Тема 6. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Тема 6. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Общие сведения об автоматизации технологического процесса

На ТЭС

Современные системы автоматического регулирования частоты и ак­тивной мощности САРЧМ (тема 5) действуют как на САР турбины, так и на САР котла (парогенератора). В свою очередь, эти САР входят в состав системы автоматического управления технологическим процессом тепло­вой электрической станции (ТЭС).

Тепловая электрическая станция является единым сложным объек­том автоматизации, в котором для изменения электрической мощности должно изменяться поступление топлива, воздуха и воды и при этом обес­печиваться необходимое качество энергии на всех этапах её преобразова­ния, а также условия надёжности и экономичности работы оборудования. Кроме электрической энергии, на ТЭС вырабатывается тепловая энергия, качество которой характеризуется значениями давления и температуры энергоносителя (в основном, пара и воды).

Основные системы ТЭС:

1. Топливный тракт (топливный склад, топливоподача и пылеприготовле­ние);

2. Газовоздушный тракт (дутьевой вентилятор, топка парогенератора, зо­лоуловители, дымосос, дымовая труба);

3. Пароводяной тракт (парогенератор, паровая турбина, конденсатор, по­догревательно-насосное оборудование);

4. Система технического водоснабжения, химводоочистка;

5. Воздушное, водородное, масляное хозяйства;

6. Электротехническое хозяйство;

7. Система управления и система оперативного постоянного тока.

Автоматизация технологическогопроцесса на ТЭС включает в себя следующие виды:

- автоматический дистанционный контроль текущих значений пара­метров технологического процесса (электрические измерения неэлектри­ческих величин);

- дистанционное управление агрегатами, машинами, механизмами (формирование команд «включить – отключить» аналогично управлению выключателями; «больше – меньше» аналогично управлению трансфор­матором с РПН);

- автоматическое регулирование периодических и непрерывных про­цессов;

- автоматическая защита основного и вспомогательного оборудования от возможных повреждений в процессе эксплуатации;

- технологическая сигнализация о состоянии основного и вспомога­тельного оборудования ;

- логическое управление, обеспечивающее включение и отключение механизмов в заданной последовательности (автоматическая блокировка);

- определение технико-экономических показателей (ТЭП) работы электростанции в целом и её подразделений или отдельных установок.

При решении вопросов автоматизации технологического процесса на ТЭС всё оборудование расчленяется на технологические участки в соот­ветствии с характером технологических процессов. Например, пароводя­ной тракт содержит участки: парогенераторный, турбинный, подогрева­тельно-насосный. Вопросы автоматизации решаются отдельно для каж­дого участка, хотя и координируются между собой. Применение инфор­мационно-вычислительных устройств на базе ЭВМ обеспечивает ком­плексное согласованное управление агрегатами ТЭС.

Вопросы автоматизации технологического процесса на ТЭС в полном объёме изучаются студентами кафедры «ТЭС» на специализации 140102 – Автоматизированные системы управления объектами ТЭС. Здесь же, в по­рядке общего ознакомления с темой, рассматриваются некоторые вопросы автоматического регулирования режима работы парогенератора, являю­щегося наиболее важной и сложной частью тепловой схемы ТЭС.

Регуляторы

Основные законы регулирования

Закон регулирования – это зависимость положения регулирующего органа x_p (выходного сигнала ИМ) от отклонения регулируемой величины – рассогласования = y_уст – y, т.е.

x_p (t) = F( (t)).

P_п – закон (релейный позиционный):

Например, , – отклонения верхнего и нижнего уровней жидкости в баке от заданного; x_p,max, x_p,min – клапан закрыт, открыт. Графическое изображение закона регулирования показано на рис. 6.10.

Промышленные двухпозиционные регуляторы выполняются с использованием измерительных приборов, снабженных контактным устройством, которое управляет исполнительным механизмом релейного действия. Такой регулятор является нелинейным динамическим звеном.

П-закон:

– перемещение регулирующего органа пропорцио­нально отклонению регулируемой величины или

– скорость перемещения РО пропорциональна ско­рости изменения регулируемой величины, откуда

.

Замкнутая САР с П-регулятором (реализующим П-закон) обладает статической ошибкой.

И-закон:

– скорость перемещения РО пропорциональна от­клонению регулируемой величины, или

Замкнутая одноконтурная САР из объекта и И-регулятора не имеет статической ошибки, т.е. является астатической.

ПИ-закон:

– регулирующий орган перемещается

со скоростью, пропорциональной отклонению и скорости отклонения ре­гулируемой величины, или

.

Кривая разгона ПИ-регулятора (реализующего ПИ-закон) показана на рис. 6.11

При – время удвоения выходного сигнала:

, откуда .

Передаточная функция ПИ-регулятора:

.

ПД-закон:

– регулирующий орган перемеща­ется в положение, пропорциональное отклонению и скорости отклонения регулируемой величины.

Кривая разгона реального ПД-регулятора показана на рис. 6.12.

Рис. 6.12 Кривая разгона ПД-регулятора

Передаточная функция реального ПД-регулятора:

.

ПИД-закон:

– скорость перемеще­ния регулирующего органа зависит от отклонения регулируемой величины, ее первой и второй производной, или

.

В замкнутой САР с ПИД- регулятором отсутствует статическая ошибка и обеспечивается большее быстродействие по сравнению с ис­пользованием ПИ- регулятора.

Законы П, И, ПИ, ПД, ПИД являются линейными.

Автоматические регуляторы

Для управления теплоэнергетическими установками (парогенераторы, турбины, вспомогательное оборудование) применяются автоматические регуляторы различных серий: РПИБ, Каскад-1, Каскад-2, АКЭСР 1, АКЭСР 2 (РПИБ - автоматический регулятор с электронным регулирую­щим прибором пропорционально-интегрального действия бесконтактным; АКЭСР - агрегатированный комплекс электрических средств регулирова­ния).

Автоматические регуляторы обеспечивают:

- суммирование и компенсацию электрических входных сигналов, по­ступающих от измерительных органов (п.6.5), и их усиление, необходимое для управления пусковым устройством исполнительного механизма (п.6.3);

- формирование совместно с исполнительным механизмом П-, ПИ-, ПД-, ПИД- законов регулирования в пульсирующем режиме изменения выходного сигнала (п.6.4);

- компоновку взаимосвязанных САР теплоэнергетических установок (с использованием функциональных и вспомогательных блоков), управ­ляемых централизованным вычислительным комплексом.

В автоматических регуляторах используются унифицированные сиг­налы постоянного тока 0-5 мА или 0-20 мА, которые удобно суммировать, преобразовывать, контролировать, использовать многократно.

Функциональные и принципиальные схемы блоков и модулей аппара­туры «Каскад» и «АКЭСР», принцип действия, настройка параметров рас­сматриваются на с.128-170 учебника: Плетнев Г.П. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок электростанций,- 3-е изд.- М.: Энергоатомиздат, 1996.-344 с.

В настоящее время все более широкое применение находят ремиконты – регули­рующие микропроцессорные контроллеры. Это но­вый класс устройств управления, выполненных на микропроцессорной элементной базе и специализированных для решения задач автоматиче­ского регулиро­вания. Ремиконт – программируемое устройство, но на­страивать его может эксплуатационный персонал, связанный с обслужи­ванием традиционной аналоговой аппаратуры (РПИБ, Каскад, АКЭСР и др.) и незнакомый с ме­тодами математического программирования. В процессе настройки непо­средственно на объекте оператор назначает алго­ритмы управления, кон­фигурацию управляющего контура, параметры ста­тической и динамиче­ской настройки, а также устанавливает сигналы зада­ния и режимы управ­ления. Запрограммированные параметры сохраняются при отключении питания. Для настройки используется специализирован­ная панель, кла­виши и индикаторы которой обычно обозначены терми­нами, привычными для специалистов по автоматике. Ремиконт заменяет несколько десятков аналоговых приборов и обеспечивает адаптацию сис­темы регулирования к изменяющейся динамике процесса регулирования.

К устройствам этого же класса относятся ломиконты (ло - локальная сеть), димиконты (ди - дисплейный) с возрастающими номерами по мере совершенствования.

Тема 6. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