Способ регулирования давления в парогенераторе энергоблока Советский патент 1993 года по МПК F01D17/20 

турбину регулирующими клапанами по изменению давления пара в парогенераторе при снижений его до первого предельно заданного значения с коррекцией по частоте вращения ротора турбины, изменения заданного значения мощности турбины и уменьшения расхода топлива при отключении циркуляционного или питательного насосов и достижении давлением в парогенераторе второго заданного предельного значения, по величине меньше первого.

Недостатком известного способа следует признать ограниченные возможности , по регулированию давления в заданных пределах в различных режимах работы парогенератора по причине применения ограниченного числа уставок по давлению и неоптимального состава сигналов регулирования. Неоптимальный состав сигналов регулирования приводит к ухудшению качества процессов регулирования по давлению в парогенераторе при аварийном отключении питательного или циркуляционного насосов; это приводит, в конечном итоге, к снижению точности регулирования, надежности и маневренности работы энергоблока.

Цель изобретения - повышение точности регулирования и надежности работы энергоблока.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе регулирования давления в парогенераторе энергоблока, содержащего турбину с регулирующими клапанами, питательный и циркуляционный насосы,путем измерения текущего давления в парогенераторе, текущей мощности турбины и частоты вращения ротора турбины, изменения расхода пара в турбину регулирующими клапанами по изменению давления пара в парогенераторе при достижении этим давлением первого заданного предельного значения с коррекцией по частоте вращения ротора турбины, изменения заданного значения мощности турбины и уменьшения топлива при отключении циркуляционного или питательного насосов и достижении давлением в парогенераторе второго заданного предельного значения, по величине меньше первого, согласно изобретению, задают третье предельное значение давления, по величине меньше первого и больше второго и равное текущему значению давления в момент подачи команды оператора, и поддерживают его изменением расхода пара на турбину по текущим значениям давления и мощности и первому заданному значению мощности, после отключения питательного насоса поддерживают первое предельное заданное значение давления с

коррекцией по сигналу задания скорости снижения мощности, а при отключении циркуляционного насоса - по второму заданному значению мощности с коррекцией по частоте вращения ротора.

На фиг.1 приведена блок-схема реализации способа регулирования; на фиг.2 - модули системы регулирования турбины; на фиг.З - структура одного из модулей систе- мы регулирования; на фиг.4 - схема воздействия модулей системы регулирования турбины в режиме РД1; на фиг.5,6,7 и 8 - схемы воздействия модулей системы регулирования турбины соответственно в ре- жимах РД2, РДМ, РД1М (модификация РД1) иТЗ.

Парогенератор 1 с циркуляционными петлями, в которых расположены циркуляционные насосы 2, подводящие рабочее тело к нагревательному элементу 3, вырабатывает пар, расход и параметры которого регулируются топливным органом 4, питательным клапаном 5, регулирующим расход питательной воды, поступающей в пароге- нератор через питательный насос б, и регулирующими клапанами турбины 8 (фиг.1).

В качестве парогенерирующей установки с элементами 1 -5 могут быть одноконтур- ные, двухконтурные и трехконтурные установки на ядерном и органическом топливе.

Топливным регулирующим органом 4 парогенераторов энергоблоков на ядерном топливе являются стержни СУЗ, а топлив- ным регулирующим органом 4 парогенераторов энергоблоков на органическом топливе является орган, регулирующий расход топлива (например, угля, газа).

Пар из парогенератора 1 поступает че- рез регулирующие клапаны 7 в турбину 8, на валу которой находится генератор 9.

Система автоматического регулирования (САР) 10 турбины получает сигналы:

первого и второго предельно заданного значения по давлению, соответственно Рзад1, Рзад2, в парогенераторе 1;

первого и второго заданного значения по мощности турбины 8, соответственно N3afl1, N3afl2;

заданного значения по частоте вращения fsafl ротора турбины 8;

задания по скорости снижения тепловой мощности - ,задт парогенератора 1;

по текущей мощности N турбины 8;

по текущему давлению Р в парогенераторе 1;

по текущей частоте вращения f ротора турбины 8.

Система 10 воздействует через сервомотор 11 на регулирующие клапаны 7, обеспечивая работу энергоблока в различных режимах регулирования частоты, мощности и давления,

В качестве сигнала по текущей мощности N турбины 8 может быть сигнал по паровой мощности турбины, по электрической мощности генератора 9, по давлению пара в промежуточных ступенях турбины.

Сигнал по паровой мощности турбины 8 определяется как сумма показаний датчиков давления пара в ступенях турбины. Сигнал по электрической мощности генератора поступает с датчика электрической мощности, установленного на генераторе.

Сигнал f по текущей частоте вращения ротора турбины поступает с датчика частоты вращения, установленного на роторе турбины 8; в. случае работы энергоблока в режиме регулирования частоты и мощности электрической сети в качестве датчика частоты может быть применен датчик частоты электрической сети.

Значения Р3ад1, М3ад1 больше соответствующих значений Р3ад2, N3afl2.

Сигналы P,N,f-аналогового типа.

d N3aflT

Значения Р3ад1, Р3,д2,

dt

-, f

зад,

N3aA устанавливаются оператором.

Значения Ы3ад2 устанавливается автоматически по сигналу от автоматической защиты 12.

Автоматическая защита (A3) 12 паро- генерирующего оборудования получает сигнал v об отключении циркуляционного насоса 2 и сигнал V2 об отключении питательного насоса 6.

A3 12 вырабатывает:

дискретные (типа да-нет) сигналы п и Л2 соответственно на включение режимов ТЗи РДМ1;

аналоговый сигнал задания по мощности Nsap.2 в режиме ТЗ;

аналоговый или дискретный сигнал лз на включение системы ограничения тепловой мощности ТЗ.

Сигналы л-|, вырабатываются по сигналу vi;

сигналы Л2, Лз вырабатываются по сигналу V2,

Система 13 ограничения тепловой мощности парогенератора 1 воздействует че- рез топливный регулирующий орган 4 на уменьшение тепловыделения в нагревательном элементе 3. Система 13 может получать сигналы по давлению в парогенераторе 1, по нейтронной мощности нагревательного элемента 3 и по средней

температуре теплоносителя первого контура, определяемой как среднее арифметическое от температур теплоносителя на входе и выходе нагревательного элемента 3. Сигнал лз, воздействующий на систему 13, в зависимости от схемы выполнения системы 13 и A3 12, может быть:

дискретным сигналом, который подключает к системе 13 определенное аналоговое задание М3адт по тепловой мощности парогенератора 1;

аналоговым сигналом задания Ызадт по тепловой мощности парогенератора, величина которого вырабатывается системой 12. В качестве сигнала Ызадт может быть:

задание по нейтронной мощности в нагревательном элементе 3;

задание по средней температуре теплоносителя 1-го контура.

Значение М33дт в режимах ТЗ и РД1М меньше, чем в предшествующих режимах Э(РД1,РД2идр.).

Различные способы выработки сигналов Л1, Л2, ЛЗ, Мзад2, №адт, V , V2 И схемы

выполнения системы 13 и A3 12 изложены в 1-3, 5.

САР 10 включает модули (фиг.2): определение условия и выдача команды на включение режима 14 (РД1 или РД2, или РДМ, или РДШ, или ТЗ соответственно по фиг.4-8);

выбор сигнала регулирования 15; безударный переход 16: выбор параметров настройки 17. Модуль 14 включает подмодули (фиг.З): автоматическое определение условия включения режима 18;

выдача команды на включение режима 19;

запоминание текущего давления 20 (в режиме РДМ по фиг.6).

Подмодуль 18 определяет автоматическое включение режимов РД1 и РД2 при достижении давлением Р уставок соответст- венно Рзад1 и Р3ад2 (фиг.З).

Подмодуль 19 выдает дискретные команды (сигналы) A (Ai, A2, Аз, A-, As) на включение (фиг.З):

режима РД1 по сигналу от подмодуля 18 в виде команды AI;

режима РД2 по сигналу от подмодуля 18 в виде команды А2;

режима РДМ по сигналу оператора в виде команды Аз;

режима РДШ по сигналу л в виде команды А4;

режима ТЗ по сигналу п в виде команды As.

Модуль 15 по команде А от подмодуля 19 модуля 14 о включении режима работы (фиг.2, 3) включает определенное сочетание сигналов регулирования для включенного режима работы из общего числа подаваемых на вход модуля 15 сигналов регулирования, а именно:

по команде Ат - сигналы f, тзад, Р, Рзад1 режима РД1;

по команде А2 - сигналы Р, Рзад2, f, faafl режима РД2;

по команде Аз - сигналы Р, N, М3ад1, f, fsafl режима РДМ;

по команде А4 - сигналы f, Р, Р3ад1,

d Мзадт

dt

-, faafl режима РД1М;

по команде Ад - сигналы N, М3ад2, f, тзад режима ТЗ.

Модуль 16 безударного перехода по команде А от подмодуля 19 модуля 14 о включении соответствующего режима (фиг.2,3) вырабатывает аналоговый сигнал типа a, (ai, 32, аз, 34, as) (фиг.2), амплитуда которого равна тому значению, которое требуется для компенсации остаточного сигнала регулирования от предшествующего режима работы, причем при включении режима РД1 или РД2, или РДМ, или РД1М, или ТЗ вырабатывается дополнительный сигнал соответственно ai, 32, аз, 34, as (фиг.4-8). Тогда в момент безударного перехода в любой из вышеуказанных режимов суммарный сигнал на выходе модуля 16 равен нулю, и переключение в соответствующий режим осуществляется плавно.

Модуль 17 по команде от подмодуля 19 модуля 14 о включении соответствующего режима (фиг.2,3) вырабатывает ПЙ закон регулирования с различным составом сигналов регулирования и различными оптимальными численными значениями параметров настройки в зависимости от режима, а именно: в режиме РД1, РД2, РДМ, РД1М, ТЗ закон регулирования имеет вид уравнений соответственно: 1, 2, 3,4 и 5

Р М - (Мзад1 - N) + (Р - РзадЗ) +

+ (N3aAl N) + + РТ(р РзаАз)

(3)

1 ° / -ру (Р - РзадО + / (Р - Рзад1)оЧ - 1 ф ь d Мзадт/d t d Мзадтн/Й t

.-$- (№ад2 N) (NsaA2

-N)(4)

(5)

0

5

0

5

:

T;

зад

зад

j- (i- перемещение клапанов 7 турбины в относительных (безразмерных) единицах, при которых значению равному единице, соответствует полностью открытое положение клапанов, а значению /, равному нулю - полностью закрытое;

Ki, I 1...3; Ti(C) i 1...5; di. I 1. 2 - численныезнэчения параметров настройки; Ki, 5i - безрэзмерные;

Pi, Рн, Рзад1, Рзад2 кг/см2 - соответственно текущее, на номинальном режиме работы энергоблока, первое предельно заданное, второе предельно заданное значение давления;

N, N3afli, М3ад2 МВТ - соответственно текущее, на номинальном режиме, первое заданное, второе заданное значение мощности;

f, faaA Гц - соответственно текущее, заданное значение частоты;

р - отклонение частоты в относительных единицах;

d Ызадт d N3aflTH | MBT

dt

dt

- соответ

Использование: системы автоматического регулирования парогенераторов энергоблоков. Сущность изобретения: в способе регулирования давления в парогенераторе энергоблока путем измерения давления в парогенераторе, мощности турбины и частоты вращения ротора турбины, изменения расхода пара в турбину по измеИзобретение относится к регулированию и защите энергетических машин типа парогенератор - турбина - генератор и может быть использовано на тепловых и атомных электростанциях. Известен спосоС защиты по давлению в парогенераторе в случае сброса электрической нагрузки, основанный на снижении тепловой мощности парогенератора путем снижения расхода топлива, на сбросе пара через БРУ и на открытии предохранительных клапанов парогенератора по сигналу о нению давления пара в парогенераторе при достижении первого заданного значения с коррекцией по частоте вращения ротора турбины, изменения заданного значения мощности турбины и уменьшения расхода топлива при отключении питательного и циркуляционного насосов и достижения давления в парогенераторе второго заданного предельного значения по величине меньше первого дополнительного формируют третье предельное значение давления, по величине меньше первого и больше второго и равное текущему значению давления в момент подачи команды оператора и поддерживают его изменением расхода пара на турбину по текущим значениям давления и мощности и первому заданному значению мощности, после отключения питательного насоса поддерживают первое предельное заданное значение давления с коррекцией по сигналу задания скорости снижения мощности, а при отключении циркуляционного насоса - по второму заданному значению мощности с коррекцией по частоте вращения ротора. 8 ил. повышении давления. Недостатком способа является то, что он не может быть применен для регулирования давления в парогенераторе при его снижении. Этого недостатка лишен известный способ регулирования давления в парогенераторе энергоблока, содержащего турбину с регулирующими клапанами, питательный и циркуляционный насосы, путем измерения текущего давления в парогенераторе, текущей мощности турбины и частоты вращения ротора турбины, изменения расхода пара в ел С vj 00 00 CJ о 4

, (р-рзад1) +

+ -гГр-/(Р-Рзад1)аЧ-4

г

р

Т1 Рн (Р-Рзад2) +

Н

+ -fiV/()

ственно величина задания по скорости снижения тепловой мощности в режиме РД1М, номинальная (типовая) величина задания по скорости снижения тепловой мощности при работе энергоблока в режимах регулирования частоты и мощности энергосистем;

d Мзадт / d Мзадтн

- . /---т- - - величина задания

по скорости снижения тепловой мощности в относительных единицах.

Численное значение параметров в уравнениях (1-5) для энергоблоков АЭС и ТЭС лежат в пределах:

О Ki 100, i 1...5; 1 Ti 200, I- 1...5; 0,01 5i 1,i 1,2;

1 d Мзадт / d Мзадтн 1QQ d t / d t

что установлено методами математического моделирования и опытом эксплуатации энергоблоков.

Для каждого типа энергоблоков и для каждого режима работы определяют методами математического моделирования и опытом эксплуатации энергоблоков оптимальные численные значения параметров из вышеуказанного предела.

На фиг.2 изображено, что выход модуля 15 является входом модуля 16, выход которого является входом модуля 17. В общем случае эти модули могут представлять единое целое, и порядок их взаимного подключения может быть различен.

Модули и подмодули 14-20, САР 10, A3 12 и система 13 могут быть выполнены на аналоговой, цифровой, микропроцессорной элементной базе, в виде локальных регуляторов, микро-мини-ЭВМ. Например, модуль 15 может быть выполнен на элементах типа шифратор-дешифратор, модуль 16 - на элементах сравнения и запоминания, модуль 17 - на элементах усиления, интегрирования и управления, подмодуль 18 - на элементах сравнения, подмодуль 19 - на элементах управления, усиления, слежения, сравнения, подмодуль 20 - на элементах запоминания.

Способ осуществляется следующим образом.

При снижении давления Р в парогенераторе до первого предельного заданного значения Р3ад1, устанавливаемого оператором, подмодуль 18 модуля 14 подает команду на включение подмодуля 19. Последний по вышеуказанной команде или по команде оператора выдает команду AI на одновременное включение модулей 15, 16 и 17, что приводит к включению системы регулирования 10 в режим РД1 (фиг.4).

Модуль 15 по команде AI выбирает сигналы Р, Рзад1, faafl, f ИЗ ОбщбГО ЧИСЛЭ ИСПОЛЬзуемых на входе модуля сигналов регулирования и подает их на вход модуля 16.

Модуль 16 по команде AI вырабатывает сигнал ai, который компенсирует остаточный сигнал регулирования от предшествующего режима работы,

Модуль 17 по команде AI устанавливает закон регулирования по уравнению (1) и численные значения параметров настройки (Kj, TI, 5j), оптимальные для режима РД1.

Суммарный сигнал регулирования, пройдя модули 15-17 системы 10, безударно воздействует на сервомотор 11, который, прикрывая регулирующий клапан 7, изменяет в конечном итоге положение клапана 7 таким образом, чтобы давление в парогене- раторе 1 в режиме РД1 поддерживалось на уровне Рзадт; при этом положение клапана 7 корректируется по сигналу о частоте вращения ротора, представляющего разность сигналов заданного и текущего значения по частоте Мзад.

При снижении давления Р в парогенераторе до второго предельно заданного значения Рзад2, устанавливаемого оператором и лежащего ниже первого Р3ад1 и третьего Рзадз, подмодуль 18 выдает команду на включение подмодуля 19. Последний выдает команду А2 на одновременное включение модулей 15, 16 и 17, что приводит к включению системы регулирования 10 в ре- жим РД2 (фиг.5).

Модуль 15 выбирает сигналы Р. Р3ад2. f, fsafl и подает их на вход модуля 16.

Модуль 16 вырабатывает сигнал 32 безударного перехода.

Модуль 17 устанавливает закон регулирования по уравнению (2) и численные значения параметров настройки, оптимальные для режима РД2.

Суммарный сигнал регулирования, пройдя модули 15-17, безударно воздействует на сервомотор 11, который прикрывая клапан 7, изменяет в итоге положение клапана 7 таким образом, чтобы давление в парогенераторе 1 в режиме РД2 поддержи- валось на уровне Рзад2, при этом положение клапана 7 корректируется по сигналу о частоте вращения ротора.

По команде оператора на включение режима РДМ (фиг.6) подмодуль 19 выдает ко- манду Аз на одновременное включение модулей 15-17 и подмодуля 20.

Модуль 15 вырабатывает сигналы Р, N, N3afli, f, fsafl и подает их на вход модуля 16.

Помодуль 20 запоминает значение давления Р в парогенераторе в момент включения режима РДМ, которое становится третьим предельно заданным значением Рзадз и которое поступает на вход модуля 16.

Модуль 16 вырабатывает сигнал аз безударного перехода.

Модуль 17 устанавливает закон регулирования по уравнению (3) и численные значения параметров настройки, оптимальные для режима РДМ,

Суммарный сигнал регулирования, пройдя модули 15-17, безударно воздействует на сервомотор 11,который, прикрывая клапан 7, изменяет в итоге положение регулирующего клапана 7 таким образом, чтобы давление пара в парогенераторе поддерживалось на уровне РзадЗ по статической характеристике давление - мощность, при этом положение клапана 7 корректируется по сигналу о частоте вращения ротора.

Наличие в р.ежиме РДМ сигналов по текущей мощности, первого заданного значения по мощности, третьего предельно заданного значения по давлению, по величине меньшего первого и большего второго, определяемого путем запоминания текущего давления в парогенераторе в момент включения режима, и одновременного сочетания сигналов по текущему давлению в парогенераторе и по мощности, которые отсутствуют в режимах РД1 и РД2, приводит к улучшению качества переходного процесса по сравнению с прототипом и режимами РД1 и РД2 (к снижению перерегулирования по давлению относительно заданного значения на 5-10% и декремента затухания по давлению, определяемого как отношение последующей амплитуды колебания к предшествующей, на 10-20%) и в конечном итоге к повышению точности регулирования, маневренности и надежности работы парогенератора, которое выражается в уменьшении времени простоя парогенератора.

При аварийном отключении одного из питательных насосов 6 уменьшается расход питательной воды через клапан 5. При этом выключается режим РД1М по следующей схеме (фиг.7). ...

Сигнал Vz об отключении насоса 6 воздействует на срабатывание A3 12, которая вырабатывает сигнал лз, воздействующий через систему 13 и орган 4 на снижение тепловой мощности элемента 3.

Одновременно A3 12 вырабатывает сигнал на включение подмодуля 19. Последний выдает команду Аз на одновременное включение модулей 15-17.

Модуль 15 выбирает сигналы f, т3ад, Р,

d Гчзалт

РзадЧ, - . и подает их на вход модуля 16.

Модуль 16 вырабатывает сигнал аз.

Модуль 17 устанавливает закон регулирования по уравнению (4) и численные значения параметров настройки, оптимальные для режима РД1М.

Суммарный сигнал регулирования, пройдя модули 15-17, безударно воздействует на сервомотор, 11, который прикрывая клапан 7, изменяет в конечном итоге положение клапана 7 таким образом, чтобы дав- ление в парогенераторе 1 в режиме РД1М поддерживалось на уровне РзадЗ, при этом положение клапана 7 корректируется по сигналу по частоте вращения ротора.

Наличие дополнительного воздействия

d Ызадт

dt

в режиме РД1М, направленного на

более быстрое прикрытие клапанов 7 в начальном интервале времени включения режима, чем прикрытие в режимах РД1, РД2,

РДМ и в прототипе, и согласованного с воздействием через систему 13 на снижение тепловыделения в нагревательном элементе 3,- приводит к уменьшению перерегулирования по давлению в парогенераторе на

10-20% относительно первого предельно заданного значения по сравнению с режимами РД1, РД2, РДМ и прототипом. Это приводит в итоге к повышению точности регулирования и увеличению маневренности и надежности парогенератора, который выражается в уменьшении времени простоя парогенератора.

При аварийном отключении одного из циркуляционных насосов 2 включается режим ТЗ по следующей схеме (фиг.8).

Сигнал vi об отключении насоса 2 воздействует на срабатывание A3 12, которая вырабатывает сигнал лз, воздействующий через систему 13 и орган 4 на снижение

тепловой мощности элемента 3.

Одновременно A3 12 вырабатывает сигнал второго заданного значения по мощности МЭад2, по величине меньшего первого Nsafli, который поступает на вход от модуля 19.

Одновременно A3 12 вырабатывает сигнал на включение подмодуля 19. Последний выдает команду Аз на одновременное включение модулей 15-17.

Модуль 15 вырабатывает сигналы М3ад2, N, f, Тзад и подает их на вход модуля 16. Модуль 16 вырабатывает сигнал 35. Модуль 17 устанавливает закон регулирования по уравнению (5) и численные значения параметров настройки, оптимальные для режима ТЗ.

Суммарный сигнал регулирования, пройдя модули 15-17, безударно воздейст- вует на сервомотор 11,который, прикрывая

регулирующий клапан 7, изменяет в итоге положение клапана 7 таким образом, чтобы давление в парогенераторе 1 находилось в допустимых пределах и текущая мощность турбины 8 соответствовала заданной Ы3ад2, при этом положение клапана 7 корректируется по сигналу о частоте вращения ротора. Включение режима ТЗ при отключении насоса 2 с сигналами по текущей мощности турбины, по второму заданному значению мощности турбины, по величине меньшему первого, направленное на снижение расходе пара в турбину прикрытием клапанов турбины согласованно с воздействием через систему 12 на снижение тепловыделение в нагревательном элементе 3, приводит к уменьшению урегулирования подавлению в парогенераторе на 15-25% по сравнению с режимами РД1, РД2, РДМ и прототипом. Это приводит в конечном итоге к увеличению точности регулирования, маневренности и повышению надежности работы парогенератора и к снижению времени его простоя.

Формула изобретения Способ регулирования давления в парогенераторе энергоблока, содержащего турбину с регулирующими клапанами, питательный и циркуляционный насосы, путем измерения текущего давления в парогенераторе, текущей мрщности турбины и частоты вращения ротора турбины, изменения расхода пара в турбину регулирующими клапанами по изменению давления пара в парогенераторе при достижении его значением первого заданного предельного значения с коррекцией по частоте вращения ротора турбины, изменения заданного значения мощности турбины и уменьшения расхода топлива при отключении циркуляционного или питательного насосов и достижения давлением в парогенераторе второго заданного предельного значения по величине меньше первого, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования и надежности энергоблока, задают третье предельное значение давления, по величине меньше первого и больше второго предельных значений, и равное текущему значению давления в момент подачи

команды оператора, и поддерживают его изменением расхода пара на турбину по текущим значениям давления и мощности и первому заданному значению мощности, после отключения питательного насоса поддерживают первое предельное заданное значение давления с коррекцией по сигналу задания скорости снижения мощности, а при отключении циркуляционного насоса - по второму заданному значению мощности с коррекцией по частоте вращения ротора.

L

Ј/..

/4

Д/г

I A JrfjaC/ tt

/9

/7

w

//

L.

-г

П

AtWtAzAtAsl W7 I

I

г/7

J

Фиг.З