Исследование переходных режимов работы паросиловой части энергоблоков с учетом систем управления – часть 1

Энергетика      Постоянная ссылка | Все категории

на правах рукописи

На правах рукописи

ПИКИН МАКСИМ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПАРОСИЛОВОЙ ЧАСТИ ЭНЕРГОБЛОКОВ

С УЧЕТОМ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Специальность 05.14.14Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

Автореферат

диссертации

на соискание ученой степени

кандидата технических наук

МОСКВА 2008

Работа выполнена в ОАО «Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт» (ОАО «ВТИ»)

Научный руководитель – кандидат технических наук Нестеров Юрий. Викторович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Аракелян Эдик Койрунович

кандидат технических наук Бельский Александр Александрович

Ведущая организация Федеральное государственное унитарное предприятие «Санкт-Петербургский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт «Атомэнергопроект» (ФГУП «СПб АЭП»)

Защита состоится «___» ___________ 2008 г. в часов на заседании диссертационного совета Д.222.001.01 при ОАО «Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт» (ОАО «ВТИ») по адресу: 115280, г. Москва, ул. Автозаводская, 14/23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнического научно-исследовательского института (ВТИ).

Автореферат разослан «___» __________ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 222.001.01,

кандидат технических наук П. А. Березинец

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. В настоящее время ведется проектирование и строительство новых блоков в России и за рубежом. Для этих блоков разрабатывается новое оборудование, технологические схемы, режимы работы и системы автоматического управления. Новые технологические решения по оборудованию и схемам связаны не только с необходимостью совершенствования оборудования, но и с повышением требований к участию блоков в работе энергосистем при нормальной эксплуатации и в аварийных режимах в энергосистеме. Усложнение конструкции оборудования, схемных решений и режимов работы предъявляют повышенные требования к качеству работы блоков для обеспечения их надежной работы.

Повышенные требования к качеству работы блоков в переходных режимах выдвинули новые требования по системам управления, что привело к кардинальному изменению структуры блочного щита управления. Привычная полная мнемосхема пароводяного тракта блока с обилием индивидуальных приборов и ключей управления заменяется на операторские станции с выводом всей информации на дисплеи в виде видеограмм и управлением через виртуальные окна, ограниченное количество которых можно вызвать одновременно на дисплей операторской станции.

Такой современный способ управления дешевле большого количества пультов и панелей с полной мнемосхемой, но предъявляет дополнительные требования к степени автоматизации переходных процессов из-за ограничения в объеме одновременно получаемой информации и в доступе к средствам управления. Необходим комплексный подход к управлению всем оборудованием блока, позволяющий разгрузить оператора от многочисленных локальных переключений и сохранить за ним только функции контроля и управления наиболее важными процессами.

Разработка технологических схем, режимов работы и комплексных систем управления всем блоком невозможна без серьезного анализа переходных режимов работы оборудования блока и работы систем управления. Таким образом, анализ переходных режимов работы оборудования и автоматических систем управления технологическими процессами энергоблоков является важнейшим аспектом разработки тепловых схем, выбора типа и конструкции оборудования, систем управления и эксплуатации.

Анализ переходных режимов частично может быть выполнен по расчету статических состояний для нескольких моментов по времени процесса, однако такой метод может быть с достаточной степенью достоверности использован только для медленных процессов. Для анализа отдельных систем используются локальные модели, однако на блоке все процессы взаимосвязаны и такой метод может иметь ограниченное применение. Метод экспериментального исследования переходных процессов на блоке выполняется при пусковых операциях и при эксплуатации, но он непригоден при разработке нового проекта до пуска блока.

Актуальность темы диссертации обусловлена отсутствием подхода к анализу и совершенствованию технологических схем, режимов работы оборудования и функционирования систем управления на основе расчетных методов, охватывающих блок в целом. Исследование с помощью расчетной модели, созданной с учетом конструктивных характеристик оборудования и систем управления, характеризующих его динамические свойства, позволит провести качественный и количественный анализ переходных режимов работы блока электростанции на стадии его разработки.

