабатывание. Это позволяет предотвратить повторное включение оборудования в результате того, что после срабатывания защиты может исчезнуть причина, вызвавшая её срабатывание (повторное включение неисправного оборудования может усугубить аварийную ситуацию). Исключение составляет срабатывание аварийных клапанов при повышении давления, которые должны «садиться» при снижении давления ниже уставки срабатывания (открытое состояние клапана приводит к быстрому и глубокому снижению давления теплоносителя с последующими технологическими последствиями).
При одновременном срабатывании различных защит должны выполняться только те операции, которые предусмотрены защитой, вызывающей наибольшую степень разгрузки. Это исключает возможность подачи противоречивых команд.
Действие защиты должно осуществляться до полного выполнения самой длительной операции. Это исключает ошибочные операции персонала в случае его Вмешательства в работу защит.
Должен выполняться приоритет действия защит по отношению к действиям персонала, т.е. при одновременной подаче команд должна выполняться команда защиты.
Действие защиты должно сопровождаться звуковой и световой сигнализацией с указанием действия (останов и др.) и причины срабатывания защиты.
В системах ТЗ предусматривается сигнализация первопричины срабатывания защиты. При этом фиксируется первый сигнал, он отображается на световом табло и блокируется работа устройств сигнализации от вторичных сигналов. Это позволяет оперативному персоналу определять первопричину срабатывания защиты с целью скорейшего нахождения и устранения неисправности.
В системах ТЗ предусматривается возможность отключения защит при пусках и остановах блока, поскольку в этих режимах многие параметры выходят за пределы аварийных уставок. Применяются схемы как ручного, так и аварийного отключения защит. Для ручного управления на БЩУ устанавливается переключатель с тремя фиксированными положениями: «включено», «отключено» и «переведено на сигнал». В последнем положении исполнительные устройства защит отключены, но сигнализация сохраняется.
Устройства ТЗ при нормальной работе энергоблока находятся в бездействии. Поэтому неисправность в их цепях может долгое время оставаться незамеченной и проявить себя отказом при появлении аварийной ситуации. Для снижения вероятности таких скрытых отказов при проектировании систем ТЗ предусматривается возможность проверки (опробования) системы. Проверка осуществляется путем подачи сигнала, имитирующего импульс на срабатывание ТЗ (отклонение параметра или установка оборудования или механизма в необходимое положение). При этом выход цепей блокируется или отключается от исполнительного устройства. В некоторых случаях возможна проверка всей цепи, вплоть до исполнительного устройства, если его срабатывание не вызывает останов блока (например, предохранительные клапаны). В полном объеме проверка ТЗ проводится после ППР.