Книга адресована специалистам-гидроэнергетикам, персоналу гаэс, проектировщикам, преподавателям и студентам гидроэнергетических специальностей. Может быть полезна также специалистамэнергетикам

Рис. 24.2. Схема работы обратимого гидроагрегета при потере электропривода:
УВБ – уровень верхнего бьефа; УНБ – уровень нижнего бьефа; НА – направляющий аппарат; НР – насосный режим
вала и скорость потока воды постепенно, но достаточно интенсивно уменьшаются до нулевого значения. Уменьшение расхода воды вызывает отрицательный гидроудар, то есть понижение давления в трубопроводе и последующее за ним повышение давления – возникает затухающий колебательный процесс, сопровождающийся уменьшающимися по величине гидродинамическими и механическими усилиями с переменным направлением.
Снижение скорости потока движущейся по инерции воды на участке напорного трубопровода, расположенном непосредственно за насосотурбиной, вызовет понижение давления. Прямая волна пониженного давления будет распространяться в водоводе длиной L (м) со скоростью С (м/с) по направлению движения воды и за промежуток времени Dt = С/L (с) достигнет свободной поверхности воды в верхнем бассейне, от которой отразится с обратным знаком. Возникшая новая обратная волна повышенного давления начнет распространяться в водоводе в направлении к насосотурбине и за тот же промежуток времени Dt пройдет к насосотурбине с закрытым направляющим аппаратом, от которой отразится, как от глухого конца трубопровода. В напорном трубопроводе появятся чередующиеся понижения и повышения давления, которые имеют затухающий характер, обусловленный вязкостью воды и гидравлическими потерями в проточном тракте насосотурбины.
Рассмотренное явление может иметь место только в обратимых гидроагрегатах с относительно малыми инерционными массами, малым временем закрытия направляющего аппарата и небольши ми размерами рабочего колеса насосотурбины, которое быстро останавливается и оказывает значительное сопротивление движению воды, что приводит к возникновению существенного понижения и последующего повышения давления воды перед насосотурбиной. В обратимых агрегатах со значительными инерционными массами, характерными для Загорской ГАЭС и большинства проектируемых для Европейской части России новых ГАЭС, возникновение таких ударных волн носит более сложный характер, обусловленный более длительным временем закрытия направляющего аппарата, продолжающимся по инерции вращением рабочего колеса насосотурбины и сравнительно быстрым изменением направления потока воды.
Анализ натурных исследований и изучение законов протекания воды через насосотурбину и напорный трубопровод обратимого гидроагрегата показывают, что после аварийного отключения агрегата, работающего на полную производительность в насосном режиме с заданным открытием направляющего аппарата, рабочее колесо, продолжающее по инерции вращаться с уменьшающейся скоростью, в определенный момент времени перестанет подавать воду и под действием статического напора Н_ст начнет пропускать ее в обратном направлении, так как к этому времени сила инерции воды, движущейся в сторону верхнего бьефа, уменьшится до нуля. При дальнейшем уменьшении скорости вращения агрегата расход воды в турбинном направлении под влиянием Н_ст увеличится и достигнет своего максимального значения в тот момент, когда скорость вращения агрегата приблизится к нулю.
После остановки агрегат под действием потока воды снова начнет вращаться, но уже в турбинном направлении, с возрастающей скоростью до достижения угонных оборотов. Расход воды начинает уменьшаться вследствие увеличения гидравлического сопротивления вращающегося колеса. Следует иметь в виду, что максимальные динамические нагрузки и вибрации в агрегате возникают в то время, когда рабочее колесо насосотурбины еще продолжает вращаться в насосном направлении, а вода через нее протекает уже в турбинном направлении, что опасно с точки зрения механических воздействий.
Максимальное колебание давления в напорном трубопроводе насосотурбины вследствие гидроудара зависит от величины гидравлического сопротивления, которое встретит отраженная от поверхности верхнего бьефа волна, достигшая направляющего аппарата и насосотурбины. Это сопротивление, называемое условно «эквивалентным открытием» насосотурбины, может иметь разные величину и характер изменения во времени в зависимости от продолжительности и закона закрытия направляющего аппарата.