Цель работы: Целями работы являются:

- разработка комплексного подхода к исследованию переходных режимов работы блока на основе разработанной математической модели расчета технологических параметров блока;

- проведение исследований переходных режимов работы оборудования энергоблоков с учетом систем управления;

- проведение анализа результатов исследования;

- разработка на их основе технических предложений по оптимизации технологических схем, режимов работы и систем автоматического управления;

- выполнение расчетного обоснования предлагаемых технических решений.

Научная новизна: Представленная работа содержит новый подход к исследованию переходных режимов работы блока на основе комплексного математического моделирования технологических систем и автоматических систем управления всем оборудованием. Работа содержит новую комплексную математическую модель расчета технологических параметров по оборудованию и системам управления в переходных режимах. На основе расчетного анализа разработан подход к выбору режимов работы блока, характеристик оборудования, схемных и компоновочных решений. Работа содержит подход к разработке структурных схем автоматического управления оборудованием, в соответствии с которым анализ разгонных характеристик оборудования и принятых структурных схем производится с помощью комплексной математической модели, а предварительная отработка структурных схем и настроек по разгонным характеристикам с помощью линейной модели.

При проведении работы получены следующие новые научные результаты:

- разработана комплексная математическая модель расчета технологических параметров оборудования паросиловой части энергоблоков в переходных режимах с учетом автоматических систем управления;

- проведены исследования переходных режимов работы с помощью разработанной математической модели и на основании анализа их результатов разработаны технические предложения по оптимизации технологической схемы, режимов работы оборудования и автоматических систем управления энергоблоков.

Практическая ценность полученных результатов. Для обеспечения высокого качества переходных режимов работы блока, включая работу при отказах оборудования вплоть до отключения турбины с потерей вакуума, представленный метод на стадии разработки проекта позволяет:

- оптимизировать схемы конденсатного и питательного трактов с регулирующими устройствами, схемы слива конденсата греющего пара из ПНД и ПВД с учетом компоновок, оптимизировать структурные схемы и настройки регуляторов расхода основного конденсата и уровня в подогревателях;

- выполнить анализ режима работы деаэратора при скользящем давлении в нем, оптимизировать компоновку деаэрационно-питательной установки и работу регуляторов подачи греющего пара в деаэратор для обеспечения надежной работы питательных насосов;

- оптимизировать характеристики и управление системы питания парогенераторов;

- оптимизировать схему главных паропроводов, характеристики и управление пуско-сбросными устройствами;

- уточнить режимы работы реакторной установки на АЭС.

Все эти решения нашли отражение в проектах строящихся энергоблоков.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

1. НТС ОТиТ ОАО ВТИ 2002 – 2007г. г.

2. Конкурсе молодых специалистов ОАО ВТИ 2007

3. 2-ом Всероссийском конкурсе РАО ЕЭС 2007

4. Конкурсе Российской Академии Наук «Новая Генерация 2007»

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 статей, в том числе 3 в рекомендованных ВАК РФ журналах.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, списка использованных источников. Работа представлена на 165 страницах, включая 59 рисунков.

Автор защищает: разработанный подход к исследованию переходных режимов работы блока, комплексную математическую модель переходных процессов на блоке, результаты проведенных с их помощью исследований переходных процессов и разработанные на основании исследований технические предложения по оптимизации технологических схем, режимов работы оборудования и автоматических систем управления паросиловой части энергоблоков.

Содержание работы

Во введении раскрыта актуальность темы, приводятся общие сведения об области исследований и постановке задач.

