9.АСУ ТП АЭС НОВЫЙ

9 АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ АЭС
9.1 Назначение АСУ ТП АЭС
АЭС является сложным объектом управления, требующим высокой степени автоматизации оборудования и централизации управления, применения современных средств вычислительной техники и эффективной системы управления. АСУ ТП АЭС создается как единая система, включающая техническое, математическое, программное, информационное, метрологическое, лингвистическое, организационное обеспечение, эксплуатационную и проектную документацию.
В области науки и техники одной из важнейших является проблема разработки и внедрения встроенных систем автоматического регулирования на базе микропроцессоров, микро-ЭВМ и программируемых микроконтроллеров, решение которой позволит перейти на качественно новый этап автоматизации технологических процессов. Этим обусловлена актуальность решения двух задач:
оптимизации работы традиционных систем регулирования, широко применяемых в настоящее время;
разработки и внедрения адаптивных систем регулирования на базе микро-ЭВМ в будущем.
Обе задачи нуждаются в разработке инженерных методов расчета автоматических систем регулирования, принципиально ориентированных на внедрение микро-ЭВМ в области автоматизации технологических процессов.
АСУ ТП АЭС – есть такая система управления технологическим процессом, где главным является человек-оператор, который управляет технологическим процессом с помощью соответствующих технологических подсистем АСУ ТП.
Оборудование и технологические процессы на АЭС являются достаточно сложными, обладающими рядом особенностей, отличающих АЭС от ТЭС:
Работа оборудования в условиях высокой степени радиации, больших давлений и температур, при наличии быстро протекающих ядерно-физических и тепловых процессов.
Недоступность большей части оборудования во время работы установки и в течение некоторого времени после ее останова из-за существующей опасности радиационного поражения персонала.
Необходимость обеспечения безопасности АЭС как при нормальной эксплуатации, так и при авариях.

9.2 Функции АСУ ТП АЭС
АСУ ТП АЭС является двухуровневой, т.е. включает общестанционный уровень управления и уровень управления ТП энергоблока.
Функции АСУ ТП:
автоматическое регулирование мощности ядерного реактора, турбоустановки и внутриблочных технологических параметров при работе энергоблока как в базовом режиме, так и по заданному диспетчером графику;
автоматическое регулирование и дискретное управление при пуске блока из холодного, неостывшего или горячего состояния, плановом останове блока с расхолаживанием или без него, изменении состава оборудования, находящегося в работе;
автоматическое снижение мощности блока или его останов при возникновении аварийных ситуаций на блоке или в энергетической системе;
автоматическое выполнение защитных операций в приделах установок или отдельных агрегатов;
автоматический сбор информациии параметров и состояний технологического оборудования и предоставление информации операторам в удобной для них форме;
автоматическая регистрация текущих аварийных событий.
Состав АСУ ТП АЭС:
система внутриреакторного контроля (СВРК);
аппаратура контроля нейтронного потока (АКНП);
автоматическая система управления турбиной;
система контроля технологических параметров турбинной установки;
информационно-вычислительная система;
система автоматического регулирования технологических параметров;
апаратура контроля радиационной безопасности;
СУЗ ЯР.

9.3 Основные регуляторы реакторной установки
Реакторная установка (РУ), как объект регулирования, характеризуется существенной тепловой инерционностью активной зоны и парогенератора, транспортным запаздыванием, определяемым объемом главного циркуляционного трубопровода.
Поддержание основных параметров РУ осуществляют следующие регуляторы:
- мощности реактора;
- давления в первом контуре;
- уровня в ПГ;
- уровня в КД;
- БРУ-К;
- БРУ-А.
Давление во втором контуре регулируется и ограничивается автоматическим регулятором мощности реактора, регулятором турбины, быстродействующими редукционными устройствами сброса пара в конденсатор турбины и в атмосферу и предохранительными клапанами.
Все регуляторы работают независимо. Совместная работа регуляторов должна обеспечивать динамическую устойчивость процесса.

9.3.1 Устройство разгрузки и ограничения мощности
Устройство разгрузки и ограничения мощности воздействует на ПС СУЗ по каналам ПЗ-1 и осуществляет снижение мощности реактора до 100 % Nном при ее повышении более 103 % Nном, а также разгружает реактор и ограничивает его мощность на заданном уровне при отключении следующего оборудования энергоблока:
- одного ГЦНА до 67 % Nном;
- двух противоположных ГЦНА до 50 % Nном;
- двух смежных ГЦНА до 40 % Nном;
- одного ПЭН при невключении резервного ПЭН до 75 % Nном;
- двух ПЭН при невключении резервного ПЭН до 50 % Nном;
- трех ПЭН при невключении резервного ПЭН до 25 % Nном;
- четырех ПЭН при невключении резервного ПЭН до 7 % Nном.
Устройство РОМ также разгружает реактор до 40 % Nном при закрытии двух из четырех стопорных клапанов турбины, при отключении турбины от энергосистемы (сброс нагрузки до собственных нужд), при отключении выключателя генератора (сброс нагрузки до холостого хода).
Кроме того, разгрузка реактора осуществляется при снижении частоты электропитания секций ГЦНА ниже 49 Гц. На рисунке 9.1 представлена расчетная блок схема регулятора.
















Nдоп – верхний уровень ограничения мощности для текущего состава оборудования
Рисунок 9.1 - Расчетная блок-схема алгоритма работы РОМ


9.3.2 Регулятор давления в первом контуре
Регулируемым параметром является давление на выходе из реактора (перед выходным патрубком). Закон регулирования степени открытия регулирующего клапана впрыска – пропорциональный.
Входные сигналы:
- давление на выходе из реактора;
- степень открытия регулирующего клапана впрыска.
При работе на мощности при увеличении давления выше 16,6 МПа открывается регулирующий клапан на линии впрыска теплоносителя в КД (полное открытие клапана по статической характеристике - при давлении 16,8 МПа, полное закрытие – при давлении 16,6 МПа). Исполнительный орган - регулирующий клапан впрыска. На рисунке 9.2 представлена структурная схема регулятора давления в первом контуре.












