СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ Российский патент 2015 года по МПК G21C7/36 

Изобретение относится к области управления энергетическими установками, включая стационарные и транспортные ядерные энергетические установки, в том числе с жидко-металлическим теплоносителем ядерного реактора и закритическими параметрами пара.

Известны способы управления ядерной энергетической установкой путем поддержания заданного давления пара изменением мощности ядерного реактора, управлением клапаном травления, а также изменением расхода питательной воды парогенератора.

Регулирование давления пара сбросом пара в конденсатор снижает к.п.д. энергетической установки.

В ядерной энергетической установке с перегретым паром или закритическими параметрами пара регулирование давления пара изменением мощности реактора по сигналу отклонения измеренного давления пара от его заданного значения [Плютинский В.И., Погорелов В.И. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 29, с. 106, рис. 6.15] приведет к изменению температуры пара. Это может снизить к.п.д. энергетической установки.

Близкими к предлагаемому способу по технической сущности является способ управления ядерной энергетической установкой, при котором регулирование давления пара осуществляют изменением расхода питательной воды парогенератора управлением клапаном питательной воды [Плютинский В.И., Погорелов В.И. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1983, стр. 146, рис. 8.18,в) или насосом питательной воды [Плютинский В.И., Погорелов В.И. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 179, рис. 9.14,б)] по сигналу отклонения расхода питательной воды парогенератора от своей уставки и по сигналу отклонения давления пара от своей уставки, поступающей от насоса питательной воды.

Недостатком способа по рис. 8.18,в) служит невысокая точность регулирования расхода питательной воды и давления пара по сравнению со схемой рис. 9.14,б). Недостатком способа по рис. 9.14,б) является меньшее быстродействие, чем по рис. 8.18,в), из-за значительной инерционности насоса.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ управления ядерной энергетической установкой, при котором давление пара и расхода питательной воды парогенератора регулируют изменением положения клапана питательной воды по сигналу отклонения расхода питательной воды парогенератора от своей уставки и по сигналу отклонения давления пара от своей уставки [Плютинский В.И., Погорелов В.И. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 146, рис. 8.18,в)].

Этот способ позволяет получить более высокое быстродействие поддержания давления пара, чем насосом. Однако сохраняется недостаток более низкой точности регулирования давления пара, чем насосом питательной воды. А это ухудшает быстродействие регулятора и увеличивает его погрешность.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа: повысить точность регулирования давления пара в сравнении с насосом питательной воды. Что улучшит быстродействие регулятора и снизит его погрешность.

Поставленная задача и получаемый технический результат реализуются предложенной совокупностью существенных признаков:

Способ управления ядерной энергетической установкой, при котором давление пара регулируют управлением положения клапана питательной воды парогенератора по сигналу отклонения давления пара от своей уставки, причем

дополнительно управляют скоростью насоса питательной воды по отклонению сигнала расхода питательной воды от своей уставки, вводят корректор и процесс коррекции сигнала расхода питательной воды по сигналу отклонения давления пара от своей уставки,

при этом

- дополнительно для каждого диапазона регулирования расхода питательной воды насосом вводят фиксированную уставку положения клапана питательной воды;

- дополнительно формируют сигнал отклонения положения клапана питательной воды от его уставки и по полученному сигналу отклонения управляют положением клапана питательной воды;

- дополнительно для каждой фиксированной уставки положения клапана питательной воды формируют зону нечувствительности сигнала управления по сигналу отклонения положения клапана питательной воды от своей фиксированной уставки;

- дополнительно границы зоны нечувствительности по сигналу отклонения положения клапана питательной воды от его уставки устанавливают соответственно границам оптимального диапазона изменения скорости насоса, которые определяют точность регулирования расхода питательной воды для каждой фиксированной уставки положения клапана питательной воды;

- дополнительно вводят сигнал заданного диапазона изменения расхода питательной воды и соответственно этому сигналу изменяют фиксированную уставку положения клапана питательной воды;

- дополнительно устанавливают приоритет и процесс реализации приоритета управления клапаном питательной воды между сигналом отклонения положения клапана питательной воды от своей уставки и сигналом отклонения давления пара от своей уставки;

- дополнительно устанавливают зону нечувствительности сигнала управления по сигналу отклонения давления пара от своей уставки и в случае превышения сигналом отклонения давления пара от своей уставки зоны нечувствительности отключают управление клапаном питательной воды по сигналу отклонения положения клапана питательной воды от своей уставки.

Регулирование давления пара клапаном питательной воды и насосом питательной воды, а расхода питательной воды насосом питательной воды, повышает быстродействие и точность регулятора, качество переходных процессов, уменьшает перерегулирование системы управления энергетической установкой.

Введение сигнала и процесса изменения фиксированной уставки положения клапана питательной воды позволяет при изменении расхода питательной воды поддерживать насосом расход питательной воды в оптимальным диапазоне изменения скорости насоса. Оптимальный диапазон скорости насоса определяет точность регулирования расхода питательной воды. Одновременно это помогает предупредить перемещение клапана питательной воды в крайнее положение, где его регулирующие свойства будут нарушены, и своевременно возвращать клапан в его исходное положение.

Изменение уставки положения клапана питательной воды по сигналу режима работы энергетической установки, а также перевод клапана питательной воды в заданное положение, соответствующее режиму работы энергетической установки, позволяет поддерживать насос питательной воды в оптимальном диапазоне его регулирования, что повышает точность поддержания расхода питательной воды.

Установка приоритета управления клапаном питательной воды между сигналом управления положением клапана питательной воды и сигналом управления по отклонению давления пара от своей уставки позволяет исключить автоколебания между регуляторами давления пара, расхода питательной воды и положением клапана питательной воды.

Пример реализации предлагаемого способа рассмотрен для энергетической установки, где в качестве источника тепла применен ядерный реактор. Схема реализации способа представлена на чертеже с пояснениями в описании, где использованы следующие обозначения.

ЯР - ядерный реактор;

ПГ - парогенератор;

Т - турбина;

Р - давление пара;

Р_У - уставка давления пара;

ΔР - сигнал отклонения сигнала давления пара от своей уставки;

G_ПВ - расход питательной воды;

G_УПВ - уставка расхода питательной воды;

1 - блок управления клапаном сброса пара в конденсатор;

2 - формирователь сигнала автоматического управления положением питательного клапана (алгебраический сумматор сигналов);

3 - алгебраический сумматор сигналов измеренного и заданного положения (уставки) клапана питательной воды;

4 - блок уставки положения клапана питательной воды;

5 - блок управления клапаном питательной воды;

6 - блок управления уставкой положения клапана питательной воды;

7 - корректор сигнала уставки расхода питательной воды;

8 - формирователь сигнала управления насосом питательной воды;

9 - блок управления насосом питательной воды.

Клапан аварийного сброса пара в конденсатор открывается по сигналу управления блока 1 только в случае превышения давлением пара значения, допустимого по условиям безопасности эксплуатации энергоустановки.

По сигналу отклонения ΔР давления пара Р от своей уставки Р_У осуществляют управление клапаном питательной воды. Пока изменение заданного расхода питательной воды G_УПВ насосом находится в оптимальном диапазоне регулирования, при котором обеспечивается точность регулирования расхода питательной воды G_ПВ, уставка положения клапана питательной воды не изменяется, остается фиксированной.

Если расход питательной воды переходит границу своего оптимального диапазона, то действующую уставку положения клапана питательной воды изменяют в блоке 4 по сигналу блока 6 до величины, которая соответствует новому оптимальному диапазону регулирования расхода питательной воды.

Для каждой уставки положения клапана питательной воды в блоке 6 установлены допустимые границы изменения расхода питательной воды. Сравнение с установленными границами расхода питательной воды в блоке 6 происходит при поступлении в него сигнала уставки G_УПВ расхода питательной воды.

Зона изменения положения клапана питательной воды относительно своей уставки в процессе регулирования давления пара устанавливается такой, которая не нарушает оптимальный диапазон регулирования насосом расхода питательной воды. Уставки положения клапана питательной воды зависят от диапазона устойчивого регулирования скорости двигателя насоса с необходимой точностью поддержания расхода питательной воды и давления пара клапаном питательной воды.

В переходных режимах работы установки клапан может приближаться к своему крайнему положению, что ухудшает возможности регулятора расхода питательной воды насосом. Возвращает клапан питательной воды в заданный диапазон своего открытия система регулирования положением клапана питательной воды. Сигнал положения клапана питательной воды с выхода блока 5 поступает на вход алгебраического сумматора 3, в который поступает сигнал уставки положения клапана питательной воды от блока 4. Сигнал отклонения положения клапана питательной воды от своей уставки с блока 3 поступает на вход формирователя 2 сигнала управления положением клапана питательной воды. С выхода формирователя 2 сигнал управления поступает на блок управления 5 положением клапана питательной воды. Изменение уставки блока 4 положения клапана расхода питательной воды по сигналу блока 6 устанавливается таким, чтобы при изменении заданного расхода питательной воды диапазон и точность его регулирования насосом питательной воды были оптимальными относительно точности регулирования скорости двигателя насоса, определяющей точность регулирования расхода питательной воды.

Разная зона нечувствительности по сигналу ΔР на входах блоков 2 и 7 позволяет использовать быстродействие клапана питательной воды и точность регулирования насоса питательной воды для получения лучших характеристик быстродействия и точности регулирования давления пара.

Зона нечувствительности и коэффициент усиления по каждому сигналу, оптимальный диапазон изменения расхода питательной воды насосом питательной воды, зона изменения положения клапана питательной воды относительно уставки положения в процессе регулирования давления пара, обеспечивающая регулирование давления пара в переходных режимах работы энергетической установки, определяются при математическом моделировании переходных процессов с введением различных возмущений.

Реализация предлагаемого технического решения повышает точность регулирования давления пара и расхода питательной воды парогенератора при расширении диапазона регулирования по сравнению с прототипом.

Одновременно уменьшается мощность, габариты и стоимость двигателя насоса расхода питательной воды парогенератора, поскольку регулирование его скорости производится вблизи номинального значения без значительного уменьшения на валу его мощности.

Предлагаемый способ регулировки давления пара позволяет осуществить одновременно не зависимую от него регулировку температуры пара, что увеличит к.п.д. энергетической установки по сравнению с действующими энергетическими установками.

Для транспортной ледокольной ядерной энергетической установки дополнительным положительным эффектом служит уменьшение травления пара на энергетических уровнях мощности, увеличение ресурса и времени между перегрузками реактора, повышение экономичности энергоустановки.

Изобретение относится к области управления энергетическими установками, включая стационарные и транспортные ядерные энергетические установки, в том числе с жидко-металлическим теплоносителем ядерного реактора и закритическими параметрами пара. Давление пара регулируют управлением положения клапана питательной воды парогенератора по сигналу отклонения давления пара от своей уставки. При этом управляют скоростью насоса питательной воды по отклонению сигнала расхода питательной воды от своей уставки и корректируют сигнал расхода питательной воды по сигналу отклонения давления пара от своей уставки. Управляют клапаном питательной воды поочередно по сигналу отклонения давления пара от своей уставки или по отклонению положения клапана от своей уставки. Очередность управления устанавливают приоритетом регулирования давления пара перед регулированием положения клапана. Уставку положения клапана питательной воды изменяют в зависимости от заданного режима работы установки. Технический результат - повышение быстродействия регулятора пара, снижение его погрешности. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ управления ядерной энергетической установкой, при котором давление пара регулируют управлением положения клапана питательной воды парогенератора по сигналу отклонения давления пара от своей уставки, отличающийся тем, что дополнительно управляют скоростью насоса питательной воды по отклонению сигнала расхода питательной воды от своей уставки, вводят корректор и процесс коррекции сигнала расхода питательной воды по сигналу отклонения давления пара от своей уставки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно для каждого диапазона регулирования расхода питательной воды насосом вводят фиксированную уставку положения клапана питательной воды.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что дополнительно формируют сигнал отклонения положения клапана питательной воды от его уставки и по полученному сигналу отклонения управляют положением клапана питательной воды.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что дополнительно для каждой фиксированной уставки положения клапана питательной воды формируют зону нечувствительности сигнала управления по сигналу отклонения положения клапана питательной воды от своей фиксированной уставки.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что дополнительно границы зоны нечувствительности по сигналу отклонения положения клапана питательной воды от его уставки устанавливают соответственно границам оптимального диапазона изменения скорости насоса, которые определяют точность регулирования расхода питательной воды для каждой фиксированной уставки положения клапана питательной воды.

6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что дополнительно вводят сигнал заданного диапазона изменения расхода питательной воды и соответственно этому сигналу изменяют фиксированную уставку положения клапана питательной воды.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают приоритет и процесс реализации приоритета управления клапаном питательной воды между сигналом отклонения положения клапана питательной воды от своей уставки и сигналом отклонения давления пара от своей уставки.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают зону нечувствительности сигнала управления по сигналу отклонения давления пара от своей уставки и в случае превышения сигналом отклонения давления пара от своей уставки зоны нечувствительности отключают управление клапаном питательной воды по сигналу отклонения положения клапана питательной воды от своей уставки.