Irányítástechnika II

BME, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék

Irányítástechnika II BMETE80R815 a Reaktortechnika szakirányú továbbképzési szakon 3 óra / hét x 8 hét -> összesen 24 óra; 5 kredit Változat: 2015

Dr. Szentannai Pál egyetemi docens, tanszékvezető helyettes

D 206B

[email protected]

06 1 463 2559

Tartalom fejezet

alkalom

1. Irányítások realizálása

1. – 2.

2. Teljesítményszabályozás

3. – 4.

3. A gőztermelés szabályozása

5. - 6.

4. Gőzturbinák szabályozása

7. – 8.

Követelmények A vizsgaidőszakban: vizsga

A tudás átadásának módja: szóbeli előadás

 vetített háttéranyaggal, ami letölthető a következő helyről:

ftp://ftp.energia.bme.hu/pub/Iranyitastechnika_II/

 Azt kell tudni, ami elhangzott!  Kérdezzenek!

A tudás befogadásának javasolt módja: (hagyományos) jegyzetelés az ábrák lerajzolásával

 A tempó ennek megfelelő (a vetítés nem sokszorozza meg a megtanulandó anyagot)  Segít a megértésben  Segít a feldolgozásban  Segít a magyarra fordításban  A letöltött vetített képek ennek pontosításában segíthetnek, kinyomtatásuk fölösleges

Ajánlott irodalom  Czinder Jenő: Atomerőművi Folyamatszabályozás – Vázlatos előadásanyag az Irányítástechnika II. című szakmérnöki tárgyhoz  Czinder Jenő: Erőművek szabályozása. Műegyetemi Kiadó, 2000. Azonosító szám: 45058  Günter Klefenz: Die Regelung von Dampfkraftwerken. BI-Wiss.-Verl., 1991 (4. kiadás)

Irányítástechnika II

Dr. Szentannai Pál

[email protected]

1. IRÁNYÍTÁSOK REALIZÁLÁSA

1.1. Hierarchikus irányítási struktúra

erőmű rendszer irányítása

blokk szintű irányítás

funkciócsoport irányítás

intelligencia

folyamatközeli irányítás

programozott védelmek

huzalozott védelmek

megbízhatóság

inherens védelmek

követelmény

Hierarchikus irányítási struktúra: Jellegzetességek

szintek

- tovább balra: automatikán kívüli inherens biztonsági létesítmények: építmények, gyűjtő tartályok, lokalizációs torony stb.

Inherens védelmek példa: hasadó tárcsák, biztonsági szelepek

.

Inherens védelmek példa: a turbina védelme elöntés ellen Heller rendszerben

.

Inherens védelmek példa: atomerőmű, biztonságvédelmi rudak

.

Huzalozott (relés) védelmek

- p-, t-, ... „kapcsoló” - ha fagy & nincs áramlás => zsalu bezár

.

Huzalozott (relés) védelmek, működtetések

- kontaktusok rajza: fesz. mentes állapot - relé elromlása

Omron, Schmid

Huzalozott (relés) védelmek, működtetések +

- PLC és DCS bemenetek esetén is

-

logika

.


Schmid


Schmid


Dr. Szentannai Pál

[email protected]

1.2. Nem digitális megoldások

Lipták

- P szabályozás maradó hibával: - max. terhelés ~ max. nyitás ~ alacsony szint  alapjel

Lipták

Mechanikus fordulatszám-szabályozó

.


-

röpsúlyos fordulatszám-szabályozás Watt gőzgépén már ilyen volt az autóiparban ma is használják P jelleg, maradó hiba

Lipták


.

Madrid


Dr. Szentannai Pál

[email protected]

1.3. Terepi műszerezés, távadók

Nukleáris mérések

Helyi nyomásmérés mérő műszer

elzáró szerelvény teszt csatlakozóval vízzsákcső főleg gőz esetén a magas hőmérséklettől való megvédés érdekében elzáró szerelvény

- helyi P mérés - mérőhely elrendezési rajz, „hook-up” - egyes elemek elmaradhatnak

mérendő közeg Schneider

Nyomásmérés műszerállványra szerelve

szelepcsoport

impulzuscső

.

Schneider

Nyomáskülönbség mérés (áramlás mérés) gáz szelepcsoport

impulzuscső

- ha folyadék jelenléte lehetséges (pl. kondenz) => fontos, hogy fent - nedves gőzre leválasztó edények is Schneider, Rosemount

Hőmérséklet mérés

- védőcső: gyakran kiváló hőszigetelés! – gyakran dupla - olaj (vízszintes csőbe!?) - azonosítás (mérőhelyé, kábelé)

(Gb2010; Elliott)

Az áram jel előnye

- Rs: zavaró ellenállás pl. korrózió miatt => mérési hiba

Lindsley

A 4 – 20 mA előnye

- két vezeték - élő nulla

Lindsley


Dr. Szentannai Pál

1.4. Kábelezés, buszok

[email protected]

Kábelezés

- kábel „létrák”, „tálcák” - feszültségszintek szétválasztva - faláttörés: tűzálló (+ szigetelés)

.

Kábelezés

- kábelalagút metszet rajz kábeltálcákkal - építész terv - kábelek átmérője

Nagy D.

Kábelezés – belső huzalozás

- „tömszelence” ; átmérő

.

PROFIBUS (Process Field Bus)

-

szabványos (DIN 19 245 – már megint német!) zseton (token) körbeadása aktív: önálló adatküldés, -kérés (gyakran csak egy); max. 32 passzív: felszólításra reagál (nyugtáz, adatot küld ...) lineáris-, fa struktúra árnyékolt sodort érpár: 1200 m; utána: repeater

Schmid

További terepi buszrendszerek: protokoll: MODBUS

- RS-485-re, de létezik RS-232-re és Ethernet-re is - Modicon cég PLC-re; nyílt, ingyenesen használható de-facto szabvány

További terepi buszrendszerek: fizikai szintű szabványok:

Soros vonal (V.24; USA: RS-232C) - eredetileg: számítógép – modem kapcsolat - point-to-point - max. 15 m

RS-485 (EIA-485)

.

