Система регулирования турбины Советский патент 1987 года по МПК F01D17/20 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при автоматизации управления паровыми турбинами.

Цель изобретения - повышение надежности.

На фиг. 1 приведена схема системы регулирования турбины; на фиг. 2 - схема формирователя заданной мощности; на фиг. 3 - схема многорежимного интегратора; на фиг. 4 - схема многоканального коммутатора; на фиг. 5 - схема блока управления; на фиг 6 - схема формирователя поправки по давлению.

Система регулирования турбины (фиг. 1) содержит формирователь 1 заданной мощности, ограничитель 2 заданной мощности, вы- явитель 3 минимального сигнала, на входы которого поступают сигналы блоков ограничения максимальной мощности (не показаны). Такими сигналами являются сигналы от задатчика максимально допустимой мощности, устанавливаемой оператором, от задат- чика допустимой мощности по состоянию технологического оборудования, от задатчика допустимой величины нагрузки, соответствующей температуре и влажности пара, от формирователя уровня ограничения по сиг- налу, от датчика относительного удлинения ротора турбины, от блока формирования уровня длительного ограничения мощности по командам энергосистемной противоаварий- ной автоматики и др.

Система содержит также датчик 4 дав- ления пара перед турбиной, формирователь 5 поправки но давлению, датчик 6 частоты вращения ротора турбины, формиро ватель 7 сигнала рассогласования по частоте вращения, задатчик 8 частоты вращения ротора турбины, первый сумматор 9, датчик 10 мощности, блок 11 управления, входы которого подключены к датчику 4 давления пара, датчику 6 частоты вращения, датчику 10 мощности, а также к воздушному выключателю (ВВ) генератора и к реактору (не ноказа- ны) многорежимный интегратор 12, многока- нальный коммутатор 13, второй сумматор 14.

Формирователь 1 заданной мощности (фиг. 2) содержит задатчик 15 уставок, кварцевый генератор 16, первый аналоговый компаратор 17, первый вход которого подключен к выходу задатчика 15 уста- вок, второй аналоговый компаратор 18, первый вход которого соединен с выходом датчика 10 мощности. Выходы обоих компараторов 17 и 18, а также выходы кварцевого генератора 16 подсоединены к входам коммутатора 19 сигналов. Формирователь 1 заданной мощности содержит также реверсивный счетчик 20, входы которрго подключены к выходам коммутатора 19 сигналов, а выход соединен с входом преобразователя 21 код-напряжение, сумматор-коммута- тор 22, предназначенный для суммирования в режимах регулирования давления пара задания по мощности с поправкой по давлению, поступающей от формирователя 5 поправки по давлению, а также в режимах поддержания частоты (РЧ) и разворота (РР) задания по мощности с поправкой по частоте, поступающей от формирователя 7 сигнала рассогласования по частоте. Выход преобразователя 21 подключен к первому входу сумматора-коммутатора 22, а также к вторым входам аналоговых компараторов 17 и 18. В режиме планового нагружения (раз- гружения), поддержания мощности (РМ), поддержания частоты (РЧ) коммутатор 19 подключает на входы реверсивного счетчика

20сигнала суммирования Исч или вычитания Дсч от компаратора 17 по результатам сравнения сигнала задатчика 15 уставок с выходным сигналом преобразователя

21код-напряжение и сигнал /сч от кварцевого генератора 16. Темп планового нагружения (разгружения) ту|)бины до уровня, задаваемого оператором в задатчике 15 уставок, определяется частотой кварцевого генератора 16. По командам от блока 11 управления в режиме поддержания давления и разворота коммутатор 19 устанавливается в положение пропускания на входы реверсивного счетчика сигналов суммирования Sc.i или вычитания Дел с выхода компаратора 18 и сигнала /ел от кварцевого генератора 16. Реверсивный счетчик переводится в режим слежения за текущим значением мощности, поступающим от датчика 10 мощности.

Многорежимный интегратор 12 (фиг. 3) содержит формирователь 23 направления интегрирования, формирователь 24 скорости интегрирования, выполненный в виде входного преобразователя 25 напряжение-частота и управляемого делителя 26 частоты, коммутатор 27, реверсивный счетчик 28 и выходной преобразователь 29 код-напряжение. Коммутатор 27 пропускает на входы реверсивного счетчика 28 сигналы суммирования 2сч или вычитания Дсч от формирователя 23 направления интегрирования и сигнал / от формирователя 24 скорости интегрирования. Если входной сигнал от сумматора 9, определяемый как разность между заданной и измеренной величиной параметра, является положительным, формирователь 23 направления интегрирования, выполненный, например, в виде нуль-органов, формирует на своем выходе сигнал суммирования, а входной преобразователь 25 напряжение-частота формирует частоту, пропорциональную величине своего входного сигнала. Величина этой частоты больше необходимой для любого из режимов регулирования избранного параметра. Однако управляемый делитель 26 частоты делит эту частоту до необходимой величины. Коэффициент деления делителя 26 частоты устанавливается по сигналу блока 11 управления в зависимости от постоянной времени

выбранного режима регулирования. Таким образом, формирователь 24 обеспечивает интегрирование сигнала рассогласования с необходимой для любого выбранного режима скоростью. Реверсивный счетчик 28 по сигналам коммутатора 27 изменяет свое состояние до тех пор, пока сигнал с выхода сумматора 9 не станет равным нулю.

Многоканальный коммутатор 13 (фиг. 4) содержит усилители 30-36 и переключатель 37. Коэффициент усиления усилителя 30 соответствует коэффициенту пропорциональной составляющей алгоритма регулирования в режиме разворота (сброса нагрузки).

Коэффициент усиления усилителя 31 соответствует коэффициенту пропорциональ- ной составляющей в режиме поддержания частоты по статической характеристике частота- мощность при частоте сети Fc.fHOM-|- + Af (где fiioM - номинальная частота сети; Af - заданное отклонение частоты сети от номинала).

Коэффициенты усиления усилителей 32-

36устанавливаются соответственно, исходя из величин пропорциональных составляющих в режимах поддержания мощности (РМ), поддержания давления (РД-1), стерегущего режима поддержания давления {РД-2), поддержания частоты (РЧ) при частоте сети Fc ;/ OM-Af, поддержания давления и мощности по статической характеристике давление-мощность (РДМ).

При поступлении от блока 11 управле- ния на управляющий вход переключателя

37сигнала о включении режима разворота на выход многоканального коммутатора 13 пропускается сигнал, прошедщий усилитель 30 и соответствующий пропорциональной составляющей алгоритма регулирования в режиме разворота. Аналогично при включении блоком 1 управления согласно принятой иерархии других режимов на выход коммутатора 13 пропускается сигнал, пропорциональной составляющей алгоритма регулирования соответствующего режима.

Блок 11 управления (фиг. 5) содержит компаратор 38, задатчик 39 уставок, задат- чик 40 диапазона автоматического включения режима поддержания мощности (РМ), компараторы 41 и 42, задатчик 43 уставок ав- томатического включения стерегущего режима поддержания давления (РД-2), задатчик 44 уставок; компаратор 45, орган 46 управления турбиной вручную, кнопку 47 включения р«жима РДМ, иерархический коммутатор 48, состоящий из инверторов и логи- ческих схем И-НЕ, согласующий блок 49.

Алгоритм работы блока управления определяет зависимость режимов работы системы регулирования турбины от сигналов

и команд со стороны реактора, оператора, состояния оборудования, параметров турбогенератора. При одновременном поступлении сигналов на включение режимов приоритет

10

5

5 20

5

о

5

j 0

5

имеет сигнал, стоящий на более высокой ступени иерархии.

Ниже приведены сигналы в порядке убывания приоритета:

сигнал об отключении выключателя генератора, по которому включается «Режим сброса нагрузки (разворот);

сигнал о возрастании частоты сети сверх заданной величины, формируемый компаратором 38 путем сравнения сигналов датчика 6 частоты и задатчика 39 уставок. По этому сигналу должно происходить автоматическое переключение на «Режим РЧ и изменение мощности турбины при изменении частоты сети в соответствии со статической характеристикой частота-мощность;

сигнал на автоматическое включение режима поддержания мощности «Режим РМ, формируемый компаратором 41, при текущей мощности турбоагрегата ниже, чем уставка задатчика 40;

сигнал на автоматическое включение стерегущего режима поддержания давления «Режим РД-2, формируемый компаратором 42, при снижении давления пара, ниже величины уставки задатчика 43;

сигнал от реактора на включение режима поддержания давления пара перед турбиной «Режим

сигнал о снижении частоты сети ниже заданной величины, формируемый компаратором 45 путем сравнения сигналов датчика частоты 6 и задатчика 44 уставок. По этому сигналу должно происходить автоматическое переключение на «Режим

сигнал от кнопки 47 включения режима поддержания давления и мощности «Режим РДМ, в котором изменение мощности при изменении давления пара перед турбиной происходит по статической характеристике давление-мощность.

Иерархическая зависимость включения режимов регулирования в соответствии с заданным приоритетом реализуется иерархическим коммутатором 48. Сигналы на включение режимов подключаются к входам иерархического коммутатора в порядке убывания приоритета.

При поступлении сигнала на включение режима, находящегося на более высокой ступени иерархии, формируется запрет на схемы И-НЕ цепей прохождения сигналов включения режимов, находящихся на нижестоящих ступенях иерархии. Так, при поступлении сигнала об отключении выключателя генератора включается режим «Сброс нагрузки независимо от того, в каком режиме до этого работала система регулирования турбины.

«Режим РЧ при Fc fHOM-l-AF может быть включен только при отсутствии сигнала отключения выключателя генератора.

Включение режимов РМ, РД-2, РД-1, РЧ при fc :F OM-Af РДМ происходит подобным же образом при отсутствии .сигналов вышестоящих по приоритету соответственно.

Сигналы на включение режимов регулирования с выхода иерархического коммутатора 48 через согласующий блок 49 поступают на входы формирователя 1 заданной мощности, многорежимного интегратора 12, многоканального коммутатора 13, формирователя 5 поправки по давлению и других узлов.

Формирователь 5 поправки по давлению (фиг. 6) содержит третий сумматор 50, преобразователь 51 напряжение-частота, кварцевый генератор 52, нуль-органы 53 и 54, коммутатор 55 частоты, переключатель 56 реверса, реверсивный счетчик 57, преобразователь 58 код-напряжение, усилители 59 и 60, дополнительный коммутатор 61.

В режимах поддержания мощности (РМ), поддержания частоты (РЧ), разворота (РР) формирователь 5 поправки по давлению находится в режиме слежения за текущим значением давления.

Управление реверсивным счетчиком 57 в режиме слежения осуществляется переключателем 56 реверса по командам блока И и сигналам, поступающим от нуль-органов 53 и 54, сформированным по результатам сравнения выходных сигналов датчика 4 давления и преобразователя 58 код-напряжение в сумматоре 50 и нуль-органах 53 и 54. В режиме слежения на первый вход реверсивного счетчика 57 подается через коммутатор 55 частоты, управляемый сигналами блока 11 управления, частота с выхода преобразователя 51 напряжение- частота. При включении режима РД-1 по команде блока 11 управления прекращается режим .слежения и реверсивный счетчик 57 устанавливается в режим памяти (частота с выхода коммутатора 55 частоты на первый вход реверсивного счетчика не поступает). Дальнейщее изменение текущего давления приводит к формированию сигнала рассогласования на выходе сумматора 50 и сигнал рассогласования через усилитель 59 и дополнительный коммутатор 61 поступает на формирователь 1 заданной мощности.

По командам блока 11 управления может изменяться уставка давления пара перед турбиной (код, зафиксированный в реверсивном счетчике в момент включения режима РД-1).

Темп изменения уставки при ручном управлении турбиной определяется частотой кварцевого генератора 52.

По команде блока И управления (при падении текущего давления пара перед турбиной ниже минимально допустимого уровня для нормальной работы парогенератора) в момент включения режима РД-2 формирователь 5 поправки по давлению кратковременно переводится в режим слежения, по заверщении которого в реверсивном счетчике 57 запоминается давление, соответствующее уставке автоматического включения режима РД-2, формируемое задатчиком 43 (фиг. 5).

Дальнейщее изменение текущего давления в режиме РД-2 приводит к формированию сигнала рассогласования на выходе третьего сумматора 50, который через усилитель 59 и дополнительный коммутатор 61 юдается на формирователь 1 заданной мощности. По команде блока 11 управления . при включении режима РДМ оператором режим слежения формирователя 5 прекращается и реверсивный счетчик 57 устанавл ива- ется в режим памяти. Изменение текущего

давления пара приводит к возникновению сигнала рассогласования на выходе третьего сумматора 50. Разностный сигнал через усилитель 60, формирующий неравномерность характеристики давление-мощность и коммутатор 61, переключаемый по команде

блока 11 управления, поступает на формирователь 1 заданной мощности.

Система регулирования в режиме поддержания мощности работает следующим образом.

Е:сли сигнал с выхода формирователя 1

заданной мощности не превышает уровня ограничения, поступающего от выявителя 3 минимального сигнала, то через ограничитель 2 он поступает на выход первого

сумматора 9 в качестве заданного значения моплности. Если сигнал формирователя 1 превышает выходной сигнал выявителя 3, то гюследний, минимальный из уровней ограничения, передается на сумматор 9 как задание по мощности. В первом сумматоре

вычисляется разность между заданной и текущей мощностью, пропорциональной выходному сигналу датчика 10 мощности. Разностный сигнал с выхода сумматора 9 поступает на входы многорежимного интегратора 12 и многоканального коммутатора 13.

Блок 11 управления устанавливает в интег- pEiTope 12 постоянную времени, соответствующую режиму поддержания мощности (РМ), а в многоканальном коммутаторе 13 подключает на выход сигнал усилителя, соответ- ствующий пропорциональной составляющей для этого режима. Сформированный согласно алгоритму сигнал управления с выхода второго сумматора 14, па выход которого подаются сигналы с интегратора 12 и коммутатора 13, поступает на исполнительный

блок, перемещающий регулирующие органы турбины. Процесс регулирования в режиме поддержания частоты (РЧ) отличается от описанного выше тем, что в формирователе 1 заданной мощности по командам блока 11 управления при включении режима

РЧ задание по мощности, установленное оператором, суммируется с поправкой по частоте, поступающей от формирователя 7 рассогласования по частоте, а в интеграторе

12 и коммутаторе 13 устанавливается постоянная времени интегрирования и формируется пропорциональная составляющая алгоритма регулирования для режима поддержания частоты.

В режиме поддержания давления (РД-1) формирователь 1 заданной мощности переводится в режим слежения за текупдим значением мощности, сигнал о котором поступает от датчика 10 мощности.

Кроме того, в режиме РД-1, в формирователе 1 задание по мощности, равное текущему значению мощности, суммируется с поправкой по давлению, поступающей от формирователя 5. Если сигнал на выходе формирователя 1 не превыщает уровня огра- ничения, поступающего от выявителя 3 минимального сигнала, то он через ограничитель 2 поступает на вход сумматора 9, второй вход которого подключен к датчику 10 мощности.

В результате управляющее воздействие, сформированное согласно алгоритму регулирования в режиме поддержания давления (РД-1), не зависит от значения текущей мощности и определяется только выходным задающим сигналом формирователя 5 поп- равки по давлению.

Если в режиме поддержания давления РД-1 сигнал с выхода формирователя 1 превыщает выходной сигнал выявителя 3 минимального сигнала, то наименьший из уровней ограничения поступает на сумма- тор 9 в качестве задания по мощности.

Управляющее воздействие в данном случае обеспечивает поддержание мощности на достигнутом на момент возникновения ограничения уровня, что предотвращает аварийные ситуации и повыщает надежность турбоагрегата. После снятия ограничения система вновь переходит на поддержание давления.

Процесс формирования управляющего воздействия в режиме РД-2 (после кратковременного включения по команде блока 11 управления следящего режима формирователя 5, по заверщении которого в реверсивном счетчике 57 запоминается уставка автоматического включения режима РД-2) такой же, как и в режиме РД-1.

В режиме РДМ система регулирования работает следующим образом.

В формирователе 1 заданной мощности по команде блока 11 управления при включении режима РДМ задание по мощности, установленное оператором, суммируется с поправкой по давлению, поступающей от формирователя 5 поправки по давлению, а в интеграторе 12 и коммутаторе 13 устанав

ливается постоянная времени интегрирования и формируется пропорциональная составляющая алгоритма регулирования для режима РДМ.

При дальнейшем изменении текущего давления пара перед турбиной формируется управляющий сигнал согласно алгоритму и изменяется мощность в соответствии со статической характеристикой давление- мощность.

Формула изобретения

Система регулирования турбины, содержащая формирователь заданной мощности, входы которого подключены к датчику мощности, формирователю сигнала рассогласования по частоте вращения и к формирователю поправки по давлению, снабженному датчиком давления пара, а выход - к ограничителю заданной мощности, соединенному через первый сумматор со входами многорежимного интегратора и многоканального коммутатора, блок управления, входы которого связаны с датчиками мощности, давления пара, частоты вращения и с выклю- чателем генератора, а выходы - со входами формирователя заданной мощности, формирователя поправки, многорежимного интегратора и многоканального коммутатора, и второй сумматор, соединенный входами с выходами многорежимного интегратора и многоканального коммутатора, а выходом - с исполнительным блоком, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, формирователь поправки выполнен в виде третьего сумматора с подключенными к его выходу преобразователем напряжение-частота, двумя нуль-органами и двумя усилителями, коммутатора частоты с кварцевым генератором, реверсивного счетчика с переключателем реверса, дополнительного коммутатора и преобразователя код-напряжение, причем входы третьего сумматора подключены к датчику давления пара и к выходу преобразователя код-напряжение, связанному своим входом с выходом реверсивного счетчика, к входу которого подключен выход коммутатора частоты, подсоединенного к выходу преобразователя напряжение- частота, выходы у нуль-органов подключены к входу переключателя реверса, а выходы усилителей - к входу дополнительного коммутатора, к выходу которого подключен вход формирователя заданной мощности, а выходы блока управления связаны с коммутатором частоты, переключателем реверса и дополнительным коммутатором.

15

Гсу.

17

/lev

/

CV

v/if/7

19

z

л

у

д отчина 10

18

Ггл4 а

От cpopf upodome/ifl 5

Ото/юна 11

От 0}Ормиро ал7е/гя 7

От блоиа 11

/;

Д блонаИ

1

21

Фи2.Ъ

От доздушноео §ь/н/1ю а/77е/1/ (ВЗ)

От датчино& остошь/

От дагтшна

От

От р9анп7ор(2

Изобретение относится к теплоэнергетике и позволяет повысить надежность регулирования. Система содержит формирователь 1 заданной мощности, ограничитель 2, выявитель 3 минимального сигнала ограничения, датчик 4 давления пара перед турбиной, формирователь 5 поправки заданной мощности по давлению, датчик 6 и задат- чик 8 частоты вращения ротора турбины. формирователь 7 сигнала рассогласования по частоте, сумматоры 9, 14, датчик 10 мощности, блок управления, многорежимный интегратор 12 и многоканальный коммутатор 13. Система обеспечивает автоматический выбор режима регулирования по иерархии и формирование управляющего сигнала согласно заданным алгоритмам, формирователь поправки заданной мощности по давлению в зависимости от выбранного режима регулирования давления (астатический режим поддержания величины давления в момент включения режима, стерегущий режим поддержания минимальной уставки давления, режим регулирования давления и мощности по статической характеристике давление- мощность) вводит уставку и вырабатывает поправку по давлению для соответствующего режима. 6 ил. с (Л От блоков - ограничения мощности Ю CD СП .li исполниW -- тельному блоку to Фиг.1

Фиг. 5