Рисунок 9.2 - Структурная схема регулятора давления в первом контуре
9.3.3 Регулятор уровня в компенсаторе давления
Назначением регулятора уровня в компенсаторе давления является поддержание заданного уровня в КД в зависимости от средней температуры теплоносителя первого контура с точностью ( 150 мм в стационарных режимах и ( 300 мм в переходных путем воздействия на регулирующие клапаны и насосы системы подпитки-продувки. Регулируемый параметр - уровень теплоносителя в КД. Для регуляторов, воздействующих на регулирующие клапаны подпитки и продувки применяется пропорционально - интегральный закон регулирования. Входными сигналами являются: текущий уровень воды в КД; средняя температура теплоносителя первого контура; массовый расход подпитки первого контура; массовый расход продувки первого контура. Управляющее воздействие - изменение расхода подпитки и/или продувки первого контура. Структурная схема регулятора уровня представлена на рисунке 9.3















Рисунок 9.3 - Структурная схема регулятора уровня теплоносителя в КД

В режимах с расширением теплоносителя первого контура уровень в КД может отставать от заданного уровня, вследствие того, что плотность теплоносителя в горячей нитке главного циркуляционного контура больше плотности теплоносителя в КД. Поддержание уровня в КД на необходимом уровне может приводить к излишней подпитке первого контура, что в свою очередь увеличивает нагрузку на патрубки подпитки первого контура и может приводить к открытию регулирующего клапана впрыска.


9.3.4 Регулятор уровня в парогенераторе
В состав системы регуляторов входят:
- основной регулятор, воздействующий на основной регулирующий клапан;
- пуско-остановочный регулятор, воздействующий на регулирующий клапан, установленный на байпасной линии подачи питательной воды в парогенератор.
Пуско-остановочный регулятор применяется при работе блока на малых мощностях (расходах питательной воды до 42 кг/с), а также при расхолаживании. Для этих целей в алгоритме авторегулятора используется две уставки по уровню: 2,4 м – для нормальной работы и 3,55 м – при расхолаживании. Причём, при включении режима расхолаживания, изменение величины уставки с текущего значения уровня до 3,55 м происходит плавно, со скоростью 0,4 м/час. В регуляторе используется две обратные связи: по уровню и по производной положения регулирующего клапана. При этом в связи с тем, что площадь "зеркала" уменьшается с увеличением уровня (ПГ – это цилиндр, лежащий на боку), в режиме расхолаживания коэффициент усиления обратной связи по положению является функцией текущего значения уровня (увеличивается с ростом уровня).
Кроме того, в регуляторе применён контур ограничения максимально допустимого расхода питательной воды, действие которого также применяется и в основном регуляторе. Принцип действия этого контура состоит в следующем. Контур состоит из двух ветвей ограничения расхода основных и вспомогательных питательных насосов. Для каждой группы насосов определяется максимальное текущее значение индивидуального расхода, из полученного результата вычитается уставка - максимально допустимое значение. Полученное рассогласование (для каждой ветки) направляется на интегратор, нижняя граница которого не может быть меньше нуля, и выделитель максимума (второе число – 0, функция не пропускает отрицательные значения). Результат интегрирования и выделения максимума складывается. Фактически, такая комбинация представляет собой пропорционально-интегральную функцию, на выходе которой не может быть отрицательных значений. Сумма результатов двух веток и является ограничивающим воздействием, которое вычитается из рассогласований основного и пуско-остановочного регуляторов. При расходах меньше максимально-допустимого ограничивающее воздействие равно 0, при превышении расхода каким-либо насосом воздействие увеличивается, заставляя уменьшаться рассогласование регуляторов, тем самым, прикрывая клапаны и ограничивая расход.
По мере набора мощности блоком, когда расход питательной воды через парогенератор начинает превышать 42 кг/с, происходит автоматическое переключение регуляторов: основной авторегулятор подключается к основному регулирующему клапану, а пуско-остановочный сначала начинает плавно закрывать свой клапан (со скоростью 3 %/мин) а, когда тот полностью закроется, отключается от клапана. Переключение в обратную сторону происходит по такому же принципу при снижении расхода меньше 33 кг/с, скорость прикрытия основного клапана составляет 1,7 %/мин. В случае, когда блок разогревался на двух или трёх ГЦНА, с последующим включением оставшихся в процессе нагружения, переключение с пуско-остановочного на основной авторегулятор может произойти и при меньших (чем 42 кг/с) расходах питательной воды. В данном случае критерием на переключение является факт включения ГЦНА при условии, что суммарный расход питательной воды превысил 139 кг/с.
Алгоритм регулирования основным клапаном использует пропорционально-интегральный закон управления, имеет фиксированную уставку по уровню – 2,4 м. В качестве обратной связи используется сигнал уровня и производная материального баланса, т.е. разности расходов питательной воды и острого пара. Для избежания реакции регулирующего клапана на "шум" показаний расхода пара, применён нелинейный фильтр. Задачей такого фильтра является подавление колебаний с периодом менее 90с и амплитудой меньше 5.
Точность поддержания уровня в парогенераторе в статическом режиме определяется зоной нечувствительности регуляторов. Для пуско-остановочного и основного она составляет 5 мм. В динамических режимах точность регулирования зависит от степени настроенности алгоритмов (установленных коэффициентов усиления и постоянных времени) и должна быть не хуже, чем (50 мм для самых сильных возмущений системы.
Структурная схема основного и пуско-остановочного регуляторов уровня воды в ПГ представлена на рисунке 9.4.




















Рисунок 9.4 - Структурная схема основного и пуско-остановочного регуляторов уровня воды в ПГ

9.3.5 Регулятор быстродействующей редукционной установки сброса пара в конденсатор турбины
Регулятор давления пара БРУ-К предназначен для регулирования давления в ГПК за счет сброса свежего пара в конденсатор турбины. Регулируемый параметр является давление пара в ГПК. Управляющим воздействием - изменение расхода из ГПК в конденсатор турбины. В качестве исполнительного органа выступает регулирующий клапан БРУ-К.
Входными сигналами являются: давление пара в ГПК; заданное давление пара; величина ступенчатой разгрузки турбины; положение регулирующего клапана. БРУ-К должна осуществлять:
- сброс пара из ГПК в конденсатор турбины с целью ограничения давления в ГПК или снижения скорости роста давления (в пределах пропускной способности БРУК) с последующим поддержанием заданного давления в режимах энергоблока без запрета на сброс пара в конденсатор турбины (стерегущий режим работы БРУ-К);
- сброс пара в конденсатор турбины в режимах пуска и расхолаживания энергоблока с целью поддержания заданного давления в ГПК (режим авторегулирования).
Выбор режима работы БРУК осуществляется оператором.
За счёт введения отрицательной обратной связи по положению регулирующего органа применяется пропорциональный закон регулирования.
На рисунке 9.5 представлена структурная схема регулятора БРУ-К. Статическая неравномерность регулятора БРУК составляет 0,4 МПа. После снятия запрета открытия заданная степень открытия клапанов БРУ-К пропорциональна разности текущего давления в ГПК и заданного давления. При давлении выше заданного на 0,4 МПа и более степень открытия по статической характеристике составляет 100 %. Давлению, равному заданному и менее заданного соответствует полное закрытие клапана по статической характеристике.













Рисунок 9.5 - Структурная схема регулятора БРУ-К

При поступлении сигнала «Сброс нагрузки» к сигналу разбаланса по давлению добавляется дополнительная составляющая (N, пропорциональная величине сброса нагрузки, что приводит к дополнительному открытию клапанов БРУ-К. При сформированном сигнале «Cброс нагрузки» величина учитываемого регулятором БРУК сброса нагрузки (N ограничивается сверху величиной 40 %. По сигналу «Сброс нагрузки» задание по давлению устанавливается равным текущему значению давления в ГПК в момент поступления сигнала «Сброс нагрузки», но не более 7,0 МПа.
Сигнал «Сброс нагрузки» формируется в течение 0,5 с от момента начала снижения нагрузки в системе регулирования турбины если величина разгрузки более 20 % и подтверждается снижением заданной мощности турбогенератора со скоростью 5 % Nном/с. После появления сигнала «Сброс нагрузки» (N уменьшается со скоростью 0,2 %/с. Если БРУ-К полностью закрывается до момента снижения
·N до нуля, то сигнал (N обнуляется.
При снижении сигнала (N до нуля заданное давление пара в ГПК, если оно менее 7,0 МПа, увеличивается до 7,0 МПа со скоростью 1225 Па/с.
В режиме авторегулирования регулятор БРУ-К поддерживает заданное давление пара в ГПК в диапазоне от 0,1 до 7,0 МПа со статической неравномерностью 0,4 МПа.
В диапазоне степени открытия клапанов БРУ-К от 0 до 13 % расход пара через клапаны принимается равным нулю (мертвая зона).


9.3.6 Регулятор быстродействующей редукционной установки сброса пара в атмосферу
Система БРУ-А осуществляет:
- сброс пара из паропровода ПГ в атмосферу с целью ограничения давления в паропроводе ПГ или снижения скорости роста давления (в пределах пропускной способности БРУА) с последующим поддержанием заданного давления 7,4 МПа (с учетом статической неравномерности не более 0,4 МПа) в режимах энергоблока с нарушением нормальных условий эксплуатации и аварийных режимах (стерегущий режим работы БРУА);
- поддержание заданного давления в паропроводе ПГ путем сброса пара в атмосферу в режиме авторегулирования.
Выбор режима работы БРУА осуществляется оператором.
Количество регуляторов БРУ-А – 4 штуки (устанавливается на каждом БРУ-А).
Регулируемым параметром является давление пара в паропроводе ПГ.
За счёт отрицательной обратной связи по положению регулирующего клапана применяется пропорциональный закон регулирования
В качестве входных сигналов выступают: давление пара в паропроводе ПГ; заданное давление пара; положение регулирующего клапана.
Управляющее воздействие - изменение степени открытия клапана. Исполнительный орган - регулирующий клапан БРУ-А. На рисунке 9.6 представлена структурная схема регулятора БРУ-А.
В защитном режиме при давлении пара в паропроводе ПГ выше 7,8 МПа БРУА переключается в режим авторегулирования.













Рисунок 9.6 - Структурная схема регулятора БРУ-А

В режиме авторегулирования степень открытия клапанов БРУ-А по статической характеристике пропорциональна разности текущего давления в паропроводе ПГ и заданного давления 7,4 МПа. При давлении выше заданного на величину статической неравномерности и более степень открытия клапана по статической характеристике составляет 100 %. Давлению, равному заданному и менее заданного соответствует полное закрытие клапана по статической характеристике.
Если клапан БРУ-А в режиме авторегулирования находится в закрытом состоянии в течение 100 с, то БРУ-А переключается в защитный режим.


9.3.7 Регулятор турбины в режиме поддержания давления пара перед турбиной
Режим регулирования давления пара перед турбиной «РД-1» предназначен для поддержания заданного давления пара и, таким образом, приведения нагрузки турбины в соответствие с тепловой мощностью реактора.
Режим «РД-1» включается автоматически при:
- работе АРМР в режиме «Н»;
- отключенном АРМР;
- поступлении сигнала ПЗ-1;
- поступлении сигнала УПЗ.
Регулируемым параметром выступает давление пара в ГПК. Регулирующим воздействием является изменение степени открытия регулирующего клапана турбины.
На вход регулятора поступают следующие сигналы:
- заданное давление пара перед турбиной;
- текущее давление пара перед турбиной.
За счёт охвата трехпозиционного релейного элемента отрицательной обратной связью, содержащей инерционное звено первого порядка применен
Структурная схема регулятора турбины в режиме «РД-1» представлена на рисунке 9.7 (влияние изменения частоты вращения ротора турбины не рассматривается). На вход регулятора поступают сигналы текущего РГПК и заданного Рз давления пара в ГПК.








Рисунок 9.7 - Структурная схема регулятора турбины в режиме «РД-1»
На вход трехпозиционного релейного элемента поступает сигнал:
13EMBED Equation.DSMT41415, где РГПК - текущее значение давления в ГПК, Па; Рз - заданное давление в ГПК, Па; uс - сигнал обратной связи, Па.


9.4 Подсистемы АСУ ТП АЭС

Теплотехнический контроль:
Сбор информации и проведение расчетов технико-экономических показателей, а также о состоянии оборудования. В качестве датчиков для измерения температуры наиболее широкое распространение получили термопары и термосопротивления. В термопарах в качестве выходного сигнала выступает ЭДС, а в термосопротивлениях – изменение сопротивления.

Технологическая сигнализация:
Осуществляет прием и представление информации о нарушении в режиме технологического процесса, в работе агрегата или технологических систем, установка контроля и управления. Сигнализация делится на технологическую и аварийную. Технологическая сигнализация предупреждает оператора об отклонениях рабочих параметров за установленные пределы, о рабочем состоянии механизмов, об положении запорной и регулирующей арматуры. Аварийная сигнализация сообщает оператору информацию о срабатывании технологических защит, аварийных отключениях (включениях) резерва и аварийного отклонения технологических параметров за допустимые пределы;

Дистанционное управление:
Предназначено для воздействия на электрофицированные приводные механизмы и запорно-регулирующую арматуру, расположенную в различных местах, дистанционно с поста управления оператора или автоматически по заданиям логических программ.
Дистанционное управление подразделяется на 4 класса:
1) индивидуальное;
2) избирательное;
3) групповое;
4) функционально-групповое;

Автоматическое управление:
Включает в себя автоматические системы регулирования и защиты предназначенные для управления регулирующими органами.
Эта подсистема выполняет следующие функции:
1) стабилизация технологических параметров;
2) поддержание соответствия между двумя зависимыми величинами;
3) изменение регулируемой величины во времени по заданной программе;
4) поддержание какого-либо оптимального значения регулирующей величины.
Эта подсистема производит приём соответствующей информации; формирует законы регулирования и управляющие воздействия, а также выдает оператору информацию о работе регуляторов и регулируемых параметрах.
Все регуляторы подразделяются на 4 класса:
1) ответственные регуляторы - обеспечивают надежность работы агрегатов. Выход их из строя влечет за собой останов агрегата;
2) режимные регуляторы - обеспечивают ведение нормального режима технологического процесса, поэтому выход их отключение только снижает эффективность работы оборудования;
3) пусковые регуляторы - поддерживают технологические параметры по заданным программам в процессе пуска и останова агрегата;
4) местные регуляторы - поддерживают технологические параметры вспомогательных процессов и агрегатов.

Технологические защиты:
Технологические защиты служат для предотвращения аварии оборудования в случае отклонения параметров за допустимые пределы. Действия защит связано с открытием запорных органов и пуском или остановом вспомогательного или основного оборудования. Устройства защиты обычно устанавливаются для контроля наиболее ответственных параметров, чрезмерное отклонение которых от заданных значений чревато нарушением нормального технологического процесса и повреждением оборудования.
Автоматические защитные устройства, обслуживающие тепловую часть электрической станции, называются тепловыми защитами.
Автоматические защиты призваны воздействовать на объект лишь в исключительных случаях, т.е. в предаварийном или аварийном положении и при резких глубоких сбросах электрической и тепловой нагрузок.
По степени воздействия на защищаемые установки защитные устройства разделяются на основные (главные) и местные (локальные). К основным относятся защитные устройства, действие которых приводит к останову парогенератора или энергоблока в целом или к глубокому снижению их нагрузки. Местные защиты предотвращают развитие аварии без останова основных агрегатов.

Подсистема связи:
Предназначена для передачи команд информации между оперативным персоналом.
Радиационный контроль:
Система радиационного контроля (CPK) предназначена для непрерывного обеспечения служб АЭС информацией о радиационной обстановке на АЭС и в окружающей среде, дозах облучения персонала и населения, радиационных параметрах технологических сред, а также о состоянии защитных барьеров на пути распространения радиоактивных загрязнений. В общей структуре CPK должны быть предусмотрены подсистемы, обеспечивающие измерение параметров радиационной обстановки по основным видам радиационного Контроля
подсистема радиационного дозиметрического контроля (ПРДК),
подсистема радиационного технологического контроля (ПРТК),
подсистема радиационного контроля защитных барьеров (ПРКЗБ),
подсистема радиационного контроля окружающей среды (ПРКОС),
подсистема радиационного контроля за нераспространением радиоактивных загрязнений (ПРКНРЗ)
Все подсистемы должны быть объединены в CPK составляющую часть единой информационно-обеспечивающей системы АЭС
CPK включает в себя организационно-методическую и техническую части. Техническая часть CPKэто стационарная система радиационного контроля, которая объединяет в единый комплекс аппаратуру радиационного контроля (приборы) и другие технические средства для сбора и представления информации радиационного контроля АЭС. Стационарную CPK называют также комплексом аппаратуры радиационной безопасности (АКРБ) Из таких комплексов в настоящее время наибольшее распространение на АЭС получили:
- "Сейвал" (АКРБ-03)
- "Горбач" (АКРБ-06), разработанные специально для АЭС с реакторами ВВЭР и РБМК соответственно. До их внедрения в качестве АКРБ широко использовалась многоканальная установка "Система".
Кроме того, в состав АКРБ входят агрегатированные комплекты устройств сбора и обработки информации. К данным устройствам относятся: устройства накопления и обработки информации УНО 100М-01, УНО-06Р, УНО-17Р, устройства обмена информациейУИ-28, устройства передачи УВА-09 и т.д. В соответствии с современными требованиями обработка информации в CPK должна осуществляться на базе локальных вычислительных сетей (ЛВС), автоматизированных рабочих мест (АРМ) и персональных компьютеров типа IBM.
9.5. Автоматическое регулирование мощности энергоблока
с реактором типа ВВЭР-1000

Регулирование мощности блока, а также температуры в первом и давления во втором контурах осуществляется воздействием на два регулирующих параметра – расход пара на турбину (положение регулирующих клапанов турбины) и регулирующие органы реактора. Последнее воздействие может осуществляться различными способами: перемещением одного, группы или всех регулирующих кассет (стержней, кластеров); изменением концентрации бора в теплоносителе первого контура. При этом с точки зрения воздействия на полную мощность реактора все эти способы (при одинаковой внесенной реактивности) эквивалентны. Однако они существенно различны, по своему действию на форму поля энерговыделения в реакторе. Кроме того, изменение концентрации бора из-за «грубости» способа и малой скорости выведения обычно применяется для компенсации медленных изменений реактивности в процессе кампании реактора. Текущее регулирование мощности реакторов типа ВВЭР осуществляется за счет перемещения регулирующих органов, причем собственно регуляторы мощности, как правило, управляют только полной мощностью реактора. Автоматическое управление формой поля за счет избирательного управления перемещением отдельных стержней (или групп стержней) обычно осуществляется с помощью УВМ.
Для реализации выбранной программы может регулироваться давление во втором контуре или средняя температура первого контура. Хотя принципиально возможно использование других параметров (например, выходной температуры теплоносителя), такие схемы не получили распространения.

Рисунок 9.8. - Схемы регулирования блоков с реакторами ВВЭР, предназначенные для работы в регулирующем режиме.
а - программа p2=const; б - программа tcp=const.
На рис. 9.8 показаны схемы регулирования мощности блоков, предназначенные для работы в регулирующем режиме. На рис. 9.8 а) показана схема, в которой в качестве регулируемого параметра используется давление пара второго контура, а на рис. 9.8 б) температура теплоносителя первого контура.
В обеих схемах для управления мощностью реактора применен каскадный регулятор 2, получающий импульс от ионизационной камеры 1 и воздействующий на приводы регулирующих стержней 3. Задатчик 4 регулятора 2 управляется регуляторами средней температуры теплоносителя первого контура 8 или давления пара второго контура 5. Для приведения в соответствие электрической мощности, вырабатываемой блоком, и мощности, требуемой энергосистемой, используется регулятор скорости турбины 12, перемещающий регулирующие клапаны турбины 13 при отклонении частоты от номинального значения. Работа схем протекает следующим образом. При изменении, например увеличении, частоты в энергосистеме клапаны турбины прикрываются, что вызывает подъем давления второго контура. В схеме рис. 9.8 а) изменение давления воспринимается манометром 6 и регулятором давления 5, изменяющим задание регулятору нейтронного потока 2. Последний перемещает регулирующие органы реактора так, чтобы его мощность снизилась. При этом выходная, а, следовательно, и средняя температура теплоносителя первого контура снижаются, перепад температур между первым и вторым контуром уменьшается, что вызывает уменьшение генерации пара, и давление возвращается к прежнему уровню при новом положении регулирующих клапанов.
В некоторых схемах регулирования для улучшения динамики переходных процессов на регулятор 2 заводится импульс по расходу пара на турбину от расходомера 14, что позволяет при изменении мощности турбины сразу устанавливать величину нейтронного потока реактора, приблизительно равную требуемой. Точное приведение в соответствие мощности реактора и турбины осуществляется за счет наличия интегральной составляющей в законе регулирования регулятора давления.
В схеме рис. 9.8 б) повышение давления пара второго контура приводит к увеличению средней температуры теплоносителя первого контура, что воспринимается термометрами 9 и регулятором 8. Регулятор 8 уменьшает мощность реактора, снижая температуру теплоносителя на выходе из реактора и возвращая таким образом среднюю температуру первого контура к прежнему значению. Уменьшение температурного перепада между первым и вторым контурами обеспечивается в установившемся состоянии за счет того, что увеличивается давление второго контура.
Описанные схемы обеспечивают статическое регулирование частоты сети.
Изменение заданной температуры (или давления) производится перемещением задатчиков 7, 10. Изменение мощности, которая вырабатывается блоком при номинальной частоте сети, производится перемещением синхронизатора турбины 11.


Рисунок 9.9. - Схемы регулирования блоков с реакторами ВВЭР, предназначенные для работы в базисном режиме.
а - программа p2=const; б - программа tcp=const.
На рис. 9.9 показаны схемы регулирования, предназначенные для работы по тем же программам, но в базисном режиме, в котором мощность блока (в статике) постоянна и не зависит от отклонений частоты сети. На рис. 9.9 а) показана схема, реализующая программу p2=const, а на рис. 9.9 б) схема, реализующая программу tcp=const. Отличие их от соответствующих схем рис. 9.8 заключается в том, что регулятор давления или температуры 8 действует не на мощность реактора, а на расход пара на турбину путем перемещения синхронизатора. При использовании такой схемы возмущения по частоте сети также приводят к перемещению клапанов турбины 13 за счет работы регулятора скорости 12, что вызывает изменение давления второго контура. В схеме рис. 9.9 а) отклонение давления воспринимается регулятором давления 5, который, воздействуя на синхронизатор 11, перемещает клапаны в прежнее положение, что приводит к стабилизации давления на прежнем уровне. В схеме рис. 9.9 б) изменение давления второго контура приводит к изменению средней температуры первого контура, что вызывает реакцию регулятора 8. При этом мощность реактора остается неизменной. Электрическая мощность генератора в первый момент после нанесения возмущения несколько изменяется (за счет аккумулирующей способности блока), а затем возвращается к прежнему уровню. Изменение заданной мощности блока производится воздействием на задатчик 4, а заданного давления (или заданной температуры) – на задатчики 7 или 10.
9.6 Регулятор уровня в парогенераторе
В состав системы регуляторов входят:
- основной регулятор, воздействующий на основной регулирующий клапан;
- пуско-остановочный регулятор, воздействующий на регулирующий клапан, установленный на байпасной линии подачи питательной воды в парогенератор.
Пуско-остановочный регулятор применяется при работе блока на малых мощностях (расходах питательной воды до 42 кг/с), а также при расхолаживании. Для этих целей в алгоритме авторегулятора используется две уставки по уровню: 2,4 м – для нормальной работы и 3,55 м – при расхолаживании. Причём, при включении режима расхолаживания, изменение величины уставки с текущего значения уровня до 3,55 м происходит плавно, со скоростью 0,4 м/час. В регуляторе используется две обратные связи: по уровню и по производной положения регулирующего клапана. При этом в связи с тем, что площадь "зеркала" уменьшается с увеличением уровня (ПГ – это цилиндр, лежащий на боку), в режиме расхолаживания коэффициент усиления обратной связи по положению является функцией текущего значения уровня (увеличивается с ростом уровня).
Кроме того, в регуляторе применён контур ограничения максимально допустимого расхода питательной воды, действие которого также применяется и в основном регуляторе. Принцип действия этого контура состоит в следующем. Контур состоит из двух ветвей ограничения расхода основных и вспомогательных питательных насосов. Для каждой группы насосов определяется максимальное текущее значение индивидуального расхода, из полученного результата вычитается уставка - максимально допустимое значение. Полученное рассогласование (для каждой ветки) направляется на интегратор, нижняя граница которого не может быть меньше нуля, и выделитель максимума (второе число – 0, функция не пропускает отрицательные значения). Результат интегрирования и выделения максимума складывается. Фактически, такая комбинация представляет собой пропорционально-интегральную функцию, на выходе которой не может быть отрицательных значений. Сумма результатов двух веток и является ограничивающим воздействием, которое вычитается из рассогласований основного и пуско- остановочного регуляторов. При расходах меньше максимально-допустимого ограничивающее воздействие равно 0, при превышении расхода каким-либо насосом воздействие увеличивается, заставляя уменьшаться рассогласование регуляторов, тем самым, прикрывая клапаны и ограничивая расход.
По мере набора мощности блоком, когда расход питательной воды через парогенератор начинает превышать 42 кг/с, происходит автоматическое переключение регуляторов: основной авторегулятор подключается к основному регулирующему клапану, а пуско-остановочный сначала начинает плавно закрывать свой клапан (со скоростью 3 %/мин) а, когда тот полностью закроется, отключается от клапана. Переключение в обратную сторону происходит по такому же принципу при снижении расхода меньше 33 кг/с, скорость прикрытия основного клапана составляет 1,7 %/мин. В случае, когда блок разогревался на двух или трёх ГЦНА, с последующим включением оставшихся в процессе нагружения, переключение с пуско- остановочного на основной авторегулятор может произойти и при меньших (чем 42 кг/с) расходах питательной воды. В данном случае критерием на переключение является факт включения ГЦНА при условии, что суммарный расход питательной воды превысил 139 кг/с.
Алгоритм регулирования основным клапаном использует пропорционально-интегральный закон управления, имеет фиксированную уставку по уровню – 2,4 м. В качестве обратной связи используется сигнал уровня и производная материального баланса, т.е. разности расходов питательной воды и острого пара. Для избежания реакции регулирующего клапана на "шум" показаний расхода пара, применён нелинейный фильтр. Задачей такого фильтра является подавление колебаний с периодом менее 90с и амплитудой меньше 5.
Точность поддержания уровня в парогенераторе в статическом режиме определяется зоной нечувствительности регуляторов. Для пуско-остановочного и основного она составляет 5 мм. В динамических режимах точность регулирования зависит от степени настроенности алгоритмов (установленных коэффициентов усиления и постоянных времени) и должна быть не хуже, чем (50 мм для самых сильных возмущений системы.



9.7. Технический, экономический и социальный эффект внедрения АСУ ТП АЭС.
Технический эффект автоматизации проявляется как на самом технологическом оборудовании, так непосредственно и на технических средствах автоматизации в виде следующих составляющих:
Повышения экономичности работы технологического оборудования, уменьшение электроэнергии на питание технических средств автоматизации.
Надёжность работы технологического оборудования и технических средств АСУ ТП как уменьшение числа отказов.
Долговечность работы технологического оборудования и технических средств АСУ ТП, как увеличение срока службы.
Повышение безопасности работы технологического оборудования и средств автоматизации.
Социальный эффект автоматизации проявляется в освобождении человека-оператора от тяжёлого физического труда.
Экономический эффект есть технический эффект, выраженный в у.е.
9.8 Расчёт САР ядерного реактора


Рисунок 9.10. –Структурная схема оптимизированной САР ЯР АЭС
На рисунке буквенным обозначениям соответствуют:
y(t) – относительное отклонение нейтральной мощности от задания;
f1 – возмущение по реактивности ЯР.

1) Передаточная функция кинетики нейтронов:
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.1)
2) Передаточная функция температурной ОС:
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.2)
3) Запаздывание по каналу главной ОС:
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.3)
4) Передаточная функция регулятора:
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.4)

5) Настройки основного регулятора:

(9.8.5)
Передаточная функция эквивалентного объекта регулирования по правилу преобразования структурных схем равна:
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.6)
где
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.7)
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.8)
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.9)
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.10)
В соответствии с формулой (9.8.5) оптимизация регулирующего устройства 13EMBED Equation.DSMT41415есть произведение инверсной передаточной функции эквивалентного объекта на заданную передаточную функцию разомкнутой системы:

Рисунок 9.11. –Структурная схема разомкнутой САР ЯР АЭС
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.11)
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.12)
В соответствии с рисунком 9.11. передаточная функция разомкнутой системы имеет следующий вид:
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.13)
В нашем случае 13EMBED Equation.DSMT41415 представляет собой 13EMBED Equation.DSMT41415, а, значит, в этом случае требуется установить структуру 13EMBED Equation.DSMT41415 из формулы (9.8.13).
Структура передаточной функции 13EMBED Equation.DSMT41415 выбирается в соответствии со структурой эквивалентного объекта регулирования так, чтобы порядок числителя и знаменателя передаточной функции 13EMBED Equation.DSMT41415 были равны. За базу принимаются графики оптимальных переходных процессов схемы рисунка 9.3. , где 13EMBED Equation.DSMT41415 выбрано по методу МПК в ОВ-1 (графоаналитический метод общей настройки ГАМОН):
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.14)
13EMBED Equation.DSMT41415(9.8.15)
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.16)
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.17)
В передаточной функции (9.8.6), пренебрегая второй и третьей производной, получим следующую передаточную функцию:
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.18)
В передаточную функцию (9.8.14) подставляем ту часть передаточной функции (9.8.18), которая не содержит запаздывания, а именно:
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.19)
После подстановки передаточная функция (9.8.14) имеет вид:
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.8.20)
Видно, что получившаяся передаточная функция соответствует передаточной функции ПИД-регулятора:
13EMBED Equation.DSMT41415,
где:
13EMBED Equation.DSMT41415
9.9 Модернизация САР ЯР

На рисунке 9.12 представлена модернизированная САР ЯР.

Рисунок 9.12 – Модернизированная САР ядерного реактора
При исследовании переходных процессов ядерного реактора, при выборе структуры и настройки регулирующего устройства в эквивалентном объекте регулирования мы пренебрегаем второй и третьей производной. Задачей модернизации является, не пренебрегая второй и третьей производной выбрать структуру и настройки регулирующего устройства, чтобы время отработки скачка задания было лучше, чем у ПИД регулятора. Для этого структуру регулирующего устройства выбираем по формуле:
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.9.1)
13EMBED Equation.DSMT41415. (9.9.2)
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.9.3)
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.9.4)
9.10 Расчет САР ядерного реактора
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.10.1)
13EMBED Equation.DSMT41415; (9.10.2)
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.10.3)
13EMBED Equation.DSMT41415
За базу принимаем графики оптимальных переходных процессов схемы рисунка 9.10, где структура и настройки 13EMBED Equation.DSMT41415 могут быть выбраны:
1) по методу полной компенсации в общем виде №1(ГАМОН):
13EMBED Equation.DSMT41415, (9.10.4)
где 13EMBED Equation.DSMT41415
2) по метод полной компенсации в общем виде №2
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.10.5)

Рисунок 9.13 – Кривые отработки внутреннего возмущения
На рисунке 9.13 представлены кривые отработки внутреннего возмущения двух методов. Структуру и настройки 13EMBED Equation.DSMT41415 выбираем по методу полной компенсации в общем виде №1 (ГАМОН), т. к. колебательный процесс при внутреннем возмущении затухает быстрее именно в МПК №1.
В МПК в общем виде №1 в качестве критериев оптимальности принимается условие 13EMBED Equation.DSMT41415 и это приводит к тому, что 13EMBED Equation.DSMT41415. Для уменьшения времени отработки скачка задания 13EMBED Equation.DSMT41415 будем уменьшать используя ряд чисел золотого сечения.
13EMBED Equation.DSMT41415, (9.10.6)
где 13EMBED Equation.DSMT41415.
13EMBED Equation.DSMT41415 (9.10.7)
На рисунках 9.14, 9.15 и 9.16 представлены кривые отработки скачка задания, внутреннего возмущения и регулирующего воздействия, где для первом кривой 13EMBED Equation.DSMT41415, а для второй 13EMBED Equation.DSMT41415.

Рисунок 9.14 – Кривые отработки скачка задания

Рисунок 9.15 – Кривые отработки внутреннего возмущения

Рисунок 9.16 – Кривые отработки регулирующего возмущения
Полное время отработки 95 % скачка задания происходит за 4 запаздывания по каналу регулирующего воздействия, что соответствует идеальному ПИД регулятору. Для того, чтобы вдвое повысить быстродействие САР при отработке скачка задания Tзд принимаем за целое
·y умноженное на числа ряда золотого сечения. При этом, чем меньше Tзд, тем меньше время регулирования при отработке скачка задания, однако это достигается увеличением максимальной величины регулирующего воздействия.
9.11 Расчет модернизированной САР ядерного реактора
Структура модернизированной САР представлена на рисунке 9.12. Первый график на рисунке 9.17 и 9.18 - САР ЯР, второй график - модернизированная САР ЯР. Значения функций 13EMBED Equation.DSMT41415,13EMBED Equation.DSMT41415,13EMBED Equation.DSMT41415 представлены в пункте 9.10 (формулы 9.10.1, 9.10.2, 9.10.3).
13EMBED Equation.DSMT41415
13EMBED Equation.DSMT41415 ,
где Tзд примем равным Tзд=
·y.


