Содержание к диссертации
Введение
Глава первая. Способы и системы управления энергоблоками в аварийных ситуациях, состояние вопроса 9
1.1. Анализ аварийных ситуаций и способов управления энергоблоками 9
1.2. Оценка запасов теплоты аккумулированной в элементах энергоблока 22
1.3. Анализ устройств обнаружения аварийных ситуаций ;27
1.4. Задачи исследования 31
Глава вторая. Методика исследования и основы построения математической модели объекта управления
2.1. Постановка задачи и методы исследования 32
2.2. Методика и этапы разработки математической модели энергоблока, как объекта управления в аварийных режимах 35
2.3. Особенности построения математической модели энергоблока 41
2.4. Выводы 74
Глава третья. Экспериментально-теоретический анализ технологических защит снижения нагрузки
3.1. Постановка задачи 74
3.2. Разработка устройств обнаружения аварийных ситуаций 76
3.3. Идентификация энергоблока как объекта управления в аварийных режимах в условиях нормальной эксплуатации 91
3.4. Оптимизация структуры ТЗСН 99
3.5. Выводы
Глава четвертая. Лабораторные исследования технологических защит снижения нагрузки
4.1. Постановка задачи 116
4.2. Априорная информация об объекте управления
4.З Проверка адекватности априорной математической модели блока 28
4.4. Исследование ТЭСН и ее элементов на аналоговых вычислительных машинах 133
4.5. Использование расчетно-теоретической математической модели энергоблока 149
4.6. Выводы І58
Глава пятая. Промышленные исследования способов автоматического управления
5;1. Постановка задачи 162
5.2 Характеристика оборудования и промышленных экспериментов 163
5.3. Проверка и использование математической модели энергоблока 175
5.4. Экспериментальная проверка устройств обнаружения аварийных ситуаций 185
5.5. Экспериментальная проверка управления энергоблоком при отключении генератора от сети 187
5.6. Экспериментальная проверка управления энергоблоками при котельных аварийных ситуациях 201
5.7. Синтез системы автоматического управления энергоблоком в аварийном режиме 205
5.8. Выводы 208
Заключение 212
Литература 214
- Анализ аварийных ситуаций и способов управления энергоблоками
- Методика и этапы разработки математической модели энергоблока, как объекта управления в аварийных режимах
- Разработка устройств обнаружения аварийных ситуаций
- Априорная информация об объекте управления
- Характеристика оборудования и промышленных экспериментов
Анализ аварийных ситуаций и способов управления энергоблоками
Аварийные ситуации, вызывающие необходимость изменения эксплуатационной стратегии управления энергоблоком, могут быть подразделены на следующие виды, требующие
а) останова всего блока или его элементов (котел, турбина);
б) снижения нагрузки блока (или котла) ;
в) перевода на холостой ход блока (или котла на растопоч
ную нагрузку) ;
г) проведения локальных операций.
Следует подчеркнуть, что здесь , и в дальнейшем, рассматривается моно- и дубль энергоблоки с пылеугольными барабанными котлами.ликвидация аварийных ситуаций, требующих останова блока (котла или турбины), осуществляется с помощью системы предельных технологических защит (ТЗ). Локальные операции выполняются системой локальных технологических защит Снижение нагрузки и перевод блока в режим холостого хода (на растопочную нагрузку котла) обеспечивается системой технологических защит снижения нагрузки (ТЗСН). Системы локальных и предельных технологических защит достаточно хорошо изучены и внедряются в полном объеме, не встречая практически затруднений.
Система технологических защит снижения нагрузки до нижней границы диапазона регулирования котлоагрегата осуществляет снидениє нагрузки котла при отключении одного из парных механизмов (дымососов, дутьевых вентиляторов, вентиляторов первичного воздуха). Обнаружение аварийных ситуаций производится по отключению коммутирующего аппарата (размыканию его блок-контакта) Алгоритм разгрузки предусматривает снижение нагрузки котла в пределах его регулируемого диапазона путем дискретного воздействия на отключение части (30 %) пылепитателей котла и включение мазутных форсунок подхвата факела.
Учитывая, нто снижение нагрузки происходит с относительно небольшой скоростью и тепловидение в топке изменяется постепенно, обычно внедрение этой части защит не вызывает затруднений Значительно сложнее обстоит дело с ликвидацией других аварийных ситуаций, требующих снижения нагрузки, к ним относят :
- отключение одного из котлов в дубль-блоках от турбины ;
- ограничение нагрузки котла ;
- останов одного из двух питательных насосов без включения резервного ;
- асинхронного хода генератора (отключение АГП при работе генератора в сети) ;
- отключение генератора от сети при внешних повреждениях.
Во всех случаях, кроме последнего, величина изменения нагрузки не превышает 0,5-0,6 NHM» ЧТО позволяет достаточно успешно реализовать алгоритм разгрузки /6-8/.
Методика и этапы разработки математической модели энергоблока, как объекта управления в аварийных режимах
В соответствии с поставленными задачами исследования выбрана методика представляющая последовательное применение рас-четно-теоретического и экспериментального методов. Для построения расчетно-теоретической математической модели энергоблока как объекта управления в аварийных режимах использовались априорная информация об объекте управления, накопленная другими исследователями, основные физические законы и законы термодинамики. Априорная математическая модель объекта управления была уточнена по результатам лабораторных и промышленных экспериментов, Расчетно-теоретический подход позволяет определить структуру модели, экспериментальный - оценить количественное значение характерных параметров и определить их значимость /II2-II5/, Последовательное применение расчетно-теоретического подхода дает возможность облегчить процесс идентификации объекта управления и сократить затраты времени на получение динамических характеристик, а эксперимент позволяет по материалам значительно сокра--:. щенных и упрощенных испытаний определить параметры наиболее важных динамических характеристик. Адекватность разработанной математической модели проверена путем сопоставления результатов, полученных на математической модели при моделировании различных аварийных ситуаций и при испытаниях реально существующих сиетем для нескольких энергоблоков.
В ходе исследования на всех этапах его использовался теоретико-расчетный анализ промежуточных и конечных результатов. Все полученные результаты подвергались экспериментальной проверке и комплексному апробированию на реально действующих тепловых электрических станций на энергоблоках различной мощности: 55, НО, 210 МВт с разнообразным сочетанием оборудования (моно- и дубльблоки, схемы сжигания топлива с промбункером и прямым вдуванием, жидким и сухим шлакоудалением и т.д.). На промежуточных стадиях исследования использовались аналоговые вычислительные машины ( АВМ) МПТ-9 и АВК-2 3, результаты качественного анализа на АВМ проверены путем натурного эксперимента. Для получения ряда зависимостей разработана программа расчета на языке "ФОРТРАН-ІУ" и внедрена на машине ЕС-І033. Для разработки аппаратурных решений наряду с расчетными методами широко использовалось макетирование. Заключительным этапом разработки явилось опробование полученных результатов и эксплуатационная проверка внедренных систем ТЗСН на 9 энергоблоках І синоозерской, Приморской ГРЭС и ТЭС Джерада (Марокко).
Разработка устройств обнаружения аварийных ситуаций
Создание систем управления энергоблоками в аварийных режимах с помощью ТЗСН требует выявления аварийных возмущений и оценки их тяжести, в\ частности, особое значение приобретают аварийные ситуации, имеющие характер восстанавливаемых нарушений режима работы энергосистем, таких как ослабление связей с генерирующими узлами системы, появление небаланса активной мощности /147/. Многочисленные исследования показали, что именно такие возмущения в основном определяют устойчивость энергосистем/І48, 149/. С точки зрения поведения энергоблока различают следующие режимы работы ;
- примерно постоянная нагрузка (скорость вариаций нагрузки менее I %/ мин) ;
- медленные изменения нагрузки (скорость вариаций нагрузки менее 5 %/ мин) ;
- быстрые изменения нагрузки (скорость изменения нагрузки менее 25 % / мин) ;
- внезапное аварийное погашение котла (скорость изменения нагрузки менее 4 % / с) ;
- полный сброс нагрузки /150/.
Первые два режима осуществляются с помощью автономных АСР без вмешательства оператора. Третий режим для обеспечения устойчивой работы энергоблока требует координированной работы всего комплекса АСР, а при отсутствии или неработоспособности какой-либо АСР и вмешательства оператора. Четвертый и пятый (к нему относят и частный случай - отключение генератора от сети при ее неисправности) режимы не могут быть реализованы на энергоблоках с пылеугольными котлами ни оператором, ни комплексом АСР, а требуют работы технологических защит снижения нагрузки иди других систем управления энергоблоком в аварийных режимах. С точки зрения разработки устройств обнаружения аварийных ситуаций эти режимы представляют особый интерес.