В первой главе рассмотрено современное состояние проблемы совершенствования схем, режимов работы и автоматических систем управления паросиловой части энергоблоков. Учитывая, что на блоках АЭС в связи с большей мощностью и более низким, чем на блоках ТЭС к. п.д., возникает больше новых проблем из-за больших расходов сред и диаметров трубопроводов, в качестве наиболее наглядного примера рассматриваются схемы блоков АЭС с ВВЭР-1000. Приведено описание двух наиболее распространенных типовых технологических схем АЭС с одновальной тихоходной турбиной К-1000-60/1500-2 ХТГЗ и с одновальной быстроходной турбиной К-1000-60/3000 ЛМЗ. Рассмотрены основные узлы данных схем:

Ø конденсатный тракт и система регенерации низкого давления

Ø питательный тракт и система регенерации высокого давления

Ø главные паропроводы и пуско-сбросные устройства

Ø пароснабжение собственных нужд

По каждому узлу дано описание входящего в него оборудования: конструкция, характеристики, рабочие параметры. Описаны технологические схемы включения оборудования и режимы его работы, обеспеченные автоматическими системами управления.

Несмотря на то, что схемы типовых энергоблоков уже отработаны и максимально оптимизированы на протяжении нескольких десятилетий, при проектировании новых блоков выявляются новые проблемы.

Анализируя описанные типовые технологические схемы, выявлены недостатки в системе дренирования ПНД при резких сбросах нагрузки или при отключении одного ПНД по пару. Отмечено также, что в связи с использованием новой конструкции смешивающего ПНД-2 вертикального типа с малой площадью сечения, появляются сложности в регулировании в нем уровня. Также возникает необходимость в проведении расчетного анализа схем и режимов работы в связи с применением новых деаэраторов, работающих на скользящем давлении. При резких сбросах нагрузки на паровой турбине падение давления в отборе, а, следовательно, и в деаэраторе может привести к опасному снижению запаса до требуемого подпора перед насосами. Отключение турбины с потерей вакуума приводит к размыканию второго контура со сбросом пара через БРУ-А в атмосферу и может привести к недопустимой потере теплоносителя второго контура.

Основной задачей работы является разработка технических предложений по оптимизации технологических схем, режимов работы оборудования и автоматических систем управления путем проведения расчетных исследований переходных режимов работы оборудования паросиловой части энергоблока с помощью комплексной математической модели расчета технологических параметров по блоку.

Во второй главе представлено описание математической модели паросиловой части энергоблока с учетом автоматических систем управления. Разработана модель, позволяющая:

· определить изменения технологических параметров в различных видах оборудования машинного зала электростанций при переходных процессах;

· проверить разработанные решения по технологической схеме;

· изучить свойства оборудования как объекта управления;

· отработать оптимальные алгоритмы управления в нормальных и аварийных режимах;

· оптимизировать структурные схемы и настройки регуляторов;

Математическая модель и программный код расчета динамики технологических параметров второго контура, включает собственно турбину, конденсатор, тракт регенеративного подогрева основного конденсата и питательной воды, систему главных паропроводов и пуско-сбросных устройств, а также систему управления оборудованием, входящим в эти тракты, и управления собственно турбиной. Для блоков ТЭС с парогазовыми установками разработана детальная модель котла-утилизатора с контурами циркуляции и системами управления. Для блоков АЭС с ВВЭР были разработаны достаточно подробная модель парогенератора, упрощенная модель реактора с системой управления и модель четырех петель с ГЦН.

Паросиловая часть энергоблока включает в себя набор разнородных элементов. Переходные процессы в большинстве из этих элементов описываются дифференциальными уравнениями в частных производных. Система уравнений дополняется замыкающими соотношениями, полученными из эксперимента (теплоотдача, гидравлическое сопротивление и др.). Решение такой системы одним каким-либо из стандартных методов не представляется возможным.

Принятый путь создания комплексной модели всего блока – это упрощение исходной системы и поиск рациональных путей решения. При пошаговом методе счета это может быть достигнуто путем разрыва слабых связей на шаге счета. Математически это соответствует разделению системы на ряд подсистем. При этом решение каждой подсистемы проводится изолированно с постоянными по времени граничными условиями, а затем проводится уточнение этих условий для последующего шага счета. Подсистема может соответствовать одному или нескольким элементам технологической схемы.

Энергетика      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника