Исследование переходных режимов работы паросиловой части энергоблоков с учетом систем управления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.14, кандидат технических наук Пикин, Максим Александрович

• Пикин, Максим Александрович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пикин, Максим Александрович

Введение

1. Анализ существующих технологических схем энергоблоков

1.1 Конденсатный тракт и регенерация низкого давления

1.2 Питательный тракт и регенерация высокого давления

1.3 Главные паропроводы и пуско-сбросные устройства

1.4 Пароснабжение собственных нужд

1.5 Анализ существующих схем и постановка задачи

2. Разработка математической модели для расчета 34 переходных процессов паросиловой части энергоблоков.

2.1 Описание общих подходов к моделированию элементов

2.2 Описание математических моделей отдельных подсистем

2.3 Структурная схема и математическое описание моделей 84 элементов регуляторов

2.4 Обоснование достоверности принципов, заложенных в 96 модели

3. Расчетный анализ переходных процессов в существующих 100 технологических схемах энергоблоков с помощью математической модели.

3.1 Система основного конденсата и регенерации низкого 100 давления.

3.2 Система питательной воды и регенерации высокого 112 давления

3.3 Главные паропроводы и пуско-сбросные устройства

4. Предложения по совершенствованию технологических схем, 122 компоновок, режимов работы и систем автоматического управления энергоблоков.

4.1 Система основного конденсата и регенерации низкого 122 давления

4.2 Система питательной воды и регенерации высокого 134 давления

4.3 Разгружение блока при отключении турбины с потерей 139 вакуума

5. Расчетный анализ предложений по совершенствованию 140 технологических схем, компоновок, режимов работы и систем автоматического управления энергоблоков.

5.1 Система основного конденсата и регенерации низкого 142 давления

5.2 Система питательной воды и регенерации высокого 148 давления

5.3 Режим отключения турбины с потерей вакуума 159 Заключение 160 Список использованных источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование переходных режимов работы паросиловой части энергоблоков с учетом систем управления»

В настоящее время ведется проектирование и строительство новых блоков в России и за рубежом. Для этих блоков разрабатывается новое оборудование, технологические схемы, новые 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. Требования со стороны энергосистем, предъявляемые к маневренным характеристикам ТЭС и АЭС, сформулированы в [1,2]. Усложнение конструкции оборудования, схемных решений и режимов работы предъявляют повышенные требования к качеству работы блоков для обеспечения их надежной работы.

Новые технологические решения и требования по повышению надежности выдвинули для современных отечественных и зарубежных объектов новые требования по системам управления, что привело к кардинальному изменению блочного щита управления. Привычная полная мнемосхема пароводяного тракта блока с обилием индивидуальных приборов и ключей управления была заменена на операторские станции с выводом всей информации на дисплеи в виде видеограмм и управлением через окна с виртуальными блочками, ограниченное количество которых молено 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 сохранения за ним 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.

Исследованию переменных режимов работы основного оборудования посвящено значительное количество как отечественных [3,4,5,6,7], так и зарубежных работ. Вспомогательным системам уделено значительно меньше внимания. Вместе с тем надежность блока в переходных режимах, особенно при пусках и остановах, во многом зависит от систем, обеспечивающих работу основного оборудования. Если собственно оборудование этих систем (насосы, теплообменники) достаточно обстоятельно исследовались [8,9], то схемным вопросам, а таюке вопросам взаимодействия основного и вспомогательного оборудования и систем управления посвящалось значительно меньше работ.

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.

Основным истотнйком информации о статических и динамических характеристиках основного и вспомогательного оборудования, режимах работы, функционировании автоматических систем управления, правильности принятия технологической схемы электростанций был эксперимент на действующем оборудовании. Метод экспериментального исследования переходных процессов на блоке выполняется при пусковых операциях и в процессе 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 объектов управления, характеризующих его динамические свойства, позволит провести качественный и количественный анализ переходных режимов работы блока электростанции на стадии его разработки.

Целью работы является разработка комплексного подхода к анализу 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 и систем автоматического управления. Выполнение расчетного обоснования предлагаемых окончательных технических решений.

Паросиловая часть энергоблоков 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.

Основной путь, принятый при разработке модели, - 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.

Построенная на данных принципах математическая модель позволяет произвести качественный расчетный анализ переходных режимов работы действующих и вновь проектируемых энергоблоков. Результаты расчетного анализа позволяют: проверить правильность принятых решений по тепловой схеме и конструкции установки; изучить свойства турбоустановки как объекта управления; отработать оптимальные алгоритмы управления в нормальных и аварийных режимах. оптимизировать структурные схемы и настройки регуляторов.

Таким образом, представленная работа содержит новый подход к, анализу 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 характеристик оборудования, схемных и компоновочных решений. Работа содержит подход к разработке структурных схем автоматического управления оборудованием, совмещающий анализ разгонных характеристик оборудования и окончательных структурных схем по комплексной математической модели и предварительную отработку структурных схем и настроек по разгонным характеристикам на линейной модели.

При проведении данной 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 и упрощенной модели реакторной установки;

- 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 паросиловой части энегоблоков.

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-сбросных устройств;

- уточнить режимы работы реакторной установки.

Все эти решения нашли отражение в проектах строящихся энергоблоков.

Заключение диссертации по теме «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты», Пикин, Максим Александрович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная работа направлена на решение задач по повышению надежности работы оборудования в переходных режимах на стадии проектирования блока путем проведения расчетного анализа переходных режимов работы оборудования второго контура АЭС с ВВЭР-1000 с учетом автоматических систем управления, разработки новых технологических схем, режимов работы и систем управления. С этой целью:

1. Разработан комплексный подход к анализу переходных режимов работы блока на основе математической модели расчета технологических параметров блока.

2. Разработана математическая модель расчета технологических параметров в переходных режимах работы оборудования второго контура АЭС с ВВЭР-1000. На основе разработанной модели создана комплексная программа расчета динамики блока АЭС, в которую включены системы автоматического управления. Программа верифицирована сравнением с результатами натуральных испытаний на блоках ПТУ и АЭС.

3. С помощью разработанной математической модели проведен расчетный анализ переходных режимов работы типового оборудования второго контура, выявлены некоторые схемные, компоновочные и режимные недостатки, а также проблемы в системе управления.

4. Предложены решения проблем в системе дренирования ПНД путем использования дополнительных линий слива КГП с регулирующими клапанами. Для обеспечения надежной работы питательных насосов и предотвращения процесса кавитации в них была предложена структурная схема регулятора давления в деаэраторе и оптимизированы его настройки, обеспечивающего приемлемый режим работы. Предложен режим разгрузки реактора при отключении турбины с потерей вакуума, исключающий недопустимую потерю воды во втором контуре.

5. Разработана методика по оптимизации структурных схем и настроек регуляторов с помощью сочетания расчетов на нелинейной и линейной математических моделях.

Правильность всех предложений подтверждена расчетным анализом.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пикин, Максим Александрович, 2008 год

1. Технические требования к маневренным характеристикам энергоблоков АЭС с реакторами на тепловых нейтронах типа РБМК, РБМКП и ВВЭР. ВТИ, ИАЭ, Энергосетьпроект, Москва, 1979 г.

2. Технические требования к участию АЭС в первичном регулировании частоты в энергосистеме и в изменениях нагрузки АЭС по диспетчерскому заданию. Концерн "Росэнергоатом" ОАО "СО ЦДУ ЮС", 2004 г., 5 с.

3. Котельные и турбинные установки энергетических блоков. Опыт освоения. Под ред. В.Е. Дорощука и др., М., Энергия, 1971, 268 с.

4. Освоение энергоблоков (пусковые режимы, металл, водоподготовка и автоматика). Под ред. В.Е. Дорощука и др., М., Энергия, 1971, 239 с.

5. Овчинников Ф.Я. и др. Эксплуатационные режимы водо-водяных энергетических ядерных реакторов. М., Атомиздат, 1977, 280 с.

6. Аминов Р.З., Хрусталев В.А., Духовенский A.C., Осадчий А.И. АЭС с ВВЭР: режимы, характеристики, эффективность. -М.: Энергоатомиздат, 1990г.- 293 с.

7. Освоение и совершенствование вспомогательного турбинного оборудования тепловых электростанций, под научн. Ред. Лужнова М.И., Дегтева О.Н., Челябинск, Южно-Уральское кн. изд., 1982, 180 с.

8. Кирш А. К. и др. Промышленные испытания питательного турбонасосного агрегата ПТ 3750-100 энергоблока 1000 МВт с реактором ВВЭР-1000. Теплоэнергетика, 1984, №12, с. 22-26

9. Расчет и рекомендации по проектированию поперечно-оребренных конвективных поверхностей нагрева стационарных котлов., РТМ 108.030.140-87

10. Разработка предложений по оптимизации работы АСР конденсатного тракта с целью предотвращения переполнения деаэратора (отчет), арх № 13922, ВТИ, Нестеров Ю.В., М., 1990, 47 с.

11. Типовые пусковые схемы второго контура серийных блоков с реактором ВВЭР-1000 и турбинами К-1000-60/1500 и К-1000-60/3000 (отчет), арх. № 12428, ВТИ, Шмуклер Б.И., М., 1983, 92 с.

12. Расчетный анализ переходных режимов питательно-деаэрационной установки блока АЭС "Бушер" при существующих схемах и компоновках и разработка предложений по их совершенствованию. № 03/0201-99 ЭБ, ВТИ, Нестаров Ю.В., 1999, 102 с.

13. Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПН АЭ Г-7-008-89). 2-е изд., испр. И доп. / Госатомэнергонадзор СССР. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 168с.

14. Режимы останова, расхолаживания и динамические характеристики 1 блока 1000 МВт на Южно-Украинской АЭС (отчет), арх. № 12671, ВТИ, Нестеров Ю.В., М., 1984, 87 с.

15. Расчет и проектирование поверхностных подогревателей высокого и низкого давления. Руководящий технический материал. РТМ 24.271.2374. Москва.

16. Влияние способа парораспределения на динамические характеристики турбоустановки. Крашенинников В.В., Из сборника "Моделирование динамических процессов энергоустановок". Киев, "Наукова думка", 1978, 15-20 с.

17. Математическая модель турбоустановки с сопловым парораспределением применительно к расчету динамическиххарактеристик котлоагрегата. Крашенинников В.В., Отчет ВТИ, 003163, 1972 г.

18. Крашенинников В.В. Математическая модель турбоустановки применительно к расчету динамических свойств котлоагрегата. ТЭ, № 1,1974, 43-46.

19. Щегляев A.B. Паровые турбины. М., "Энергия", 1976.

20. Арманд A.A. Расчет переходных процессов в теплообменниках. В кн. "Теплообмен при высоких тепловых нагрузках и других специальных условиях", М., ГЭИ, 1959, с. 113 - 136.

21. Крашенинников В.В. О допустимости замены уравнения теплопроводности стенки трубы уравнением баланса тепла при исследовании переходных процессов в теплообменниках, ИФЖ, 1970, т. XIX, №6, с. 1079- 1087.

22. Крашенинников В.В. Нестационарные процессы в паровых котлах. В сб. "Котельные установки и водоподготовка", М., ВИНИТИ, 1967, Итоги науки и техники, сер. "Электротехника и энергетика", 134 с.

23. Михеев М.А. Основы теплопередачи. Москва. Госэнергоиздат, 1956.

24. Исаченко В.П. Теплообмен при конденсации. М., "Энергия", 1977, 240 с. с илл.

25. Нестеров Ю.В., Шмуклер Б.И. К вопросу о требуемом запасе воды в деаэраторном баке энергоблока. "Теплоэнергетика", 1987, № 4, с. 66

26. Оборудование теплообменное АЭС. Расчет тепловой и гидравлический. РТМ 108.031.05-84.

27. Выполнение ПНР по АСУ ТП СКУ МЗ системы автоматического регулирования. Калининская АЭС энергоблок №3, Технический отчет САЭ АТЭ, М., 2005

28. АООТ «ЛЕНИНГРАДСКИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ЗАВОД», АЭС «КУДАНКУЛАМ», Блоки 1,2. Технический проект. Расчеты тепловых балансов турбоустановки для различных режимов эксплуатации. KK.UMA.OO.TU.PR00!. ИНВ. № 1040, 2002 г.

29. Александрова Н. Д., Давыдов Н. И., Нестеров Ю. В., Пикин М. А. Оптимизация структурных схем и настроек регуляторов с помощью математических моделей // Электрические станции, 2007, №8, с. 18 23

30. Нестеров Ю. В., Пикин М. А. Расчетные исследования переходных режимов работы оборудования второго контура АЭС с ВВЭР-1000 с учетом систем управления // Электрические станции, 2007, №3, с. 16

31. Правила технологического проектирования атомных станций (с реакторами ВВЭР) РД 210.006-90.

32. К вопросу о требуемом запасе воды в деаэраторном баке энергоблока. Нестеров Ю. В. Шмуклер Б. И. // Теплоэнергетик. 1987,- №4.

33. Нестеров Ю. В., Пикин М. А. Оптимизация схемы узла питания второго контура АЭС с ВВЭР-1000 // Электрические станции, 2006, №6, с. 62 66.

34. Пикин М.А., Нестеров Ю.В. Расчетные исследования характеристик работы ПВД в различных режимах эксплуатации // Энергетик,.2007,69.