- sodort érpár - max. 32 állomás - max. 1200 m

.


Dr. Szentannai Pál

1.5. Beavatkozók

- főleg: szelepek

[email protected]

Szelep karakterisztikák - quick opening: leginkább nyit-zár szelepekhez (tányér szelep) - lineáris - egyenszázalékos: adott szelepszár elmozdulás mindenhol azonos arányban változtatja az áramló mennyiséget

moving the stem from 20% of full travel to 30% of full travel changes the flow from 5% to 7.5%, while moving the stem from 80% of full travel to 90% of full travel increases the flow from 50% to 75%. In both cases, a stem movement of 10% of full travel results in a 50% increase of the previous flow.

- szabályozás tervezésekor figyelembe kell venni!

Lindsley

Villamos segédenergiával működtetett beavatkozók Although pneumatic actuators are inexpensive, reliable and fastoperating, their use necessitates the provision of compressed-air supplies. The air must be clean and dry, entailing the use of filters and driers. It is therefore attractive to consider devices that do not require such expensive ancillary plant.

They have the advantage of providing inherent 'fail-fix‘ operation since on loss of power they lock in position. On the other hand, making an electric actuator fail to the open or closed position on loss of power is not so simple.

- a szabályozó berendezések ma szinte kizárólag elektronikus rendszerek

Lindsley

Hidraulikus segédenergiával működtetett beavatkozók Hydraulic actuators offer another way of dispensing with air compressors and their ancillary equipment. This type of actuator is powerful, fast and accurate, and can be provided in fail-open, fail-closed or fail-fix configurations. A centralised hydraulic reservoir is shared between several actuators, careful consideration must be given to ensuring that no failure can disable major portions of the plant.

- régebben előfordultak hidraulikus szabályozó rendszerek

Lindsley

Pneumatikus segédenergiával működtetett beavatkozók Pneumatic actuators are inexpensive, reliable and fastoperating, their use necessitates the provision of compressed-air supplies. The air must be clean and dry, entailing the use of filters and driers.

- régebben gyakran használtak pneumatikus szabályozó rendszereket - ma (általában) a pneumatikus beavatkozókat is elektronikus szabályozók irányítják

Lindsley

Beavatkozók

- jelkapcsolatok - segédenergia: villamos (csatlakozása nincs ábrázolva)

AUMA

Beavatkozók szelepeken kívül: - fordulatszám szabályozott motorok (szivattyúk, ventilátorok)

- be-, kikapcsolás (villamos fűtés, ventilátor) - ...

.

Früh


Dr. Szentannai Pál

[email protected]

1.6. Digitális szabályozó eszközök

Kompakt szabályozók (régebben: analóg elektronikus megvalósítás)

- huzalozott környezetbe - történelem: szorzó, ... - programozhatók

- automatikus behangolás!?? - több kör, kaszkád

Siemens

PLC (Programmable Logic Controller)

- főleg bináris be-, kimenetek, de analóg lehetőségek (sw. blokkok) is

Schmid

DCS (Digital Control System)

Siemens PLC S7 400

Honeywell TDC3000 remote I/O

- DCS más jelentése: Distributed Control System - A két irány (PLC lentről, DCS fentről: kezd összeérni): pl. ABB Freelance kimondottan; Siemens I/O kártyák

.

Redundancia

- 2x, 3x - szintek (mérések; I/O; processzor) - működés eltérés esetén (szavazás, leállás)

.


Dr. Szentannai Pál

[email protected]

1.7. Szabályozások programozása

PID szabályozó blokk

- minden DCS szoftverben – még a PLCkben is van hasonló - nem kell teljesen reprodukálni

Nagy D.

Példa szabályozás programozására

- itt: szakasz szimulátor elemekkel - itt: szelepvezérlő üzemmód is - (nem kell reprodukálni)

Nagy D.

PID szabályozót beállító blokk szabályozott jellemző beavatkozó jel

szelepvezérlő üzemmód kiadott szeleppozíció

.

Nagy D.

PID szabályozót beállító blokk működése

szabályozott jellemző (hőmérséklet)

beavatkozó jel (szeleppozíció) 5. kiszámolja a szabályozó paramétereket 1. R (run) parancsra indul

- óvatosan!! - x skála: percek

2. zavarmentes állapotot vár; szelepvezérlő üzemmódba vált

3. 5% pozíciónövelést ad

4. felveszi az átmeneti függvényt Nagy D.

1.8. Vezérlések (bináris irányítások) programozása

- A szakmai nyelv itt nem konzekvens! - Mert: a feladat jellege a bináris – analóg szempont szerint válik szét. (fontos a kettő találkozása – külön tárgyaljuk (2 helyen is)) - Ezen belül: „programozott védelmek”

Vezérlés programozása

- példa; nem kell pontosan reprodukálni

Lipták

Vezérlés programozása logikai séma (FUP: Funktionsplan)


Lipták

Vezérlés programozása áramútterv / létra diagram (KOP: Kontaktplan)


Lipták

Vezérlés programozása utasításlista (AWL: Anweisungsliste)

LD

LSH001

OR

%M0001

ANDN LSL002 AND

%I0001

...


.

Vezérlés programozása – az európai jelölésrendszer IEC 61131 - 3 FUP, Funktionsplan (FBS, Funktiosbausteinsprache) [alfanumerikus képernyők óta]

KOP, Kontaktplan

AWL, Anweisungsliste

ST, Strukturierter Text Früh

Lefutó vezérlés

Programrészek: - lépésekben kiadott parancsok (Step) - továbblépési feltétel (Transition)

Schmid

Lefutó vezérlés

.

.

1.9. Kezelői kapcsolatok

- lentről kezdjük

Kezelői felület programozása további képek elérése

üzenetek, állapotuk (!) - színek

hely pl. szabályozók kezelői lapjának

- Amerikából - színek jelentése: egységesen!

