Эксплуатация электрических систем - Аварии и блокировки от неправильных действий персонала на электростанциях

При неблагоприятном стечении обстоятельств на электростанциях возможны тяжелые аварии, приводящие к нарушению их функционирования, а также повреждению дорогостоящего энергетического оборудования, что вызывает большой ущерб в народном хозяйстве.  Подобные аварии возникают в результате взаимосвязанных технических причин в сочетании с неправильными действиями персонала. Чтобы избежать этого, важно оценить неправильные действия персонала. Подход к оценке может быть двояким.
В первом случае предполагают, что наличие инструкций, хорошо поставленного обучения и высокой трудовой дисциплины исключает возможность неправильных действий. Разумеется, это важные факторы, необходимые и обязательные для высокого уровня эксплуатации.
Ориентация на то, что персонал должен справляться с любыми трудностями, включая и свойственные скорее машинному, чем человеческому действию — «удобна». В этом случае можно не думать о радикальных решениях, однако такой подход в известной мере рискован. В острых аварийных ситуациях невозможно полностью запрограммировать все действия. Здесь помимо хороших знаний и выучки, большую роль играет интуиция, находчивость, умение быстро ориентироваться — качества в разной мере присущие людям, что является основанием для другого подхода.
Таким образом, во втором случае предполагается,  что если в определенной опасной ситуации возможны типичные неправильные действия оператора, то обязательно кто-нибудь, где-нибудь эту ошибку допустит. Поэтому исключительно важной является проблема взаимодействия персонала с техническими системами, которая в зависимости от тяжести последствий ошибочных действий может решаться по-разному.
Если тяжесть последствий невелика, то решение задач можно искать в нерадикальной области: улучшения инструкций, обучения, средств сигнализации, снижения размерности задач до уровней, обеспечивающих нормальную работу персонала. Эти средства обеспечивают единство понижения нежелательных эмоциональных нагрузок и повышения уровня эксплуатации технических систем.
Использование действий персонала в качестве основных или резервных связано с предоставлением ему при помощи технических средств информации о ситуации. Дело в том, что ситуация, складывающаяся в аварийных условиях, обычно противоречит сложившейся у персонала стереотипной реакции на похожие события, возникающие в нормальных условиях. Поэтому информацию об исключительности ситуации нужно подать в четком и недвусмысленном виде.
Решение задач управления, связанных с возможностью возникновения тяжелых аварий, требует формализации задач, возможной только в результате тщательного выявления и классификации аварий- В настоящее время известны некоторые такие аварии, однако их поиск необходимо продолжить.
Если последствия могут оказаться тяжелыми и необратимыми, то необходимо искать радикальное решение, заключающееся в создании условий, при которых опасная ошибка не сможет произойти. Обычно для этого необходимо перевести управление в область автоматического.  В случае сохранения для каких-либо целей действий персонала необходимо предусмотреть блокировку от неправильных действий. Эту блокировку можно осуществить так, чтобы неправильные в данном случае действия не выполнялись и сопровождались появлением сигнала. После этого персонал должен иметь возможность деблокировки цепи управления, но уже для осознанного и продуманного действия.
Выявленные в настоящее время опасные ситуации можно отнести к обесточению собственных нужд электростанций и случаям, приводящим к тяжелым повреждениям основного оборудования.
Нарушение функционирования собственных нужд электростанций возможно в случаях:
отключения основного источника питания при отсутствии резервного;
снижения частоты до уровня, вызывающего отказ насосов, работающих на противодавление.
Приведем известные аварийные ситуации, требующие блокировки от неправильных действий персонала.
Если отделение электростанции от ЭС произошло в сети, то персонал может об этом не знать. Оно может сопровождаться снижением нагрузки электростанции. В нормальных режимах при снижении нагрузки персонал восстанавливает ее путем изменения уставки регуляторов частоты вращения. Естественно, что это действие, превратившееся в стереотипную реакцию, проявится и на этот раз. Однако если в нормальном режиме это приводит к восстановлению мощности при неизменной частоте, то в данном случае это приведет к росту частоты при практически неизменной нагрузке. В связи с тем, что частота в нормальном режиме изменяется незначительно, персонал не заостряет на ней внимания (частота в этих условиях плохо различимый параметр), попытки восстановить мощность электростанции продолжаются до достижения частотой значения f= l,lfhom и срабатывания автоматов безопасности турбин. При этом собственные нужды будут питаться от агрегатов, переведенных. в режим выбега и в итоге окажутся обесточенными, а электростанция — остановится.
Во избежание подобной аварии необходимо дать сигнал персоналу о недопустимом повышении частоты в виде хорошо заметного транспаранта.
Управляющее воздействие на изменение уставки регуляторов частоты вращения турбин в сторону «выше» должно проходить через элемент контроля увеличения частоты, исключающего возможность изменения уставки в опасном направлении при повышенной частоте. Одновременно должен предусматриваться ключ для шунтирования устройства контроля частоты в целях проведения испытания автомата безопасности.
Большое снижение частоты (см. § 8.1) может привести к отказу насосов, работающих на противодавление, и, следовательно, равносильно обесточению питательных насосов.
Большое снижение частоты сопровождается полным открытием регулирующих клапанов турбины и использованием аккумулирующих способностей котлов. При резком повышении нагрузки турбогенераторов персонал стремится их разгрузить, воздействуя на уставки регуляторов частоты вращения или даже на ограничители открытия регулирующих клапанов. Это может привести к дополнительному снижению частоты и нарушению функционирования собственных нужд на всех электростанциях, оказавшихся в отделившейся дефицитной части ЭЭС.
Известны случаи, когда турбогенераторы, на регуляторах частоты вращения которых были предварительно установлены ограничители открытия регулирующих клапанов, затем, при снизившейся частоте, выделялись на собственные нужды с нагрузкой, которой соответствовало требуемое количество пара, превышавшее пропускную способность, соответствующую положению ограничителя. При этом агрегаты быстро тормозились, а собственные нужды обесточивались. Поэтому у персонала должно быть четкое представление о событии. Информация о большом снижении частоты должна фиксироваться специальным сигналом на хорошо видимом транспаранте.
Персонал должен знать, что упомянутые выше действия, соответствующие стереотипу, сложившемуся в нормальных режимах, недопустимы так как ухудшают положение. Воздействие на уставку регуляторов частоты вращения в сторону «меньше» можно блокировать по признаку снижения частоты.
Автоматическое частотное выделение (см. § 8.1) действует в случаях, когда авария тяжелее расчетной и установившаяся в ее процессе частота ниже и длительнее, чем при безопасных значениях. Действия персонала в данном случае являются резервными.
3. Опасность для собственных нужд возникает и при их питании от турбогенератора в режиме его выбега. Это возможно при срабатывании автомата безопасности и закрытии стопорного клапана. В данном случае прекращается поступление пара в турбину, вращение агрегата продолжается благодаря переходу генератора в режим двигателя за счет активной мощности, потребляемой им из сети.
В нормальном режиме температура внутренних поверхностей турбины соответствует температуре пара. В беспаровом режиме теплота, появляющаяся в результате вентиляционных потерь, из цилиндров не отводится, поэтому температура (особенно последних ступеней) может достигнуть значений, опасных для механической прочности лопаточного аппарата. Длительность беспарового режима ограничивается несколькими минутами, после чего выключатель генератора отключается, переводя турбогенератор в режим выбега.
В этом случае сохраняется питание собственных нужд от генератора, напряжение которого поддерживается с помощью АРВ, а  частота снижается (см. рис. 8.6), достигая критического значения быстрее, чем уменьшается напряжение (до уровня, обеспечивающего перевод питания собственных нужд на резервный источник в результате срабатывания АВР, реагирующего на исчезновение напряжения).
На ТЭС нет надобности в питании собственных нужд от выбегающих генераторов. В этом случае целесообразно отключить присоединение собственных нужд от основного источника по признаку закрытия стопорного клапана, о чем можно судить по положению его блок-контакта. Напряжение на шинах собственных нужд при этом исчезает и создаются условия для своевременного срабатывания АВР. Для своевременного отключения присоединения собственных нужд можно использовать и реле частоты.
На АЭС, где кратковременное питание части собственных нужд от выбегающих генераторов предусматривается, для этого применяются преобразователи частоты, поддерживающие при изменении входной частоты до /=0,6 /Ном, нормальную частоту на выходе, и необходимый комплекс средств автоматического перевода собственных нужд на питание от резервных источников и дизель-генераторов.
Разрушение турбогенераторов возможно в случаях, когда частота вращения превышает 1,1иНом и приводит к поломкам лопаточного аппарата турбины. Нарушение центровки вращающихся масс вызывает сильные вибрации, увеличивающие размеры разрушения и приводящие в итоге к разрушению подшипников и конструктивных креплений (см. § 8.1) и выбросам агрегата, сопровождающимся пожарами и несчастными случаями.
Приведем известные аварийные ситуации, требующие блокировки от неправильных действий персонала.
1. В процессе каких-то ремонтов в стопорный клапан попадает посторонний предмет (например, металл от сварки), препятствующий его плотному закрытию. Несмотря на то, что автоматы безопасности проверяются раз в месяц, такое может случиться.
В этом случае стопорный клапан, закрывшись, пропускает немного пара в турбину. Для персонала это, явившись неожиданностью, оказывается «плохо различимым признаком». Действуя по инструкции, спустя незначительное время, персонал отключает выключатель генератора, после чего поступающего в турбину пара оказывается достаточно для достижения опасной частоты вращения.
Признаком неплотного закрытия стопорного клапана до отключения выключателя является сохранение небольшого потока активной мощности от генератора в сеть, который можно обнаружить, например, чувствительным реле направления мощности (с его помощью блокируется цепь отключения выключателя).
Во время испытаний стопорного клапана о его исправности судят по незначительным изменениям показаний ваттметров. Наличие индикатора плотности закрытия позволяет повысить точность самих испытаний.
2. Известно, что при сбросе нагрузки гидрогенераторами кратковременно их частота вращения достигает значения 1,ЗпНОм. Гидрогенераторы являются многополюсными и, следовательно, тихоходными машинами. Подобное повышение частоты вращения для них безопасно. Однако если параллельно с ГЭС, сбросившей нагрузку, работают небольшие ТЭС, то частота вращения синхронно работающих турбогенераторов также повышается до этого значения.
Срабатывание автоматов безопасности не снижает частоту вращения, поддерживаемой частотой сети, а лишь переводит турбины в беспаровой режим, который из-за вентиляционных потерь может ускорить повреждение.
Единственным способом предохранения ТЭС от этого является их отделение от ГЭС по признаку повышения частоты, для чего на них предусматриваются частотные устройства деления.
Целесообразно применение и других блокировок от неправильных действий персонала, например, от несинхронного включения генераторов и др.
Дальнейшее выяснение случаев, приводящих к тяжелым последствиям на электростанциях и требующих средств автоматического управления или блокировок от неправильных действий персонала, позволит окончательно их исключить. На АЭС должна применяться система взаимодействия автоматики и персонала, полностью исключающая возможность аварий, опасных для среды, персонала и оборудования.