Проблемы ЩКА

 

Щеточно-контактный аппарат занимает первое место по повреждаемости среди узлов турбогенераторов не только в России, но и за рубежом. Это следует из анализа технологических нарушений, связанных с повреждениями турбогенераторов в семилетний период наблюдения, с 1998 по 2003 год. Данный факт подтверждают данные из зарубежных источников.

Все попытки отдельных специалистов найти простое и дешевое решение не приводят к достоверным положительным результатам. Применение разрекламированных щеток с винтовой заделкой поводка (с индексом +) НЕ ОБЕСПЕЧИЛО на ТЭЦ-21 Мосэнерго 100% надежности щеточно-контактных аппаратов, так как на одном из генераторов был зафиксирован случай возникновения кругового огня.

Попытки применения щеток лучших западных производителей также не обеспечивают требуемой надежности работы. На Пермской ГРЭС в мае 2005 года вскоре после установки на турбогенераторе Т3В-800 щеток одного известного зарубежного производителя на щеточно-контактном аппарате возник круговой огонь, и блок был остановлен для замены щеток на отечественные.

Одновременное применение зарубежных щеток со щеткодержателями, оснащенными пружинами постоянного нажатия, также не может быть решением проблемы по той причине, что на западных турбогенераторах проблемы со щеточно-контактными аппаратами являются актуальными.

 

Из перечисленных фактов следует первый и основной вывод: если в течение многих лет одни и те же специалисты не могут найти решения проблемы, значит они «ищут не там, где потеряли, а там, где светло».

 

Основными причинами сложившейся ситуации являются следующие:

  • основные знания об электрофизических процессах, происходящих в скользящем контакте, сформированы на основании экспериментов, проведенных не позже 60-70-х годов прошлого века;
  • исследования процессов в скользящем контакте проводились на лабораторных стендах, на которых невозможно промоделировать не только все условия реальной технической атмосферы машинных залов электростанций, но и разнообразие систем возбуждения и режимов их работы;
  • конструкторы отечественных щеточно-контактных аппаратов не уделяли должного внимания электрическим процессам в щеточно-контактном аппарате, а также анализу физических причин возникновения аварий на ЩКА турбогенераторов;
  • щеточно-контактные аппараты методически и технически полностью выпали из АСУ ТП электростанций, из-за чего практически полностью отсутствует какая-либо техническая информация о динамике процессов, происходящих в ЩКА в условиях эксплуатации. Это не позволяет проводить анализ текущего состояния ЩКА и достоверно прогнозировать его работу.

Комплексное обследование работы щеточно-контактных аппаратов всех турбогенераторов, находящихся в эксплуатации шести атомных станций концерна «Росэнергоатом», проведенное нашими специалистами совместно с ГУП ВЭИ (Москва) в 2004-2006 годах, позволили получить принципиально новые данные о работе щеточно-контактных аппаратов, основанные на результатах инструментальных измерений. Кроме того, был сделан важный вывод о том, что из-за отсутствия достоверной информации, основанной на результатах инструментальных измерений, за годы у многих специалистов сформировался целый ряд заблуждений о процессах, происходящих в щеточно-контактных аппаратах, главным из которых является следующее:

Ток щетки, работающей в составе ансамбля параллельно работающих щеток, пропорционален току ротора, т.е.

где К – постоянная величина, зависящая от сопротивления конкретной щетки.

Как показали современные российские и зарубежные исследования, ток конкретной щетки, работающей в составе щеточно-контактного аппарата, как правило, имеет, по выражению зарубежных исследователей, «крайне нестабильный характер». Т.е. кратковременное сопротивление конкретной щетки (включая сопротивление скользящего контакта) имеет нелинейный характер и зависит от множества внешних факторов.

Существуют два принципиальных пути решения проблемы обеспечения стабильного тока в скользящем контакте каждой щетки и равномерного токораспределения между щетками.

Первый: в лабораторных условиях, в климатической камере, исследовать работу щеточно-контактного аппарата и определить оптимальные режимы. На основе полученных данных разработать серийный щеточно-контактный аппарат, помещенный в герметичный кожух с технической атмосферой, обеспечивающей оптимальные условия для стабильной работы скользящего контакта. При этом щеточно-контактный аппарат может быть практически необслуживаемым (за исключением процедуры замены щеток из-за естественного износа).

Ведущие мировые производители турбогенераторов (Siemens-Westinghouse, Alstom, Toshiba) оснащают все новые турбогенераторы мощностью выше 300МВт системами возбуждения с щеточно-контактными аппаратами. При этом щеточно-контактные аппараты выполнены герметичными, с контролируемой и регулируемой технической атмосферой. Состав технической атмосферы, влажность и температурный режим обеспечивают оптимальную и надежную работу скользящего контакта щеток. Подобные конструкции создаются на основе комплекса специальных исследований. Техническая информация о подобных исследованиях, а также о системе обеспечения технической атмосферы щеточно-контактных аппаратов является собственностью фирм и не публикуется в открытых источниках. Посещения техническими специалистами станций с новыми генераторами информационно ограничены рамками рекламных проспектов.

В настоящее время на АО «Электросила» начались работы по разработке нового щеточно-контактного аппарата с системой вентиляции, оснащенной системой фильтрации воздуха и кондиционированием. Следует отметить, что достоверной информацией об оптимальных режимах работы щеток конструкторы на сегодняшний день пока не располагают.

Разработка новой конструкции герметичного щеточно-контактного аппарата является принципиальным решением, но требует больших материальных затрат и времени. Поэтому этот подход в первую очередь ориентирован на вновь создаваемые турбогенераторы.

Второй путь ориентирован на работающие турбогенераторы, оснащенные обслуживаемыми щеточно-контактными аппаратами.

Данный путь в свою очередь имеет две части – техническую и организационно-методическую.

Техническая часть заключается в оснащении щеточно-контактного аппарата комплексом датчиков, позволяющих получать оперативную и достоверную информацию о стабильности тока каждой щетки и распределении тока ротора между щетками контактного аппарата.

Организационно-методическая часть заключается в принципиальном изменении общего отношения к диагностике ЩКА. Необходимо основать обслуживание ЩКА на результатах инструментального контроля с элементами обратной связи. Подбор типа щеток, их количества, подбор усилия нажатия и другие мероприятия должны проводиться с целью улучшения стабильности скользящего контакта и равномерности токораспределения. Диагностика ЩКА должна стать неотъемлемым средством обслуживания ЩКА.

Так как разработка автоматизированной системы диагностики щеточно-контактного аппарата в большой степени зависит от возможностей современной микропроцессорной техники, доступность которой стала одинаковой во всем мире, можно предположить, что в ближайшие годы автоматизированные системы диагностики получат широкое распространение и будут адаптированы в уже имеющиеся АСУ ТП станций.

В качестве зарубежного примера можно привести установку систем оnline-мониторинга распределения токов между отдельными щетками щеточно-контактных аппаратов на двух турбогенераторах АЭС «Темелин» (Чехия). Следует обратить внимание, что системы были установлены практически сразу на двух блоках станции (18.7.2005, 9.10.2005), не дожидаясь результатов опытной эксплуатации головного образца. Это объясняется очевидной полезностью данных систем.

Автоматизированная система мониторинга щеточно-контактного аппарата (АСМ ЩКА), разработанная и изготовленная нашими специалистами, обеспечивает обслуживающий персонал всей необходимой оперативной информацией как о работе всего щеточного аппарата в целом, так и о работе каждой щетки. Подробнее об АСМ ЩКА читайте в соответствующем разделе.