Рисунок 9.17 – Кривые отработки скачка задания

Рисунок 9.18 – Кривые отработки внутреннего возмущения
9.7.Техническая реализация

Назначение и общая характеристика КР – 300М
КР-300М 13SYMBOL 151 \f "Times New Roman" \s 111415 это компактный многоканальный многофункциональный высокопроизводительный микропроцессорный контроллер, предназначенный для автоматического регулирования и логического управления технологическими процессами.
Контроллер предназначен для построения управляющих и информационных систем автоматизации технологических процессов малого и среднего (по числу входов-выходов) уровня сложности и широким динамическим диапазоном изменения технологических параметров, а также построения отдельных подсистем сложных АСУ ТП, обеспечивая при этом оптимальное соотношение производительность/стоимость одного управляющего или информационного канала.
Контроллер предназначен для решения следующих задач:
- сбор информации с датчиков различных типов и ее первичная обработка (фильтрация сигналов, линеаризация характеристик датчиков, «офизичивание» сигналов и т.п.).
- выдача управляющих воздействий на исполнительные органы различных типов.
- контроль технологических параметров по граничным значениям и аварийная защита технологического оборудования.
- регулирование прямых и косвенных параметров по различным законам.
- логическое, программно-логическое управление технологическими агрегатами, автоматический пуск и останов технологического оборудования.
- математическая обработка информации по различным алгоритмам.
- регистрация и архивация технологических параметров.
- технический учет материальных и энергетических потоков (электроэнергия, тепло) различными участками производства
- обмен данными с другими контроллерами в рамках контроллерной управляющей сети реального времени.
- обслуживание технолога-оператора, прием и исполнение его команд, аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров, выдача значений параметров и различных сообщений на пульт контроллера ПК и ПЭВМ верхнего уровня.
- обслуживание технического персонала при наладке, программировании, ремонте, проверке технического состояния контроллера.
- самоконтроль и диагностика всех устройств контроллера в непрерывном и периодическом режимах, вывод информации о техническом состоянии контроллера обслуживающему персоналу.
9.8. Технический, экономический и социальный эффект внедрения АСУ ТП ТЭС.

Технический эффект автоматизации проявляется как на самом технологическом оборудовании, так непосредственно и на технических средствах автоматизации в виде следующих составляющих:
Повышения экономичности работы технологического оборудования, уменьшения расхода топлива на выработку энергии или уменьшение электроэнергии на питание технических средств автоматизации.
Надёжность работы технологического оборудования и технических средств АСУ ТП как уменьшение числа отказов.
Долговечность работы технологического оборудования и технических средств АСУ ТП, как увеличение срока службы.
Повышение безопасности работы технологического оборудования и средств автоматизации.
Социальный эффект автоматизации проявляется в освобождении человека-оператора от тяжёлого физического труда, а в последнее время и от части интеллектуальной горения повышает КПД котла, что уменьшает общий расход топлива, а следовательно и выбросы вредных веществ в атмосферу.
Экономический эффект есть технический эффект, выраженный в у.е.


Выводы

В данном разделе была рассмотрена САР ядерного реактора. Рассматривалась методика модернизации САР ядерного реактора. Были построены переходные характеристики при отработке скачка задания и внутреннего возмущения.
При модернизации САР ядерного реактора полное время регулирования уменьшилось в 1,7 раза (скачок задания), а так же отсутствует перерегулирование.
ГАМОН лучше АМОН, т. к. колебательный процесс при внутреннем возмущении затухает быстрее именно в МПК №1.














·

L

13EMBED Equation.DSMT41415
13EMBED Equation.DSMT41415

СП

L


·

ХСРК

РГПК

Рз


·

L


·


·

Рз

kx

uc

СП

Tc(s+1

kc

Р


·
·


·

L


·

X


·

L


·


·

uc

Tc(s+1

kc

7,0 МПа

min(Р0; 7,0 МПа)

Рз

kx

kN


·N, «Сброс нагрузки»

СП

Р


·
·


·

L


·

X

ХОРК

Kx

uc

Tc(s+1

kc

L

Импульсатор


·

ПОРК

L


·


·
·


·

-

-

(



ХПОРК

uрд

-

D

Gпв

РД

(

L

ОРК

Импульсатор


·

L


·


·
·


·

-

h

(



L

L

(

(

X

ug

13EMBED Equation.DSMT41415

13EMBED Equation.DSMT41415

uc

РД

Tср



h

-


13EMBED Equation.DSMT41415

(

Gпрод

Gподп

СП

P

L

L


·


·
·


·


·

Рз

Х

uc

СП

Tc(s+1

kc

kx



да

Снятие команды на движение ПС СУЗ вниз

Команда на движение ПС СУЗ вниз

нет

нет

N
·Nдоп –0,03

да

«Разгрузка»=0

«Разгрузка»=1

нет

да

нет

да

Ввод:
N – мощность реактора из АКНП, отн.ед.;
П -перечень отключенного оборудования (ГЦНА, ПЭН);
f – частота электропитания, Гц;


Выход

«Разгрузка»=1

N > Nдоп

Nдоп=F(П)

Nдоп =F(П)((0,9+0,025((f-46)(

f<49Гц

Вход

13EMBED Equation.DSMT41415
uc



Root EntryEquation NativeEquation Native 13
#13


› #?   113  K 

Приложенные файлы

  • doc 8828999
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий