СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЯДЕРНОЙ 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 жидкометаллическим теплоносителем ядерного реактора и закритическими параметрами пара.

Известны способы управления ядерной энергетической установкой изменением расхода питательной воды парогенератора и регулированием давления пара [Плютинский В.И., Погорелов В.И. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1983. Стр.29, стр.106 рис.6.15, стр.146 рис.8.18, в), стр.179 рис.9.14, б)].

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ управления ядерной энергетической установкой, при котором расход питательной воды парогенератора регулируют управлением насоса по сигналу отклонения расхода питательной воды от своей уставки, а также измеряют и регулируют давление пара [Плютинский В.И., Погорелов В.И. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1983. Стр. 179 рис.9.14, а)].

Этот способ имеет недостаток. Он состоит в сложности получения необходимой точности ультразвукового измерителя расхода, которая зависит от состояния питательной воды, его установившегося значения, наличия в воде пузырьков газа и т.п., а это состояние непрерывно изменяется. Кроме того, прямолинейный и ровный участок трубопровода перед измерителями расхода питательной воды конструктора укорачивают с целью уменьшения сопротивления и потерь энергии, что еще больше увеличивает турбулентность и погрешность измерения расхода питательной воды. В энергетической установке с перегретым паром или с его закритическими параметрами расход питательной воды не только определяет мощность энергетической установки, но и давление пара. Каждый тип турбины имеет наибольший кпд при определенном давлении пара и ее температуре. Снижение точности контроля и регулирования расхода питательной воды сопровождается снижением точности регулирования мощности и давления пара, а это снижает кпд энергетической установки.

Задача изобретения - устраненить недостаток прототипа, повысить точность измерения расхода питательной воды, компенсируя погрешность его измерителя, а тем самым повысить точность поддержания давления пара и, следовательно, повысить кпд энергетической установки в установившемся режиме ее работы.

Для этого предложен способ управления ядерной энергетической установкой, при котором расход питательной воды парогенератора регулируют управлением насоса по сигналу отклонения расхода питательной воды G_пв от своей уставки G_упв, а также измеряют и регулируют давление пара Р, при этом дополнительно вводят интегрирование сигнала отклонения ΔР давления пара Р от своей уставки Р_у, корректор и процесс изменения корректором масштаба сигнала расхода питательной воды по результату интегрирования.

Кроме того:

- дополнительно вводят сигнал отключения входа интегратора и процесс остановки интегрирования сигнала отклонения давления пара от своей уставки;

- дополнительно вводят уставку ΔР_огр ограничения сигнала ΔР отклонения давления пара от своей уставки, а в случае превышения уставки ΔР_огр ограничения сигналом ΔР отклонения давления пара от своей уставки формируют сигнал отключения сигнала от входа интегратора, по которому производят остановку процесса интегрирования сигнала отклонения давления пара от своей уставки;

- дополнительно вводят уставку ΔG_огр ограничения сигнала ΔG_пв отклонения расхода питательной воды от своей уставки, а в случае превышения уставки ΔG_огр ограничения сигналом ΔGпв отклонения расхода питательной воды от своей уставки формируют сигнал отключения сигнала от входа интегратора, по которому производят остановку процесса интегрирования сигнала отклонения давления пара от своей уставки.

Изменение масштаба сигнала расхода питательной воды по результату интегрирования сигнала отклонения давления пара от своей уставки в установившемся режиме работы автоматического регулирования давления пара позволяет повысить точность измерения и регулирования расхода питательной воды, а тем самым точность поддержания давления пара в установившемся режиме работы энергетической установки.

В ядерных энергетических установках с прямоточным парогенератором без сепаратора расход питательной воды отображает мощность, вырабатываемую ядерным реактором. Сигнал расхода питательной воды, откорректированный по интегралу отклонения сигнала давления от своей уставки, более точно отображает расход питательной воды и, следовательно, мощность, вырабатываемую реактором. Повышение точности измерения и регулирования расхода питательной воды насосом повышает точность поддержания заданного давления пара и, соответственно, кпд энергетической установки.

Это справедливо для установившегося режима работы автоматического регулирования параметров энергетической установки. В переходных режимах работы установки нарушается баланс между расходом питательной воды, отбирающей энергию, вырабатываемую ядерным реактором, и мощностью, которую генерирует ядерный реактор. При этом сигнал отклонения давления пара от своей уставки увеличивается, что может нарушить точность корректировки сигнала расхода питательной воды. Чтобы исключить возможность такого нарушения, надо остановить процесс интегрирования отклонения сигнала давления Р от своей уставки Р_У и отклонения расхода G_ПВ питательной воды от своей уставки G_УПВ в переходных режимах работы энергоустановки

Определенная разница между давлением пара и его уставкой, а также между расходом питательной воды и его уставкой, которую определяет уставка ограничения в блоке 3, означает наличие переходного процесса.

Остановка интегрирования отклонения давления пара Р от своей уставки Р_У и отклонения расхода G_ПВ питательной воды от своей уставки G_УПВ в переходных режимах исключает влияние работы интегратора в переходных режимах на точность измерения расхода питательной воды в установившемся режиме и, следовательно, сохраняет эту точность в переходных режимах работы энергетической установки.

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

ЯР - ядерный реактор;

ПГ - парогенератор;

Т - турбина;

Р - давление пара;

Р_У - уставка давления пара;

ΔР - сигнал отклонения давления пара от своей уставки;

ΔР_огр - уставка ограничения сигнала ΔР;

G_пв - расход питательной воды;

G_упв - уставка расхода питательной воды;

ΔG_ПВ - сигнал отклонения расхода G_ПВ питательной воды от своей уставки G_УПВ, сигнал автоматического управления насосом питательной воды;

ΔG_огр - уставка ограничения сигнала ΔG_ПВ;

1 - формирователь сигнала автоматического регулирования давления пара;

2 - интегратор;

3 - формирователь сигнала остановки работы интегратора по отклонению ΔР от ΔР_огр и ΔG_ПВ от ΔG_огр;

4 - корректор расхода питательной воды;

5 - формирователь сигнала ΔG_ПВ автоматического управления насосом питательной воды (алгебраический сумматор сигналов);

6 - блок управления насосом питательной воды.

Расход питательной воды G_пв регулируется насосом путем его управления по разнице сигналов измеренного расхода G_пв и его уставки G_упв, поступающей из формирователя 5 на блок управления 6 насосом питательной воды. В установившемся режиме работы энергетической установки измеренный сигнал расхода питательной воды корректируется по сигналу интегрирования интегратором 2 разности измеренного давления пара Р и его уставки Р_у.

По сигналу ΔР отклонения давления пара Р от своей уставки Р_У через блок 1 регулируют давление пара.

Время интегратора 2 определяют в процессе математического моделирования автоматического регулирования расхода питательной воды и давления пара. Время интегратора 2 принимают таким, чтобы процесс корректировки сигнала расхода питательной воды не влиял на динамические характеристики регулятора насоса по отклонению расхода питательной воды от своей уставки.

Окончательная величина времени интегратора устанавливается по результатам натурных испытаний. Корректировка сигнала расхода питательной воды по интегралу отклонения давления пара от своей уставки повышает точность измерения и регулирования расхода питательной воды.

Формирователь 3 сигнала остановки работы интегратора 2 сравнивает свою уставку ΔР_огр с сигналом ΔР отклонения давления от своей уставки, поступающим на вход формирователя 3. Когда сигнал ΔР превысит уставку ΔР_огр формирователя 3, то он выдаст на интегратор 2 сигнал, который отключит процесс интегрирования. Сигнал на выходе интегратора 2 останется таким, каким он был до прихода сигнала с формирователя 3. При исчезновении сигнала с формирователя 3 интегратор 2 снова включается в свою работу.

Аналогично формирователь 3 имеет свою уставку ΔG_огр отклонения расхода G_ПВ питательной воды от своей уставки G_УПВ. Когда сигнал ΔG_ПВ на выходе блока 5 превысит уставку ΔG_огр, формирователь 3 остановит работу интегратора 2.

В установившемся режиме работы энергоустановки его система автоматического регулирования устанавливает баланс между вырабатываемой и отбираемой мощностью энергоустановки при заданной Р_у оптимальном давлении пара для турбины.

Кроме того, в установившемся режиме работы энергоустановки схема коррекции расхода питательной воды парогенератора действует как астатический регулятор давления пара, повышая точность его регулирования и кпд энергоустановки.

Зона нечувствительности интегратора 2 по сигналу ΔР определяет точность поддержания давления пара в установившемся режиме работы энергоустановки.

Это означает также, что погрешность измерителя расхода питательной воды после корректировки его сигнала по давлению пара практически не влияет на точность поддержания расхода питательной воды и давления пара, поскольку откорректированный сигнал расхода питательной воды соответствует в своем масштабе фактической мощности энергетической установки. Что также подтверждает полезность предложенного технического решения.

Зона нечувствительности сигнала на входе интегратора должна обеспечивать необходимую точность поддержания давления пара в установившихся режимах и устойчивость системы регулирования расхода питательной воды в переходных и установившихся режимах работы энергоустановки.

Реализация предлагаемого технического решения повышает точность регулирования расхода питательной воды парогенератора и давления пара, повышает кпд энергоустановки по сравнению с прототипом.

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 (ЯЭУ), включая стационарные и транспортные ядерные энергетические установки, в том числе с жидкометаллическим теплоносителем ядерного реактора и закритическими параметрами пара. Технический результат - повышение точности измерения расхода питательной воды за счет компенсации погрешности его измерителя. В способе управления ЯЭУ расход питательной воды парогенератора регулируют управлением насоса по сигналу отклонения расхода питательной воды от своей уставки, а также измеряют и регулируют давление пара. При этом производят интегрирование сигнала отклонения давления пара от своей уставки, по которому корректором изменяют масштаб сигнала расхода питательной воды. Введена уставка ограничения отклонения давления пара от своей уставки и уставка ограничения отклонения расхода питательной воды от своей уставки. При превышении уставок отключают сигнал от входа интегратора и останавливают процесс интегрирования. Когда указанных превышений уставок ограничения нет, интегратор работает. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ управления ядерной энергетической установкой, при котором расход питательной воды парогенератора регулируют управлением насоса по сигналу отклонения расхода питательной воды G_пв от своей уставки G_упв, а также измеряют и регулируют давление пара P, отличающийся тем, что дополнительно вводят интегрирование сигнала отклонения ΔP давления пара P от своей уставки P_у, корректор и процесс изменения корректором масштаба сигнала расхода питательной воды по результату интегрирования.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно вводят сигнал отключения входа интегратора и процесс остановки интегрирования сигнала отклонения давления пара от своей уставки.

3. Способ по п.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительно вводят уставку ΔР_огр ограничения сигнала ΔP отклонения давления пара от своей уставки, а в случае превышения уставки ΔР_огр ограничения сигналом ΔР отклонения давления пара от своей уставки формируют сигнал отключения сигнала от входа интегратора, по которому производят остановку процесса интегрирования сигнала отклонения давления пара от своей уставки.

4. Способ по п.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительно вводят уставку ΔG_огр ограничения сигнала ΔG_пв отклонения расхода питательной воды от своей уставки, а в случае превышения уставки ΔG_огр ограничения сигналом ΔG_пв отклонения расхода питательной воды от своей уставки формируют сигнал отключения сигнала от входа интегратора, по которому производят остановку процесса интегрирования сигнала отклонения давления пара от своей уставки.