СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАЗОГРЕВОМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2002 года по МПК G21C7/36 

Изобретение относится к области управления энергетическими установками тепловых электростанций и станций теплоснабжения с любым видом горючего, в том числе ядерного горючего, и может быть использовано в системах разогрева энергетических установок с принудительной и естественной циркуляцией теплоносителя.

Известны способы управления разогревом энергетической установки с заданной скоростью изменения температуры теплоносителя путем изменения мощности установки регулятором по сигналу управления, пропорционального разности измеренной и заданной мощности и сигнала разности измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя [Африкантов И.И. Судовые атомные паропроизводящие установки. Изд. "Судостроение", Л., 1965, стр.239 и 246].

Недостатком известных способов является слабая устойчивость при возникновении возмущений в системе регулирования по мощности, расходу или циркуляции теплоносителя.

Наиболее близким по технической сущности является способ управления разогревом энергетической установки с заданной скоростью изменения температуры теплоносителя путем изменения мощности установки регулятором по сигналу управления, пропорционального разности измеренной и заданной мощности и сигнала разности измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя [Африкантов И.И. Судовые атомные паропроизводящие установки. Изд. "Судостроение", Л., 1965, стр.246].

Недостатком известного способа является слабая устойчивость системы управления при возникновении возмущений по мощности, расходу или циркуляции теплоносителя из-за наличия запаздывания в канале регулирования, обусловленного наличием постоянных времени в цепях измерения скорости изменения температуры и транспортного запаздывания в контуре теплоносителя.

Задачей изобретения является повышение устойчивости системы управления.

Поставленная задача решается тем, что в способе управления разогревом энергетической установки с заданной скоростью изменения температуры теплоносителя путем изменения мощности установки регулятором по сигналу управления, пропорционального разности сигналов измеренной мощности и заданной мощности, при этом формируют разность сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя, дополнительно устанавливают заданную мощность, равной мощности разогрева, обеспечивающей заданную скорость разогрева, интегрируют разность сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя и осуществляют управление регулятором разогрева по сумме сигнала управления с сигналом результата интегрирования.

Включение разогрева энергетической установки осуществляют при достижении измеренной мощностью заданной мощности разогрева, значение которой определяют по значению мощности, при которой скорость увеличения температуры достигает заданного значения.

Кроме того, измеряют кратность циркуляции теплоносителя и в соответствии с ее значением устанавливают коэффициент усиления интегрирования.

Кроме того, при изменении отбора мощности, например, изменении расхода теплоносителя, переключении секций парогенератора, формируют сигнал, пропорциональный изменению отбора мощности и суммируют его с сигналом управления.

Кроме того, при изменении давления в процессе разогрева энергетической установки с кипящим теплоносителем измеряют давление теплоносителя и формируют сигнал скорости изменения давления, который суммируют с сигналом скорости изменения температуры.

Кроме того, вводят сигнал остановки разогрева по температуре, который вычитают из сигнала измеренной температуры, результат превышения сигнала измеренной температуры над сигналом остановки разогрева алгебраически суммируют с разностью сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя.

Кроме того, вводят сигнал остановки разогрева по давлению, который вычитают из сигнала измеренного давления, результат превышения сигнала измеренного давления над сигналом остановки разогрева алгебраически суммируют с разностью сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя.

Кроме того, в режиме остановки разогрева алгебраическую разность между сигналом остановки разогрева и сигналом измеренной температуры или сигналом измеренного давления ограничивают до значения, равного сигналу заданной скорости изменения температуры, и результат ограничения используют в качестве сигнала заданной скорости изменения температуры.

Кроме того, в процессе разогрева корректируют по сигналу измеренной температуры сигнал измеренной скорости изменения температуры или сигнал заданной мощности разогрева.

Кроме того, формируют сигнал остановки разогрева, при достижении значения которого сигналом измеренного давления или измеренной температуры отключают сигнал уставки скорости разогрева или сигнал управления.

Кроме того, при пуске энергетической установки с ядерным реактором из критического состояния до уровня мощности разогрева формируют сигнал периода изменения мощности, который алгебраически суммируют с сигналом управления и одновременно перед интегрированием разности сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя алгебраически суммируют с этой разностью сигналов.

Кроме того, при пуске энергетической установки с ядерным реактором из подкритического состояния до уровня мощности разогрева алгебраическую сумму сигналов измеренной мощности, заданной мощности и результата интегрирования ограничивают до значения, равного по значению и противоположного по знаку сигналу заданной скорости разогрева со знаком, соответствующим превышению сигнала заданного уровня мощности разогрева над сигналом измеренной мощности, а результат ограничения перед интегрированием алгебраической суммы сигналов разности сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя и периода изменения мощности алгебраически суммируют с этой суммой сигналов.

Это позволяет практически исключить влияние постоянных времени цепей измерения скорости изменения температуры и транспортного запаздывания в контуре теплоносителя на устойчивость процесса регулирования, а все возмущения в системе регулирования отрабатывать практически по безинерционной составляющей сигнала управления, пропорциональной разности измеренной и заданной мощности. Точность поддержания заданной скорости изменения температуры теплоносителя обеспечивается составляющей сигнала управления, пропорциональной интегрируемой разности сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя. Коррекция сигнала измеренной скорости разогрева или заданной мощности разогрева по сигналу измеренной температуры позволяет сократить время разогрева при сохранении одинакового допустимого значения термических напряжений в конструкциях энергоустановки в течение всего процесса разогрева. Способ обеспечивает устойчивый процесс разогрева при любом типе и состоянии теплоносителя: при естественной и принудительной циркуляции, кипении, компенсации давления паром и практически любых известных видах возмущений в системе автоматического регулирования, а также при использовании в качестве источника энергии ядерного реактора при его автоматическом пуске из критического и подкритического состояния.

Изобретение поясняется чертежом, где на блок-схемах показаны возможности осуществления всех вариантов способа разогрева энергетической установки: на фиг. 1 по п.1; на фиг.2 по пп.1 и 3...8; на фиг.3 по пп.1, 8 и 10; на фиг.4 по пп. 1, 8 и 11; на фиг.5 по пп.1 и 13; на фиг.6 по пп.1, 13 и 14 формулы изобретения.

Устройство содержит регулятор 1, алгебраический сумматор и ограничитель амплитуды сигнала 2, алгебраические сумматоры 3 и 5, а также 6 на фиг.6, интегратор 4, блок нелинейности БНЛ, корректор скорости разогрева КСР, К1Nи - сигнал измеренной мощности, K2Ny - сигнал заданной мощности разогрева, Δу - сигнал управления, Кц - сигнал кратности циркуляции, К2t^o _и - сигнал измеренной температуры, К2t^o _ост - сигнал заданной температуры остановки разогрева, ΔК2t^o _ост= K2t^o _oc - К2t^o _и - сигнал остановки разогрева по температуре, К3dt^o/dt_и - сигнал скорости изменения измеренной температуры, K3dt^o/dt_y - сигнал заданной скорости изменения температуры, К4Ри - сигнал измеренного давления, К4Р_ост - сигнал заданного давления остановки разогрева (на фиг. 1 и 2 указан в скобках), ΔК4Р_ост=К4Р_ост-К4Ри - сигнал остановки разогрева по давлению, K5dP/dt_и - сигнал скорости изменения давления, Δо=ΔК2t^o _ост=ΔК4Р_ост - сигнал заданной скорости разогрева или расхолаживания (уставка скорости разогрева или расхолаживания) по температуре или давлению, 1Δо - уставка скорости разогрева, 2Δо - уставка скорости расхолаживания, Δс - сигнал на входе интегратора 4, равный разности между заданной и измеренной скоростью разогрева по температуре или давлению, сигнал результата интегрирования, сигнал коррекции уровня мощности по скорости разогрева, f(ΔNом) - сигнал коррекции уровня мощности по изменению отбора мощности.

Скорость изменения температуры теплоносителя пропорциональна разности между генерируемой и отбираемой мощностями. Если генерируемая мощность превышает отбираемую, то происходит разогрев теплоносителя. В случае превышения отбираемой мощности над генерируемой температура теплоносителя снижается со скоростью, пропорциональной разности между этими мощностями, происходит расхолаживание энергетической установки.

Разогрев по предлагаемому способу производится следующим образом. Сигнал заданного уровня мощности разогрева K1Ny подается на вход алгебраического сумматора 5, с выхода которого сигнал управления Δу=K1Ny поступает на вход автоматического регулятора 1. Под воздействием регулятора 1 в энергетической установке увеличивается мощность. Когда сигнал измеренной мощности К1Nи станет равным заданному значению K1Ny, сигнал управления будет равен нулю, Δу= 0. Это приведет к разогреву теплоносителя со скоростью изменения температуры, соответствующей установленной в энергетической установке мощности. Если скорость разогрева теплоносителя не будет равна заданной, это будет означать, что поступающий на вход алгебраического сумматора 3 сигнал измеренной скорости изменения температуры K3dt^o/dt_и не будет равен сигналу заданной скорости изменения температуры K3dt^o/dt_y (сигнал Δо) (фиг.1). В этом случае разность этих сигналов Δс поступит на вход интегратора 4, с выхода которого сигнал результата интегрирования Δинт поступит на вход алгебраического сумматора 5. Рассмотрим два возможных случая. Первый, когда скорость увеличения температуры dt^o/dt_и меньше заданной dt^o/dt_y, то сигнал Δинт на выходе интегратора 4 будет иметь такой же знак, как у сигнала заданного уровня мощности K1Ny, В результате чего сигнал управления Δу, поступающий на вход регулятора 1, станет равен алгебраической сумме сигналов K1Ny, К1Nи и Δинт, то есть Δу=К1Nу+К1Nи+Δинт. Под воздействием регулятора мощность энергетической установки будет увеличиваться до момента, когда сигнал управления Δу станет равным нулю, а сигнал результата интегрирования Δинт=const. Наступит установившийся режим регулирования заданной скорости разогрева. При этом сигнал измеренной мощности, К1Nи, будет равен сумме сигнала заданного уровня мощности, K1Ny, и сигнала результата интегрирования, Δинт, то есть К1Nи= K1Ny+Δинт. В энергетической установке установится значение генерируемой мощности, превышение которой над отбираемой мощностью обеспечивает заданную скорость изменения температуры dt^o/dt_y.

Второй случай, если скорость увеличения температуры dt^o/dt_и окажется меньше заданной dt^o/dt_y. Тогда, по сравнению с первым случаем, поступающий на вход интегратора 4 сигнал Δс изменит свой знак. Соответственно изменит свой знак сигнал Δинт на выходе интегратора 4 и будет противоположен знаку сигнала заданного уровня мощности K1Ny. Регулятор 1 будет уменьшать мощность до наступления равенств: Δу=0, К1Nи=K1Ny-Δинт, Δинт=const, dt^o/dt_y=dt^o/dt_и.

Таким образом, интегратор 4 позволяет установить скорость изменения температуры, равной заданному значению, путем изменения или, можно сказать, коррекции мощности энергетической установки. С помощью динамических расчетов или результатов испытаний скорость интегрирования (или коэффициент усиления интегратора) устанавливается такой малой, чтобы результат интегрирования практически не мог влиять на динамику регулирования мощности, но достаточной, чтобы обеспечить заданную точность поддержания скорости изменения температуры в течение установленного времени для данной системы автоматического регулирования. Быстродействие и устойчивость процесса регулирования мощности обеспечивает сигнал измеренной мощности K1Nи.

Если в процессе разогрева теплоносителя произойдет его кипение, в результате чего будет увеличиваться давление, а скорость изменения температуры, следовательно, и сигнал скорости изменения температуры уменьшатся практически до нуля, на вход интегратора 4 будет поступать сигнал заданной скорости изменения температуры K3dt^o/dt_y, a не разность между этим сигналом и сигналом скорости изменения измеренной температуры K3dt^o/dt_и. Интегратор 4 будет интегрировать до наступления в нем насыщения, с его выхода на вход алгебраического сумматора 5 будет постоянно поступать сигнал, в результате чего возникнет такое значение сигнала управления, которое может заставить регулятор 1 увеличивать мощность до недопустимого значения. Чтобы этого не произошло, измеряется давление, по сигналу которого К4Р_и формируется сигнал скорости изменения давления K5dP/dt_и, который подается на вход алгебраического сумматора 3. Масштаб этого сигнала устанавливается таким, чтобы при равенстве сигналов K3dt^o/dt_y и K5dP/dt_и скорость изменения давления dP/dt_и была равна заданной для данного процесса, dP/dt_y. Интегратор 4 прекратит изменение сигнала на своем выходе, когда сигнал на его входе Δс станет равным нулю и установится соотношение сигналов K3dt^o/dt_y=K3dt^o/dt_и+K5dP/dt_и=const. Так как при кипении dt^o/dt_и= 0, то K3dt^o/dt_y=K5dP/dt_и. Когда сигнал управления Δу станет равным нулю, это будет означать, что регулятор 1 установил значение генерируемой мощности, превышение которой над отбираемой обеспечивает поддержание заданной скорости изменения давления dP/dt_y.

Разогрев энергетической установки может быть остановлен, когда температура или давление теплоносителя достигнут заданного значения, то есть t^o _ост или Р_ост.

Если окончание разогрева определяется заданным значением температуры теплоносителя, фиг. 1, то этот процесс осуществляется следующим образом. Сигнал измеренной температуры К2t^o _и поступает на вход алгебраического сумматора 3, на который поступает и сигнал остановки разогрева по температуре К2t^o _ост (сигнал Δо). Когда сигнал измеренной температуры К2t^o _и превысит значение сигнала остановки разогрева K2t^o _ocт, сигнал этого превышения К2Δt^o _ост= К2t^o _и-К2t^o _ост с выхода алгебраического сумматора 2 поступит на вход алгебраического сумматора 3, где произойдет алгебраическое сложение сигнала превышения К2Δt^o _ост с сигналом скорости изменения измеренной температуры K3dt^o/dt_и. Разность Δс между результатом этого сложения и сигналом заданной скорости изменения температуры K3dt^o/dt_y поступит на вход интегратора 4. Интегратор 4 будет изменять на своем выходе сигнал Δинт таким образом, что регулятор 1 станет уменьшать мощность энергетической установки, скорость увеличения температуры dt^o/dt_и тоже будет уменьшаться. Соответственно будет уменьшаться сигнал K3dt^o/dt_и и увеличиваться сигнал К2Δt^o _ост на входе алгебраического сумматора 3. Будет происходить замещение сигнала K3dt^o/dt_и сигналом К2Δt^o _oст. Этот процесс будет продолжаться до наступления в системе автоматического регулирования установившегося режима, когда скорость изменения температуры теплоносителя станет равна нулю, dt^o/dt_и=0, и установятся следующие равенства сигналов: Δу= 0, K3dt^o/dt_и=0, Δинт=const, тогда K3dt^o/dt_y= К2Δt^o _ост, то есть сигнал на входе интегратора 4 равен нулю, ΣKt^o, P=0. При этом регулятор 1 при установленном уровне мощности будет поддерживать уровень температуры, соответствующий сигналу остановки разогрева плюс значение превышения сигнала измеренной температуры над сигналом остановки разогрева, t^o _ост+Δt^o _ост.

В случае, когда окончание разогрева при компенсации давления паром теплоносителя определяется наперед заданным значением давления, Р_ост, на вход алгебраического сумматора 2 подаются сигнал измеренного давления К4Р_и и сигнал остановки разогрева по давлению К4Р_ост (на фиг.1 и 2 этот сигнал указан в скобках). Сигнал К4ΔР_ост=К4Р_и-К4Р_ост превышения сигнала измеренного давления К4Р_и над сигналом остановки разогрева по давлению К4Р_ост с выхода алгебраического сумматора 2 поступает на вход алгебраического сумматора 3, где арифметически суммируется с сигналом скорости изменения измеренного давления K5dP/dt_и. На вход интегратора 4 будет поступать сигнал Δс, равный алгебраической сумме сигналов К4ΔР_ост; K3dt^o/dt_и; K3dt^o/dt_y; K5dP/dt_и, а на его выходе сигнал начнет изменяться, заставляя регулятор 1 уменьшать генерируемую мощность. Скорости изменения давления и температуры уменьшатся до нуля, произойдет замещение сигналов K3dt^o/dt_и и K5dP/dt_и сигналом К4ΔР_ост на входе алгебраического сумматора 3. Процесс остановки разогрева закончится, когда сигнал управления Δу станет равным нулю, сигнал на входе интегратора ΣKt^o, P= 0, а на выходе Δинт= const, сигналы K3dt^o/dt_и=K5dP/dt_и=0, K3dt^o/dt_у= К4ΔР_ост. Регулятор 1 при установленной мощности будет поддерживать заданное значение давления, равное Р_ост+ΔР_ост.

Для обеспечения регулирования не только скорости увеличения температуры, но и скорости уменьшения температуры, фиг. 2, амплитуда сигнала K2Δt°ост

разности между сигналом измеренной температуры К2t^o _и и сигналом остановки разогрева К2t^o _ост ограничиваются алгебраическим сумматором и ограничителем 2, фиг. 3. Ограничение производится таким образом, чтобы амплитуда ограничения K2Δt°огр = обоих полярностей сигнала K2Δt°ост стала равна сигналу заданной скорости изменения температуры K3dt^o/dt_y=K2Δt°огр. С выхода ограничителя 2 сигнал K2Δt°огр в качестве сигнала заданной скорости изменения температуры K3dt^o/dt_y поступает на вход алгебраического сумматора 3. Режим разогрева или расхолаживания определяется значением сигнала остановки разогрева K2t^o _ocт относительно значения сигнала измеренной температуры К2t^o _и. Если сигнал измеренной температуры К2t^o _и меньше сигнала остановки разогрева К2t^o _ост, то происходит разогрев, а если больше, то расхолаживание энергетической установки.

Когда производится ограничение амплитуды сигнала превышения сигнала остановки разогрева K2Δt°ост

над сигналом измеренной температуры К2t^o _и, то формируется сигнал K2Δt°огр, равный сигналу заданной скорости увеличения температуры K3dt^o/dt_y. Регулятор 1 с помощью интегратора 4 устанавливает мощность, обеспечивающую заданную скорость увеличения температуры, производится разогрев энергетической установки. Характеристика ограничителя 2 показана на фиг. 3. Процесс разогрева с заданной скоростью изменения температуры продолжается до тех пор, когда разность K2Δt°ост между сигналами измеренной температуры К2t^o _и и остановки разогрева K2t^o _ocт станет меньше установленной амплитуды сигнала ограничения K2Δt°огр. Тогда по мере увеличения температуры t^o _и и, соответственно, сигнала K2t^o _и, будет уменьшаться сигнал K2Δt°огр на выходе ограничителя 2, то есть сигнал заданной скорости изменения температуры. Будут изменяться сигналы на входе и выходе Δинт интегратора 4, изменяя сигнал управления Δу так, что регулятор 1 будет уменьшать мощность, уменьшая скорость увеличения температуры dt^o/dt_и. Этот процесс будет продолжаться до момента, когда температура t^o _и теплоносителя достигнет заданного значения t^o _ост. При этом установятся следующие равенства сигналов: Δу=0, K2Δt^o _ост=0, K3dt^o/dt_y= K3dt^o/dt_н= 0, сигнал Δс на входе интегратора 4 равен нулю, а на выходе Δинт=const, сигналы К2t^o _и=К2t^o _и. Регулятор 1 поддерживает температуру теплоносителя t^o _и, равной заданной t^o _ост.

Ограничение амплитуды сигнала превышения сигнала измеренной температуры К2t^o _и над сигналом остановки разогрева K2Δt°ост

формирует сигнал заданной скорости уменьшения температуры, который по знаку (или полярности) противоположен сигналу заданной скорости увеличения температуры. Это позволяет производить расхолаживание энергетической установки с заданной скоростью уменьшения температуры. Процесс управления аналогичен процессу при разогреве с той разницей, что регулятор 1 с помощью интегратора 4 устанавливает значение генерируемой мощности меньше отбираемой на величину, обеспечивающую заданную скорость уменьшения температуры.

Для обеспечения расхолаживания энергетической установки с кипящим теплоносителем и поддержанием заданной скорости уменьшения давления амплитуду разности между сигналами остановки разогрева и измеренного давления К4ΔР_ост= К4Р_и-К4Р_ост формируют ограничителем 2 так же, как это производилось при ограничении сигнала K2Δt°ост

. С выхода ограничителя 2 результат ограничения поступает на вход алгебраического сумматора 3 в качестве сигнала заданной скорости изменения температуры K3dt^o/dt_у или давления K5dP/dt_y. Далее процесс регулирования аналогичен выше изложенным.

Ограничение сигнала разной полярности K2Δt°ост

или K4ΔP_ост по амплитуде позволяет без дополнительных переключений устанавливать скорость увеличения температуры или давления, отличной от скорости уменьшения температуры или давления.

Скорость интегрирования пропорциональна скорости циркуляции теплоносителя и, соответственно, обратно пропорциональна кратности циркуляции. Поэтому при изменении кратности циркуляции, для сохранения скорости коррекции и устойчивости процесса регулирования мощности, необходимо изменять скорость интегрирования. С этой целью измеритель кратности циркуляции подает на корректирующий вход интегратора 4 сигнал кратности циркуляции Кц, по которому соответственно изменяется скорость интегрирования интегратора 4.

На некоторые возмущения в системе автоматического регулирования сигнал управления реагирует с запаздыванием. Это может вызвать значительные отклонения регулируемого параметра от заданного значения, увеличение времени переходного процесса, ухудшение качества регулирования. К таким возмущениям в системе автоматического разогрева относятся изменение отбора тепла при включении или отключении секций парогенераторов, изменение расхода первичного или вторичного теплоносителя. Если во время переключения секций парогенераторов или изменения циркуляции, расхода теплоносителя одновременно на соответствующую величину мощности, сигнал f(ΔN), изменить заданный уровень мощности при разогреве, то тем самым будет введено опережение, компенсирующее запаздывание реакции сигнала управления на возмущения, создаваемые переключением секций парогенераторов и изменением расхода теплоносителя.

По мере разогрева конструкции энергоустановки прогреваются, термические напряжения в них становятся меньше. Это означает что скорость изменения температуры в процессе увеличения температуры можно увеличивать. Характер и величина зависимости скорости изменения температуры от значения измеренной температуры определяются, фиг. 3, нелинейным блоком БЛН, на вход которого подается сигнал измеренной скорости изменения температуры, K3dt^o/dt_и, а на управляющий вход поступает сигнал измеренной температуры К2t^o _и. С измененным масштабом сигнал измеренной скорости изменения температуры, K6dt^o/dt_и, поступает на вход блока алгебраического суммирования 3. Далее процесс разогрева производится аналогично рассмотренному. Другой вариант изменения скорости разогрева заключается в коррекции заданной мощности разогрева K1Ny по сигналу измеренной температуры К2t^o _и через корректор скорости разогрева КСР, фиг. 4. Сигнал коррекции, поступающий с выхода КСР на вход алгебраического сумматора 5, изменяя тем самым заданную мощность разогрева в зависимости от температуры t^o _и, определяет характеристику изменения скорости разогрева при увеличении температуры.

При использовании в энергетической установке ядерного реактора в качестве источника тепловой энергии необходимо осуществить пуск установки для установления мощности, равной мощности разогрева энергетической установки. Для обеспечения плавного перехода из режима автоматического пуска из критического состояния ядерного реактора в режим автоматического разогрева следует на входе интегратора к разности сигналов заданной и измеренной скоростей изменения температуры прибавить сигнал скорости изменения мощности, точнее сигнал, обратно пропорциональный измеренному периоду изменения мощности K7/τ_у ядерного реактора, фиг.5. Масштаб коэффициента К7 устанавливается таким, что когда сигнал измеренного значения периода увеличения мощности K7/τ_и при автоматическом пуске ядерного реактора будет равен сигналу заданного значения скорости разогрева, K3dt^o _y/dt=К2Δt^o=1Δо, измеренный сигнал периода τ_И будет равен заданному значению периода τ_у автоматического пуска. Тогда с начала и в процессе автоматического пуска на входе интегратора 4 сигнал Δс= 0, так как сигналы K7/τ_И = K3dt°у

/dt = K2Δt^° = 1Δo, а сигнал K3dt^o _и/dt=0.

При автоматическом пуске и разогреве ядерного реактора сигнал, обратно пропорциональный периоду, используется не только в цепи коррекции мощности по сигналу разогрева, но также в прямом управлении регулятором, сигнал K8/τ_и. Масштаб коэффициента К8 выбирается таким, что, когда сигнал, обратно пропорциональный измеренному периоду мощности ядерного реактора, K8/τ_и, установится равным сигналу заданного уровня мощности при разогреве K1Ny, измеренный период τ_и будет равен заданному значению периода t_y при автоматическом пуске ядерного реактора. При рассмотрении работы системы автоматического пуска и разогрева приняты условия, что перед включением системы вход регулятора 1 отключен, а вход интегратора 4 закорочен. При этом состояние сигналов следующее:

Δc = K2Δt°i

,
Δу=K1Ny.

При включении системы под действием сигнала управления Δy регулятор 1 начнет вводить положительную реактивность, произойдет увеличение мощности, появится сигнал, обратно пропорциональный периоду, 1/τ_и. В масштабе К7 он поступит на вход алгебраического сумматора 3 цепи коррекции, а в масштабе К8 на вход алгебраического сумматора 5 цепи управления регулятором 1. Если включение системы производилось, когда ядерный реактор находился в критическом состоянии, то период ядерного реактора быстро достигнет заданного значения, наступит установившийся режим автоматического пуска при равенстве сигналов:
K8/τ_и = K1N_у,
K7/τ_и = K2Δt°i

,
Δу = Δc = Δинт = K1N_И = 0,
τ_и = τ_у.
Регулятор 1 будет поддерживать период увеличения мощности, τ, равный заданному значению τ_у. Когда мощность ядерного реактора превысит отбираемую, начнется разогрев теплоносителя, появится сигнал скорости увеличения температуры K3dt^o _н/dt, который поступит на вход алгебраического сумматора 3, где будет суммироваться с сигналом K7/τ_и. На входе интегратора 4 сначала появится и, по мере увеличения мощности, соответственно, сигнала K3dt^o _и/dt, будет увеличиваться сигнал Δс. На выходе интегратора появится и будет увеличиваться сигнал Δинт, который имеет такой же знак, как сигнал K8/τ_и в алгебраическом сумматоре 5. Появится сигнал управления Δу, заставляющий регулятор 1 уменьшать положительную реактивность, увеличивая период τ_и, уменьшая сигнал K7/τ_и и K8/τ_и до тех пор, пока реактивность не станет равной нулю. Наступит установившийся процесс автоматического разогрева при равенстве сигналов
Δу = K7/τ_и = K8/τ_и = Δc = 0; Δинт=const; Δинт+K1Ny=K1Nи; Δo=K3dt^o _и/dt.

Далее процесс разогрева продолжается, как изложено выше.

Способ автоматического регулирования по схеме фиг.5 непригоден при пуске ядерного реактора из подкритического состояния. При включении системы в работу на входе интегратора 4 действует сигнал Δc = Δo = K7/τ_и, равный сигналу заданного периода увеличения мощности. За время вывода регулятором 1 ядерного реактора в критическое состояние интегратор 4 на своем выходе может получить большое значение сигнала Δинт, которое будет суммироваться с одинаковым по знаку сигналом K1Ny. Это приведет к увеличению фактического значения заданного сигнала, обратно пропорционального периоду (уменьшению фактического значения заданного периода). Во время выхода ядерного реактора в надкритическое состояние заданный период может быть настолько малым, что регулятор 1 создаст такую большую надкритичность, которая вызовет срабатывание аварийной защиты установки.

Способ, исключающий возможность возникновения такого процесса, показан на примере фиг. 6. Он отличается от способа по фиг.5 наличием ограничителя амплитуды сигнала 7, который пропускает сигнал
U1=Δинт+K1Ny-К1Nи
только одного знака: превышение сигнала заданного уровня мощности разогрева K1Ny над сигналом измеренной мощности К1Nи с учетом зоны нечувствительности Δзн. На выходе ограничителя 7 сигнал U2 ограничивается до максимального значения U2м, равного по значению и противоположного по знаку сигналам K3dt^oy/dt, Перед включением системы в работу состояние сигналов следующее:

Δу = U1 = K1Nу = K8/τ_и;
U2 = U2м = Δo = 1Δo = K7/τ_и = K3dt°у

/dt.
Так как на вход сумматора 3 поступают равные по величине и разные по знаку сигналы U2м и Δо, то на входе и выходе интегратора 4 сигналы равны нулю. После включения системы в работу на регулятор 1 подается сигнал управления Δу = K1Nу = K8/τ_и, заставляющий органы регулирования уменьшать отрицательную реактивность, выводить ядерный реактор из подкритического состояния. Пока подкритичность реактора составляет более 2β, при допустимой скорости изменения реактивности по условиям безопасности и обычных параметрах аппаратуры формирования сигнала периода, сигнал измеренного периода практически будет равен нулю, K7/τ_и = 0. По мере уменьшения подкритичности менее 2β будет увеличиваться сигнал K7/τ_и на входе сумматора 3 и K8/τ_и на входе сумматора 5. Сигнал K8/τ_и будет вычитаться из сигнала K1Nу = K8/τ_и, уменьшая его, следовательно, увеличивая заданное значение периода t_у, уменьшая сигнал управления Δу. Если масштабы сигналов выбраны правильно, то уменьшение сигналов U1 на входе ограничителя 7 и U2 на входе сумматора 3 будут соответствовать увеличению сигналов K7/τ_и и K8/τ_и. На входе и выходе интегратора 4 сигналы будут оставаться равными нулю. Когда период ядерного реактора достигнет заданного значения, наступит равенство сигналов:
K8/τ_и = K1Nу;
Δo = 1Δo = K7/τ_у;
Δу = Δc = Δинт = U1 = U2 = 0.
Наступит установившийся режим автоматического пуска. Далее система работает, как при пуске из критического состояния.

Предложенный способ управления разогревом энергетической установки позволяет оптимизировать скорость разогрева относительно температурной напряженности конструкций энергоустановки, производить разогрев и расхолаживание с заданной скоростью изменения температуры теплоносителя любого вида и состояния, с любой скоростью циркуляции от принудительной до естественной, под давлением без кипения и с кипением, с обеспечением заданной скорости изменения давления в случае компенсации давления паром теплоносителя. Во всех вариантах разогрева и расхолаживания способ обеспечивает высокую устойчивость за счет быстродействующей составляющей сигнала управления регулятором в виде сигнала измеренной мощности. Одновременно обеспечивается высокая точность поддержания заданной скорости изменения температуры и давления без нарушения устойчивости процесса регулирования путем введения интегратора с необходимой скоростью интегрирования, который создает другую, корректирующую составляющую сигнала управления. Это позволяет практически исключить влияние постоянных времени цепей измерения скорости изменения температуры и транспортного запаздывания в контуре теплоносителя на устойчивость процесса регулирования. Способ обеспечивает устойчивый процесс регулирования при использовании в качестве источника энергии ядерного реактора при плавном переходе с автоматического пуска из критического и подкритического состояния реактора в разогрев энергетической установки.

Изобретение относится к области управления энергетическими установками тепловых электростанций и станций теплоснабжения с любым видом горючего, в том числе ядерного горючего, и может быть использовано в системах разогрева энергетических установок с принудительной и естественной циркуляцией кипящего и некипящего теплоносителя, а также при автоматическом переходе из режима пуска энергетической установки с ядерным реактором из критического или подкритического состояния в режим автоматического разогрева. Техническим результатом изобретения является повышение устойчивости системы управления. Управление разогревом энергетической установки с заданной скоростью изменения температуры теплоносителя осуществляют путем изменения мощности установки регулятором по сигналу управления, пропорционального разности сигналов измеренной мощности и заданной мощности. При этом формируют разность сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя, устанавливают заданную мощность, равную мощности разогрева, обеспечивающей заданную скорость разогрева, интегрируют разность сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя и осуществляют управление регулятором по сумме сигнала управления с сигналом результата интегрирования. В процессе разогрева энергетической установки с кипящим теплоносителем измеряют давление теплоносителя и формируют сигнал скорости изменения давления, который суммируют с сигналом скорости изменения температуры. Остановку разогрева производят по сигналу температуры или давления. При автоматическом переводе из режима пуска энергетической установки с ядерным реактором в режим разогрева в сигнал управления вводят сигнал периода изменения мощности. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ управления разогревом энергетической установки с заданной скоростью изменения температуры теплоносителя путем изменения мощности установки регулятором по сигналу управления, пропорционального разности сигналов измеренной мощности и заданной мощности, при этом формируют разность сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают заданную мощность, равную мощности разогрева, обеспечивающей заданную скорость разогрева, интегрируют разность сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя и осуществляют управление регулятором разогрева по сумме сигнала управления с сигналом результата интегрирования. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что включение разогрева энергетической установки осуществляют при достижении измеренной мощностью заданной мощности разогрева, значение которой определяют по значению мощности, при которой скорость увеличения температуры достигает заданного значения. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при изменении отбора мощности, например, изменении расхода теплоносителя, переключении секций парогенератора формируют сигнал, пропорциональный изменению отбора мощности, и алгебраически суммируют его с сигналом управления. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют кратность циркуляции теплоносителя и в соответствии с ее значением устанавливают коэффициент усиления интегрирования. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при изменении давления в процессе разогрева энергетической установки с кипящим теплоносителем измеряют давление теплоносителя и формируют сигнал скорости изменения давления, который алгебраически суммируют с сигналом скорости изменения температуры. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вводят заданный сигнал остановки разогрева по температуре, который вычитают из сигнала измеренной температуры, полученный результат алгебраически суммируют с алгебраической разностью сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вводят заданный сигнал остановки разогрева по давлению, который вычитают из сигнала измеренного давления, полученный результат алгебраически суммируют с алгебраической разностью сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в режиме остановки разогрева разность между заданным сигналом остановки разогрева и сигналом измеренной температуры или сигналом измеренного давления ограничивают до значения, равного сигналу заданной скорости изменения температуры, и результат ограничения используют в качестве сигнала заданной скорости изменения температуры. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе разогрева корректируют по сигналу измеренной температуры сигнал измеренной скорости изменения температуры или сигнал заданной мощности разогрева. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формируют сигнал остановки разогрева, при достижении значения которого сигналом измеренного давления или измеренной температуры отключают один из сигналов, например, уставки скорости разогрева или сигнал управления. 11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при пуске энергетической установки с ядерным реактором из критического состояния до уровня мощности разогрева формируют сигнал периода изменения мощности, который алгебраически суммируют с сигналом управления и одновременно перед интегрированием разности сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя алгебраически суммируют с этой разностью сигналов. 12. Способ по п. 1 или 11, отличающийся тем, что при пуске энергетической установки с ядерным реактором из подкритического состояния до уровня мощности разогрева алгебраическую сумму сигналов измеренной мощности, заданной мощности и результата интегрирования ограничивают до значения, равного по значению и противоположного по знаку сигналу заданной скорости разогрева со знаком, соответствующим превышению сигнала заданного уровня мощности разогрева над сигналом измеренной мощности, а результат ограничения перед интегрированием алгебраической суммы сигналов разности сигналов измеренной и заданной скорости изменения температуры теплоносителя и периода изменения мощности алгебраически суммируют с этой суммой сигналов.