Особенности режимов работы энергоблока позволяют сформулировать основные требования к защитным устройствам, в том числе и к устройству обнаружения аварийных ситуаций /151, 152/. Для выполнения своих функций защита должна быть чувствительной,селективной, быстродействующей и надежной. К ней предъявляются требования с точки зрения потребляемой мощности от измерительных электрических устройств, стоимости, габаритов, массы и условий эксплуатации. При кратковременных перерывах питания и подаче его вновь устройства, выявляющие вид аварийной ситуации, степень ее тяжести и необходимые управляющие воздействия, не должны давать ложных сигналов»
Априорная информация об объекте управления
В результате работ большого числа исследователей /10,19,23, 33/ накоплена значительная информация о поведении параметров технологического процесса энергоблоков при возникновении аварийных режшлов. Целесообразно провести проверки некоторых основных положений предлагаемой математической модели с помощью априорной информации по энергоблокам с близким основным оборудованием.
В качестве энергоблоков выбраны моноблок 210 МВт (котел ТП--100 с сухим шлакоудалением и турбина K-2IO-I30) и дубль-блок 210 МВт (котлы ТП-67 с жидким шлакоудалением и турбина K-2I0-I30). Выбор этих блоков в качестве основных источников априорной информации обусловлен близостью энергооборудования и полнотой содержания опытов /10,33,52/. В табл,. 4.1 приведены сведения об оборудовании энергоблоков, данные экспериментальных исследований которых использовались в настоящей работе. В табл . 4.2 и на рис. 4.1-4.6 приведены результаты испытаний. Из известных 20 опытов на рис. 4.1-4.6 показаны 6 опытов для трех энергоблоков (см.табл. 4.1). Данные по другим энергоблокам и результаты испытаний на них использовались эпизодически, для сопоставления отдельных моментов. Следует отметить, что априорная информация накоплена в результате работы различных исследователей, которые чаще всего решали прикладные задачи и вели исследования в свете своих представлений об объекте управления и своих целей, Последнее обстоятельство предопределило объем измерений и выбор методики испытаний, что существенно затрудняло использование результатов работ. При отборе априорной информации учитывалось и внедрение результатов исследований. Из результатов испытаний выбраны лишь относящиеся к математической модели энергоблока и непосредственно влияющие на структуру и схемы ТЗСН. Характеристики, относящиеся к выявлению и проверке критериев надежности работы оборудования, например, контроль температуры по металлу турбоустановки, температуры уходящих га зов, разность температур металла барабана» были проанализированы, но в данной работе не приведены. Для энергоблоков, имеющих одинаковое оборудование, для качественной оценки процессов недостающие данные использовались из результатов испытаний аналогичных блоков.
Характеристика оборудования и промышленных экспериментов
Промышленные эксперименты на реальном оборудовании предназначены для проверки и уточнения выдвинутых в ходе исследования технических решений и предположений по способам управления энергоблоками в аварийных режимах и их схемным реализациям. Программа и методика проведения испытаний были отработаны с учетом априорной информации и поставленных задач. В ходе промышленных экспериментов было необходимо решить следующие задачи.
1. Проверка непротиворечивости математической модели физичес _испоДЬ5ования_ кому объекту управления и определение возможнос1?ё1Рматематической модели объекта для целей прогнозирования поведения параметров технологического процесса в аварийных режимах.
2. Экспериментальное определение статических и динамических характеристик разработанных устройств обнаружения аварийных ситуаций и эксплуатационная проверка их надежностных свойств.
3. Проверка в промышленных условиях способов управления энергоблоком при неисправностях внешней сети и при котельных аварийных ситуациях.
4. Внедрение разработанных способов и схем управления энергоблоками в аварийных режимах.
Для решения поставленных задач было проведено 7 специально организованных опытов на 3 типах энергоблоков различной мощности. В эксплуатационной практике внедренные схемы управления энергоблоками, по имеющейся информации, ликвидировали около 50 аварийных ситуаций, однако использование этой информации по разным причинам затруднено.
5.2. Характеристика оборудования и промышленных экспериментов
Для проведения промышленных экспериментов были выбраны энергоблоки с различным составом оборудования, что позволяет рассмат-реть вопрос применения разработанных математических моделей, структур ТЗСН и методов идентификации объектов управления в ава- . рииных режимах на широком классе энергоблоков. Сводная характеристика оборудования исследованных энергоблоков приведена в табл. 5.1.
Энергоблок "А" - моноблок с котлом ТП-І58 и турбиной К-55-90. Котел имеет пылесистему с шаровыми барабанными мельницами и пром-бункером, жидкое шлакоудаление и не имеет промперегрева. Турбина и пита тельн о-деа эра ционная установка включает традиционный состав оборудования. Особенностью рассматриваемых энергоблоков этого типа является отсутствие БРОУ (имеется пусковая РОУ, время готовности которой 3-5 мин). На энергоблоках этого типа проводились исследования при аварийных ситуациях во внешней сети генератора.