296

В случае аварийного отключения обратимого гидроагрегата от сети направляющий аппарат вследствие инерции не сможет сразу закрыться, поэтому характер изменения «эквивалентного открытия» будет определяться механическими и гидравлическими характеристиками агрегата и его напорного трубопровода.
Для уменьшения величины гидравлического удара в обратимых гидроагрегатах в рассматриваемом переходном режиме зарубежные фирмы применяют перепускные трубопроводы со специальными управляемыми клапанами, которые соединяют спиральную камеру насосотурбины с отсасывающей трубой. Функции этих устройств аналогичны функциям холостых выпусков высоконапорных ради- ально-осевых турбин.
Гидромеханические усилия, являющиеся следствием гидроудара при потере привода, вредно действуют на работоспособность как непосредственно агрегата и его напорного трубопровода, так и ГАЭС в целом, что требует применения соответствующих конструктивных решений и оперативных мероприятий для уменьшения их первоначальной величины и сокращения длительности действия. Поэтому к качеству наладки системы регулирования и к соответствию реального закона закрытия направляющего аппарата заводским гарантиям предъявляются особые требования.
Третья особенность пусконаладочных работ касается ГАЭС с искусственным верхним бассейном и приточностью в нижний бассейн и имеет значение только при пуске первого агрегата. Эта особенность обусловлена отсутствием воды в верхнем бьефе к моменту начала пусковых операций.
Можно, конечно, предложить вариант пуска в насосный режим на полную нагрузку обратимого агрегата, вводимого в эксплуатацию первым, без пробных пусков и комплексного опробования. После набора какого-то объема воды в верхнем бассейне можно проводить все требуемые испытания, пробные пуски и комплексное опробование. Но этот вариант неприемлем по следующим причинам:
во-первых, в соответствии с ПТЭ пробные пуски и комплексное
опробование могут производиться только после завершения индивидуальных испытаний; во-вторых, перед пробным пуском должны быть проверены ка-
чество монтажа агрегата и его балансировка путем пуска на ХХ без возбуждения и включения в сеть (пуск «болванкой»). Пуск на полную мощность в насосный режим без проверки балансировки чреват возможными неприятностями; в-третьих, в объем индивидуальных испытаний входит снятие
характеристик ХХ и КЗ ГД, что должно выполняться на вращающейся машине;
в-четвертых, перед пуском агрегата с номинальной нагрузкой в на
сосный или турбинный режим (комплексное опробование) цепи релейной защиты должны быть проверены первичным током КЗ.
При проведении пусконаладочных работ на Загорской ГАЭС для решения указанной проблемы было использовано следующее обстоятельство. Смонтированный напорный трубопровод гидроагрегата перед началом его эксплуатации должен быть подвергнут гидравлическим испытаниям. Для этого насосами (возможно использование штатных насосов техводоснабжения или насосов системы пожаротушения) водовод заполняется до максимально возможной отметки. Затем при закрытом направляющем аппарате определенное время контролируют отсутствие протечек воды, на основании чего делают вывод о качестве монтажа трубопровода.
Объема воды в трубопроводе при условии его максимального заполнения достаточно на 15–20 мин ХХ агрегата или 8–10 мин в турбинном режиме с нагрузкой 15–20 % от номинальной. Следовательно, повторив несколько раз процедуру заполнения напорного трубопровода, можно на ХХ проверить качество балансировки агрегата, снять характеристики ХХ и КЗ, путем включения в сеть и работы в турбинном режиме с нагрузкой около 20 % от номинальной проверить токовые цепи устройств релейной защиты. Вполне возможны затруднения при попытке снятия полных характеристик ХХ и КЗ из-за недостатка времени. Однако для предварительной оценки качества электрической машины достаточно снять 3–4 точки, а полные характеристики снять уже после заполнения верхнего бассейна.
Объем испытаний и характеристик, полученных при заполнении напорного трубопровода насосами, достаточен для перехода к следующему этапу пусконаладочных работ – комплексному опробованию, в том числе и в насосном режиме.