Elliott

Naplózás, (bináris-, analóg) adatgyűjtés

- az üzemvitel utólagos értékeléséhez - hibák utólagos elemzéséhez - régebben papíron (kézzel is) – ma inkább digitálisan Naplózás - eseménynapló (hibajelzések, nyugtázások, beavatkozások stb.) - műszaknapló (összesített teljesítmény adatok) Adatgyűjtés - általában külön számítógép (~ fekete doboz) - szinkron óra!

.

Helyszíni, kézi beavatkozási lehetőségek

-

technológiai vezetékek impulzus vezetékek indításhoz, leállításhoz gyakori (pl. légtelenítés) „adapter”

.

Helyszíni-, kézi beavatkozási lehetőségek

- egyes beavatkozóké, motoroké - általában közvetlenül a működtető áramkörben - kulcsos kapcsolók – szerelés, biztonság - technológiai részegységeké - általában PLC kapcsolatokkal

.

Helyszíni-, kézi beavatkozási lehetőségek

- technológiai részegységeké

(Zszg, 2010)

Vezénylő

- kb. a ’90-es évekig (ma is üzemel ilyen)

Csordás (Aj2007)

Vezénylő

- az elektronikus irányítás kezdete

(Aj2007)

Vezénylő

- régi és új - hátul: kompakt szabályozók, mutatós műszerek ...

(Kb2007)

Vezénylő

- az USA-ban elterjedt

Honeywell

Vezénylő

- Vezénylő – optimalizáló munkahelyek

PowerGen

Vezénylő

Csordás (ÉB)

Vezénylő

Csordás (Paks)

Vezénylő Safety Control Panel

Plant Overview

Auxiliary Control Panels

Reactor and Turbine Control Panel

Chief Operator

AREVA NP – Sector Plant – BU I&C and Electrical Systems Tianwan Control Room

Vezénylő

Vezénylő

- MAVIR rendszerirányító (régebben: Teherelosztó)

Csordás

1.10. Azonosítás erőműn belül

- KKS - P&I diagram

KKS Kraftwerk Kennzeichen System

- Németországból - ma az egész világon általánosan elterjedt / megkövetelt - betű-szám kombináció elválasztók nélkül (a vezető 0-kat el lehet hagyni) - bármely erőműben gyorsan tájékozódhat, aki ismeri - a szabadon választható részekben gyakran: céges szabványok => egyeztetés szükséges -> néha nagy gond .

KKS

.

Lindsley

LA: tápvíz; LB: gőz; LC: kondenz rdsz. - csak a kiemelteket kell tudni (C, D, E, F, ...)

KKS

Lindsley

KKS kazán részrendszerekre bontása

.

Nagy D.

KKS aláosztás (példa) - a határok kijelölése lehet másképp is - ezután: készülék kód: pl.: B1LCM51AA001 Plant Unit

Level1 Level2

.

Nagy D.

KKS irányítástechnikai készülékkódok

-

C: egyszerű mérés; F: számított m. T: hőmérséklet készülék kód: pl.: B1LCM51CT001 D: sűrűség Plant Unit

Level1 Level2

felső sor: FUNKCIÓ alsó sor: KKS

E: villamos mennyiség (pl. áram, feszültség F: áramlás G: pozíció (pl. szelepé) H: manuális bemenet L: szint P: nyomás Q: minőségi jellemző T: hőmérséklet

TIC LCM51CT001

.

Nagy D.

P&I diagram (Piping and Instrumentation diagram)

helyi mérés

távadós mérés

- a távadós műszer gyakran helyi kijelzéssel %

.

P&I diagram (távadó helyi kijelzővel)

.

.

 alsó sor, Level2, 2. betű

P&I – funkciók leírása (felső sor)

- alsó sor: KKS

- felső sor: funkció

Nagy D.

P&I – rajzrészlet példák

.

Nagy D.

P&I – rajzrészlet példák

- ‘+’ ~ ‘H’ ; ‘-’ ~ ‘L’

Nagy D.

P&I – példa: gőz-víz rendszer részlete

LBA02CT001

LBA20CF001

- a helyi műszerek és szelepek itt n.á. - technológus -> irányítástechnikus de: egyeztetés!! - nagyítva a köv. fóliákon - nem kell reprodukálni

Nagy D.


LBA20CF001

TÁPTARTÁLY

- kétpontos dobszint sz. - nem kell reprodukálni

Nagy D.


LBA02CT001

- PIR R: nincs sok jelentősége (képernyőn is) - T mérések kapcsolódása - nem kell reprodukálni

Nagy D.

A Feladatterv (Basic Design) mint kiindulás a folyamatirányítási tervezés számára

95. dia

Szöveges technológiai leírás − rendelkezésre állás − honnan kezelik − automatizáltsági szint − biztonsági besorolás − azonosító rendszer P&I rajzok Mérőhely lista, villamos fogyasztói lista Típustervek mérési csatlakoztatásokhoz (hook up)

Reteszelési lista (határértéklista) Logikai tervek (szállítótól független; szekvenciális is) Egyvonalas szabályozási sémák

Kezelői képek előterve Alarmlista

.

Naplózási követelmények Dr. Nagy Dezső,


Dr. Szentannai Pál

[email protected]

2. TELJESÍTMÉNYSZABÁLYOZÁS

Magas szintű feladatok (top-down) - Villamosenergia rendszer szabályozása - Blokkszabályozás


Dr. Szentannai Pál

[email protected]

2.1. A villamosenergia rendszer szabályozása (Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC)) - Nem tárolható! - Mennyiségi feladat: a termelői és fogyasztói teljesítmények egyensúlyának fenntartása. - Minőségi feladat: hálózati frekvencia és feszültség: pontos értékek! - Szoros kapcsolat a kettő között. - A szállítási költség (hálózati veszteség) arányos a szállított mennyiséggel (=> ennek minimalizálása nem szabályozási feladat)

P, MW

Hogyan változik a fogyasztó igénye?

Magyar VER napi terhelési diagram (2004)

Rendezett teljesítmény-idő diagram: tartamdiagram P(%) 100

Csúcsterhelés 80

Középterhelés 60

a.) Üzemvitel szerint: - Alaperőmű: > 7000 h/év - Menetrendtartó erőmű: 2000-7000 h/év - Csúcserőmű: < 2000h/év

40

Alapterhelés

Ha eltérés van termelés-igény között:

20 0

0

2000

4000

6000

8000

h/év

b.) Fogyasztói igényre való reagálás szerint: - aktív: igényváltozásra reagál - passzív: igényváltozásra nem reagál

2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC)

Σ Termelés =Σ Igény

f = állandó Prognosztizált napi menetrend

Mindkét oldalon van eltérés :

f változik

• Kisebb amplitúdójú és rövid idejű változások • Nagy amplitúdójú és nagy gradiensű üzemzavarok Ellátási biztonság!

Termelői kapacitások tartalékolása szükséges Kooperáció: Pc=Pimp-Pexp

Integrált villamosenergia rendszer (UCTE) Szabályozott jellemző

Frekvencia-csereteljesítmény szabályozás Zavarkompenzáció

A szabályozás szintjei primer szabályozás (max. 30 s)

szekunder szabályozás (max. 15 min)

tercier szabályozás

szinkronidőszabályozás

idő eltérés - eltérés: termelés-fogyasztás egyensúlyának felbomlása (pl. a fogyasztás növekedése vagy akár egy blokk kiesése [tartalék előírások erre von.]) (gyakran csak az utóbbit tárgyalják, pedig normál üzemben is ugyanúgy működik az egyensúly fenntartásának mechanizmusa) .

Területi fogalmak szinkronzóna: együttműködő hálózat azonos frekvenciával (a miénk: UCTE: Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity)

szabályozási zóna: amelyen belül a mérleget egyensúlyban kell tartani (a miénk: Magyarország: egy szab. zóna: MAVIR, de pl. Németországban négy) - több további szint - lefelé: mérlegkörök: pénzügyi, elszámolási egységek - fölfelé: irányítási szintek - a szabályozás szempontjából a fenti két szint játszik szerepet

.

Primer szabályozás A termelt teljesítményt állandóan egyensúlyban kell tartani a fogyasztott teljesítménnyel - mert az elosztó hálózat nem tudja tárolni a villamos energiát - az egyensúlyt a frekvencia eltérése jelzi Eltérés esetén kezdetben a csatlakozó generátor egységek és motorok forgórészének kinetikus energiája kompenzál. Ennél nagyobb vagy tartósabb eltérés esetén: automatikus beavatkozás: Primer szabályozás: az erőművek teljesítményszabályozása - pl. gőzturbinák szabályozása: később, részletesebben - nem minden erőmű / blokk vesz részt benne - de a szinkronzóna minden bevont blokkja - néhány másodperc -> állandósult állapot - de: P szab. => maradó hiba: frekvencia-eltérés

.

.

Szekunder szabályozás Az új egyensúlyi állapotban tehát - van frekvenciahiba - a (pl. kiesett blokk miatt) hibás egyensúlyú szabályozási zónát a többi segíti ki (pl. telj. vagy fogyasztás többlettel) [Ez pontosabban: a szabályozási zónák közötti csereteljesítmények eltérnek a tervezett értékektől.] A feladat: ezek megszüntetése - néhány percen belül - csak az érintett szabályozási zóna végzi (a rendszerirányító vezetésével, ami nálunk a Mavir ZRt.) - kiválasztott blokkok végzik - ez folyamatos, valósidejű, PI jellegű szabályozás, bemenő jelei: - frekvencia, - csereteljesítmények - de: hasonló eseményekre a tartalékot továbbra is biztosítani kell

.

.

Tercier szabályozás A résztvevő generátorok v. fogyasztók munkapontjának automatikus vagy kézi megváltoztatása annak érdekében, hogy - a szekunder szabályozási tartalék megfelelő legyen (erre előírások) - a teljesítmény a lehető legjobban legyen elosztva a termelők között (gazdasági szempontok alapján) - csak az érintett szabályozási zóna végzi (a rendszerirányító vezetésével, ami nálunk a Mavir ZRt.)

.

.

Szinkronidő szabályozás A szinkronidő eltérését a „koordinált nemzetközi világidő”-től (azaz az átlagfrekvencia eltérését névleges értékétől) kompenzálni kell: - a frekvencia alapjel megváltoztatásával: - 49,99 Hz vagy 50,01 Hz egész napokra - svájci központból irányítják (természetesen az egész szinkronzónára érvényesen)

.

.

2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC) Menetrend • Lassú: 15 min alatt • Integráló rész is van

Információk a termelőktől

...

• Gyors : 15-30 s alatt • Arányos működés

Pg,i Pvo,i

++

... PR

1 n Primer

+ +

PI 2

G -+ +

+ KN f -

fo

f

S

-

KB,i

Szekunder

+ S

-

Pc,o

Ci

PR,i

PI

Információk a fogyasztóktól

Tercier

no Pv,i

n G

1-teljesítmény szabályozó 2-frekvencia szabályozó

N1

„Be nem avatkozás elv” • A f-t csak a felelős rendszer szabályozza ki, sőt a • besegítő rendszer még a Pcjét sem kompenzálja, mert KN Pc = SKB,i, s így a G zérus marad N2

ACE

2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC)

Frekvencia-lefolyás az UCTE-ben egy 1300 MW-os erőműkiesés után

2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC) Frekvenciaszabályozás 3 szintje az UCTE-ben: Névleges érték visszaállítása

EGYESÍTETT RENDSZER

FREKVENCIA

f

Eltérés korlátozása

Aktivizálás

PRIMER SZABÁLYOZÁS

Tartalékok kiváltása

Pc

Ha felelős

SZEKUNDER SZABÁLYOZÁS


TERCIER SZABÁLYOZÁS

2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC) P (MW)

Frekvenciaszabályozás 3 szintje az UCTE-ben: PRIMER SZABÁLYOZÁS • Feladat: a telj. egyensúly gyors Névleges érték visszaállítása EGYESÍTETT helyreállítása és f korlátozása RENDSZER • FREKVENCIA Kijelölt gépeknél azonnal aut.-n Eltérés korlátozása működésbe lép és max. 30 s alatt létrehozza az egyensúlyt • 10 s alatt 60% primer tartalékot kell Aktivizálás aktivizálnia PRIMER f Tartalékok kiváltása SZABÁLYOZÁS • Csak a telj.egyensúlyt hozza létre, de a f marad (P szabályozás!) -200 -150 Pc

20

15

10 40 mHz holtsáv

5

50 -100

100

150

-50

SZEKUNDER 200 MW-os turb. SZABÁLYOZÁS

-5


szimmetrikus jg.

-10 Paksi turbina jg.

Primer szabályozási karakterisztikák:

Paksi turbinát kompenzáló turb. jg. Paksi+kompenzáló turbina eredő jg.

200 f (mHz)

40 mHz

Ha felelős

4 MW

-15

-16 MW


-20

SZEKUNDER SZABÁLYOZÁS • Feladat: f eltérés Teljesítmény-frekvencia szabályozás megszüntetése, a primer tartalékFrekvenciaszabályozás kiváltása 3 szintje az UCTE-ben: • Csak a „felelős” rendszerben lép működésbe kb. a primer Névleges érték visszaállítása szab.-bal egyidejűleg EGYESÍTETT RENDSZER • Saját szabályozó erőműveivel FREKVENCIA Eltérés korlátozása 10-15 perc alatt véglegesen felszámolja a zavart • A kiesett teljesítménnyel Aktivizálás PRIMER f azonos szekunder tartalékot Tartalékok kiváltása SZABÁLYOZÁS kell bevetni, ami lehet:

2.1.

1.Zárthurkú szabályozással működtetett forgótartalék (ha van) 2.Stand-by egységek aut. v. kézi indítása

(LFC)

Pc

Ha felelős




2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC) Frekvenciaszabályozás 3 szintje az UCTE-ben:

EGYESÍTETT RENDSZER

FREKVENCIA

Névleges érték visszaállítása Eltérés korlátozása

TERCIERfSZABÁLYOZÁS Aktivizálás PRIMER SZABÁLYOZÁS • Feladat: szekunder tart. kiváltása, optimális rendszer kialakításaP c • Intézkedés (diszpécser): a szek. szabályozással egyidejűleg indul • Tercier szab. eszközei:

1. Stand-by egységek, hidegtartalékok indítása 2. Pótlólagos importlekötés 3. Hideg nem üzemkész berendezések indítása

• Az optimális rendszer véglegesen csak hosszabb idő alatt (esetleg több nap) jön létre!!!


Ha felelős




2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC) Az egyes szabályozási szintek működésének időbeli megnyilvánulása:

Teljesítmény

Primer szabályozó teljesítmény

Tercier tartalék

Idő

Szekunder szabályozó teljesítmény


Dr. Szentannai Pál

[email protected]

2.2. Blokkszabályozás

= telejsítményszabályozás, unit control - aktív blokk/kapcsolás/üzem: a frekvenciatámogatásban automatikusan részt vesz - passzív blokk/kapcsolás/üzem: a fogyasztói igények változására nem reagál

Gőztermelő

Áramtermelő

pG

B2

Konvencionális erőmű

yTU P

M

B1

Gőztermelő

Áramtermelő

pG

B1 M B2

Atomerőmű

yTU P



.

.

Az energiafolyam útja, beavatkozási helyek: B1-gőztermelő előtt: következménye LASSÚ B2-áramtermelő előtt: következménye GYORS E R Ő M Ű

Aktívvá tesz

I

mü

Gőztermelő (lassú)

B1 II

mGt

Gőzvezeték

p

mG f B2

Áramtermelő (gyors)

Pv t

f

Pv f

Fogyasztó

Villamos hálózat

Blokkszabályozás, 2 db szabályozási kör: 1. Teljesítményszabályozás: termelés-igény egyensúly 2. Nyomásszabályozás: egyensúly az erőműben

p -

S -

+

+

PI

PI

S

-

Passzív

+

S

p

P PID

P -

PID

+ S

Aktív

S

+

-

p -

S +

P

S

p

+ + S

PI

P

PID

PID

-

-

-

f

f(Hz)

n

fordulatszámelállítás 50

f P

0

100

P(%)

Telj. szab. állandó nyomású kiegészítéssel

- passzív blokk - nincs (gőznyomástól függő) kazántárolás => az nem lassít, de nincs is kihasználva - követő turbina kapcsolás, turbine follow mode - kiegészítés: a tüzelés elővezérlése a teljesítmény alapjelről: PD jelleggel, gyorsabb lesz Kovács J., FW

A belső tárolást kihasználó kapcsolás

- kihasználja a (gőznyomástól függő) kazántárolást => gyors => frekvenciatámogatásra alkalmas (P helyett f ill. n mérés; => aktív blokk) - követő kazán kapcsolás boiler follow mode (a kazán követi a turbina elsődleges reakcióját) - a kazánt itt is célszerű elővezérelni % Kovács J., FW

I. Turbina előtti primer beavatkozással: f S

xaP

-

+

S

+

-

-

xrP R2

R1

yTU

p M

yR

P

B1

B2



Teljesítménymódosítás hatáslánca:

1. beav.

xaP  xrP  yTU  mGtu  P p  xrp  y R    QR  mG 2. beav.

II. Reaktoroldali primer beavatkozással: xaP

-

S +

xrP R1

S -

xrp

P R2

+

yTU

p M

yR

B1

B2



Teljesítménymódosítás hatáslánca:

1. beav.

xaP  xrP  y R  QR  mG p  xrp  yTU  mGtu  P 2. beav.

Igény

III. Integrált blokkszabályozás:

Korlátok

f AK xaP

P 5 Min

2

1

6 PR

4

yTU

p

+

M

3

+

yR

Max

n

7 

Teljesítménymódosítás hatáslánca: beav.

xrP  yTU  mGtu  P xaP

p

xr  y R  QR  mG beav.

Szabályozási feladat Villamos teljesítmény szabályozás Nyomásszabályozás

Szabályozott jellemző Villamos teljesítmény (P, MW)

Beavatkozás I.

II.

Turbina előtt (B1) Reaktor előtt (B2)

III. B1 és B2 együtt koordináltan

Gőznyomás (p, bar) Reaktor előtt (B2) Turbina előtt (B1)

Aktív turbinás, Reaktorral a Blokkszabályozás elnevezése turbinát követő mód Gyors teljesítménySajátosságok változás, jelentős nyomásváltozás, változó terhelésre

Passzív turbinás, Turbinával a reaktort követő mód Lassú teljesítményváltozás, kímélő üzem, alapterhelésre

Integrált Gyors teljesítményváltozás, élettartam kímélő, változó terhelésre

P2

EHA

n2 Tu2

Gőzkollektor SZBV

p1



pK2

p2



P1

EHA RTSz 2/3 NER RRN

TTSz

n1

2/3



RTu2

Tu1

RTu1

RRT

pK1

±1%

Üzemmód vezérlő T

P2 n2

P1 n1

N TSz K/A ÜV4 Tiltások

±0,5 bar


Dr. Szentannai Pál

[email protected]

3. A GŐZTERMELÉS SZABÁLYOZÁSA

Gőztermelési folyamat . mB TK yR

R

HTK

pG

. Qvf

. mG GFb

Rk Rb . mR

GF Primer kör

. melv

FKS

GFk

. mpót

. mGtu

ps, s

HGF

Secunder kör

. mT T

yTU TU

GT

yT

TS

KS

Szabályozási feladatatok: - reaktorteljesítmény (különböző) - primer hűtőközeg nyomás és szint - gőzfejlesztő szint (tápvíz)

P

Fluxus és technológiai paraméter szerint 

Átlagfluxus szabályozás (Passzív turbinás blokkszabályozáshoz) -

+S

S

+

P

I M

PI

pG yTU P



Jellemzői: • Fluxus szabályozás dinamikája kedvező és gyors • P szabályozó, de a hajtással együtt I jelformálás (igen kedvező szakasz) • A turbina nyomásszabályozással igazodik a reaktorhoz • A nyomásszabályozás is igen jó minőséggel működik (szakaszdinamika itt is kedvező) • Tárolt energia kihasználására nincs mód • Minden jellemző állandó, kímélő üzemmód, alapterhelésre jó.

(Aktív turbinás blokkszabályozáshoz)



Szekunderoldali gőznyomás szabályozás Kapcsolás és statikus jelleggörbe -

+

P 2 M

PI 1

+

S

-

Rk

pG

PR



0

Rb s ps . QR 100 (%)

Jellemzői: • Primer körben hőfeszültség a változó hőmérséklet miatt • Nagyobb rúdmozgatás szükséges • Térfogat-kompenzálás nehezebb • Primer oldal energiatárolása a terhelés függvényében nő • A szekunder oldal/turbina szempontjából jó (állandó nyomás és hőmérséklet) • A szakasz késleltetése nagyobb (nehezebb szabályozni)



Primerköri átlaghőmérséklet szabályozás A hőfelszabadítás és a gőztermelésre fordított hőteljesítmények egyensúlyán alapszik:

dPR 1  QR  QG dt CPR





Rk PR

Szabályozott jellemző:

 PR

 Rk   Rb  2

Statikus jelleggörbe

0

Rb s ps . QR 100 (%)

Jellemzői: • Kisebb rúdmozgatás az állandó hőmérséklet miatt • Könnyebb térfogat kompenzálás, kisebb edény • Szekunderoldali berendezések túlméretezése szükséges (részterhelés felé nő a nyomás) • Változó gőzhőmérséklet, hőfeszültség • A szekunder oldal hőtárolása csökkenő jellegű, segíti a teljesítménynövelést • A szakasz beavatkozási dinamikája kedvezőbb (könnyebb szabályozni)

Primerköri átlaghőmérséklet szabályozás kapcsolásai: -

+

PI

P 2

1

-

M

+

+

a.) Kaszkád: a fluxus kisegítő jellemző

S

1- hőmérséklet szabályozó 2- fluxus szabályozó

+



a.)

S

+

-

P

PD

2

1 M

b.) Közvetlen rúdmozgatással

+ S

+



b.)

+



Kombinált (a) és kompromisszumos (b) szabályozás

Rk

Rk

PR

PR

Rb s ps . QR 100 (%)

0 a.

Rb s ps

. QR 100 (%)

0 b.

Kombinált jg. szerkesztése

Rk PR Rb s ps . QR 100 (%)

0 Állandó nyomás

Állandó hőmérséklet

A kombinált szabályozás jellemzői: • Egy szabályozási kör (nyomásra v. hőmérsékletre), de terhelésfüggő alapjelre • Nagyobb terhelésen kedvező hőtárolási tulajdonság a primer és szekunder oldalon egyaránt • Kisebb térfogat kompenzáló szükséges • A szekunder oldal méretezési nyomása kisebb lesz

Egy valós kombinált szabályozási jelleggörbe (Neckar-II, Németo.) 330

Rk

320 310

PR

300

Rb

290 90

80

pGmax pG pGmin

70

60 0

20

40

60

Teljesítmény (%)

80

100

Reaktorteljesítmény szabályozás a PA-ben S



S

+

-

P

N

T

PD

2

+

-

1 M

RTSz



A reaktorteljesítmény szabályozás módjainak elvi vázlata 1: nyomásszabályozó, 2: fluxus-szabályozó

pG

Az RTSz (ARM5) szabályozó felépítése Üzemmód kapcsoló N: fluxus szabályozás (Rn) T : nyomásszabályozás (Rp)

3 2 1 Rn 1 Rp

Rn p1 p2 p3

2 Rp

N T

2/3

Rn 3 Rp

Rn: fluxus-szabályozó, Rp: nyomás-szabályozó

xv

• 3 csatornás kivitel (redundancia) • Rp az Xv-ről vezérelt (változó struktúra)

Az Rn szabályozó modul: arányos működésű (P), analóg Rn h

 +

K

-  

U

2/3 d AD

Arányos erősítő

Egyenlete:

Analóg-diszkrét konverter d: holtsáv h: hiszterézis

xv

Az Rn szabályozó működésének bemutatása szimulációval Xa Xr Control

Clock

Xv Xb

To Worksp

X

simout

n(%)

0.80

99.17

yR (m) KImenet

Xa(%)

Gain

AD

n%

Motor

100 1

3-pont

Xv

Xb

yR Tua

DXa Tm

yR(m)

TRk

267 TRb(fokC)

TRb QR

REAKTOR Hõtelj .(MW)

Simulink modell

1363.32

Reaktor

yR

S

+

A fluxus-szabályozási kör átmeneti függvényei alapjel változásra (d = 2 %, h = 1 %)



100 90 80 450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

500

550

600

650

700

750

800

850

900

500

550

600

650

700

750

800

850

900

500

550

600

650 700 idö (sec)

750

800

850

900

1 Xv

K

xv

0 -1 450

1.4 1.2 yR (m)

Hajtás

AD

1 0.8 450 105

fluxus (%)

Rn

 -

alapjel (%)

110

100 95 90 85 450

Nyomás-szabályozó: PD tulajdonságú, impulzus kimenet PI létrehozása impulzus-kimenetű PD szabályozóval: PD xr +

y

xv

Ke

-

Motor

xrv

Kv,T

PI

Az Rp nyomásszabályozó modul: Rp



LG

SPS 1

p

SD

p

AD 2

2/3

xv

3 SD: alapjel- és különbségképző LG: logaritmusképző AD: analóg/diszkrét konverter SPS: változó struktúrájú időtag

• A: DT1 kis időállandóval (p=állandó mellett) • B: DT1 üzemi (nagy) időállandóval • C: arányos erősítő

A nyomásszabályozó a szakasszal: Szakasz xr

Rp

Hajtás

AD

xv

-

Reaktor

yR

S1



S2

+ SPS

LG

Közel. PI Xr=p0-p Az Rp szabályozó a hajtással és a szakasz S1 részével együtt közelítőleg PI működést valósít meg.

p

Xr,p (%)

0 -2 -4 -6 40

60

80

100

120

140

160

180

200

60

80

100

120

140

160

180

200

60

80

100

120

140

160

180

200

60

80

100

120 idö (sec)

140

160

180

200

2

Xv

1 0

yR (m)

-1 40

1 0.8 40 0

fluxusvált.(%)

A nyomásszabályozó átmeneti függvényei, ha p hirtelen megnőtt. Xr=p0-p.

-5 -10 -15 40

A szakasz fő részfolyamatai blokkvázlatban: . mG T . mT yR

R Rb

yTU

GF



Rk

ps

MCs HCs

GFb GFk

GV HGF

pG

3.2.1. Reaktordinamika - reaktorzóna (RZ) - keverőterek (AK,FK) yR FK

R

Zk

RZ Zb

AK

A

RZ

Rk Rb . mR

E

yR

v

SzR

R t

Rb

AK



K

T

O

R

RT ü NK

m

n  ZT Zk

Zb

Az • • • •

RZ részfolyamatai: NK: neutronkinetika ZT: hőátadás RT: reaktivitás tényezők SzR: szabályozórúd

FK

Rk

a.) Reaktorzóna: 3 időtartomány (igengyors, gyors, lassú) 

NK

n

(Neutronsűrűség változás) = (Termelés) - (Fogyás) + (Külső forrás),

dn n kn  n kn n     dt l l l l Prompt

 : későneutron frakció

C : anyamag koncentráció  : bomlási állandó

6

dn n n  k (1   )   iCi   S; dt l i1 l Keletkezés

dCi n  k i  i Ci ; dt l Bomlás Keletkezés

     



Késő

Absz.

i  1...6

i

i

i

Későneutron paraméterek termikus hasadásra (U-235)

Csoport (i)

i

i(s-1)

Ti=1/i;(s)

1

0,000266

0,0127

78,75

2

0,001492

0,0317

31,54

3

0,001317

0,1150

8,69

4

0,002851

0,3110

3,22

5

0,000897

1,40

0,71

6

0,000182

3,87

0,26

Effektív

0,007005

0,0784

12,76

Szimulációnál problémák!

A modell összefoglalása Végleges egyenletek:

Kezdeti feltételek:

Megoldás: • Függ a kiinduló állapottól (nemlineáris jelleg miatt) • 2-féle út: numerikus (szimuláció) és analitikus

Az egyenletek megoldása szimulációval (Matlab/Simulink) =0,0075; =0,080 s-1; l=10-3 s értékek mellett Indítási tartomány: k <1 és  <0; esetünk: S =10-1 neutron/s/cm3 Stacioner esetben: n = - S·l/ Önbeálló viselkedés 1.15

Szubkritikus reaktor

Dro=+0,001

Relatív neutronsürüség (n/n0)

1.1

1.05

1

0.95 Dro=-0,001 0.9

0

10

20

30

40

50 idö (sec)

60

70

80

90

100

Az egyenletek megoldása szimulációval (Matlab/Simulink)

Indítási tartomány: k <1 és  <0 (mint az előbbi, csak most egymás után)

Az egyenletek megoldása szimulációval (Matlab/Simulink) Üzemi tartomány. Kiinduló egyensúlyi állapot: k =1 és  0 (kritikus reaktor) 2.5

Dro=+0,001
1.5

1

0,8

1

0,6 Dro = -0,001

n/n0

Relativ neutronsürüség

2

0.5

0.2 0

10

20

30

50 40 idö (sec)0,2

0

0

60

100

80

70

200

300 idö (sec)

400

500

Esetek: Az egyenletek analitikus megoldása Feltételek: S = 0, t=0-ban reaktivitás-ugrás Közelítő megoldás („·l” elhanyagolása):

•  < 0 : mindkét

együttható pozitív, és mindkét időállandó negatív. A teljesítmény lecsökken 0-ra.

•  <  <  : A0 és T0

pozitív, An és Tn negatív. A reaktor szuperkritikus, a fluxus exponenciálisan emelkedik.

• >

: az előbbihez képest az előjelek felcserélődnek. A reaktor prompt-szuperkritikus, a teljesítmény igen meredeken emelkedik, a reaktor irányíthatatlan.

Az egyenletek analitikus megoldása Számított paraméterek =0,0075; =0,080 s-1; l=10-3 s mellett Eset



A0

T0 (s)

An

Tn (s)

-0,001

0,8824

-106,250

0,1176

-0,118

 <0

reaktor leáll -0,002

0,7895

-59,375

0,2105

-0,105

0,001

1,1538

81,250

-0,1538

-0,154

0<  <



Jelleg

szuperkritikus 0,002

1,3636

34,375

-0,3636

-0,182

0,008

-15,000

-0,781

16,000

2,000

prompt szuper kritikus

Az egyenletek analitikus megoldása

Reaktor szuperkritikus

Reaktor prompt-szuperkritikus

Az egyenletek analitikus megoldása: neutronkinetika lineáris modellje Menet: 1. Kiindulás a 2-egyenletes NK-modellből S=0-val 2. Linearizáljuk az egyenletrendszert 3. Laplace-transzformáljuk a lineáris egyenleteket 4. Kifejezzük a NK átviteli függvényét

PI-T1 tulajdonság ANK



no  l    1



l T l   

ü

R B Zk

Átlagos hűtőcsatorna . Qü1 m B ü

Hz

. mR1 Zb

Fizikai modell

Zk Cü=Vüücü

. Qü1

Cm=Vmmcm

CB=VBBcB

ü

m

B RüB

RBm

Zb

. mR1

Hz

Egyszerűsített modell Zk Cü*

. Qü1

. Qüm

ü

Cm*

m Rüm

Zb

. mR1

Hz

Rendezett alak:

Egyszerűsített lineáris modell

Ha zb = 0, m << ü:

Paks:

Visszacsatoló mechanizmus: a reaktor állapota visszahat a reaktivitásra

Visszacsatoló reaktivitás:

Reaktivitás tényezők Értékük függ a munkaponttól a.) Üzemanyag hőmérséklet-tényező munkapont-függése:

  m (1/K)

b.) Moderátor hőmérséklet-tényező munkapont-függése: cB =

2

2000 ppm 0

1500 ppm 1000 ppm

-2

500 ppm -4 0 -6 0

100

200

300

m(°C)

ppm

Statikus jelleggörbe

-10

Rmax

-8 1

-6 R (%)

2

-4 R -2

yR

0 0

20

40

60 80 yR (%)

100



3.2.1. Reaktordinamika, a reaktor eredő viselkedése

0.75

Rúdbetolás (m)

Hõmérsékletek

123 pFK(bar)

Rúdhelyzet DyR

DyR1

Clock ro yR

0.025

To Worksp

Tu

yRo 8

MR(kg/s) Tm

FK

9055 MR

pbe Tzk

Tbe Tki

DMR pAK(bar) TRb(fokC)

125

MR pbe

QR(MW)

267 Tbe Tki

Tzb n

MR

DTRb

AK

Xb

REAKTORZÓNA

Xv

I-Hajtás

PID

1375

PD

QRo(MW)

Reaktorteljesítm.

6{6}

R



3.2.1. Reaktordinamika, a reaktor eredő viselkedése Reakt.Tényezõk 0.75

Rúdbetolás (m)

Tm

123 pFK(bar)

Hõmérsékletek

rov Tu Rúdhelyzet DyR

1 ro

DyR1

Clock

ControlRúd

ro y R1

0.025

yR

yRo

R-NK yR

roR To Worksp

Tu

Kinetika

MR(kg/s) Tm

9055

2

pbe Tzk

125

R Tm

pbe

Tzk

AK

Xb

Tzb3

Tzb

MR

Tzb

I-Hajtás

QR(MW)

n

3

4

5 QR(MW)

REAKTORZÓNA

Xv

Tu

Tzk

QR(MW)

Tbe Tki

2

Tm

MR

MR

267

DTRb

6{6}

Tbe Tki

DMR pAK(bar) TRb(fokC)

8

FK

MR

MR

Tu

n

ZónaTermodin.

PID

1375

PD

QRo(MW)

Reaktorteljesítm.

6 n

Reaktordinamika, reaktor eredő viselkedése rúdhelyzet-változásra Rúdhelyzet (m)

1.2 1 0.8 0.6 150

200

250

300

350

-3

11

0

-1

150

200

250

300

630

610

150

200

250

300

200

250

300

350

150

200

250

300

350

150

200

250 idö (s)

300

350

281

1400 Höteljes. (MW)

Kilépö höm.(°C)

150

281.5

280.5

350

297 296 295 294

9

282

620

600

x 10

10

8

350

Átlaghöm. (°C)

Üa.hömérs. (°C)

7

x 10

N.sürüség

Reaktivitás

1

150

200

250 idö (s)

300

350

1350 1300 1250

Rúdhelyzet (m)

1.2 Reaktordinamika, reaktor eredő viselkedése rúdhelyzet-változásra Rúdhelyzet (m)

1.2 1 0.8

200

250

300

350

-3

7

x 10

N.sürüség

11

0

x 10

Reaktivitás

150

Reaktivitás

0.8 0.6 140 -4 x 10 5

0.6

1

1

160

180

200

220

160

180

200

220

180

200

220

180 idö (s)

200

220

0 -5

10

-10 140

9

7

200

250

300

8

350

282

620 610 600

150

200

250

300

296 295

150

200

250 idö (s)

300

350

10

x 10 250

300

350

9.5

9 281

140 150

1400 Höteljes. (MW)

Kilépö höm.(°C)

297

294

281.5

280.5

350

200

1350 1300 1250

2001400 250

Höteljes. (MW)

630

150

N.sürüség

150

Átlaghöm. (°C)

Üa.hömérs. (°C)

-1

150

160 300

350

1350

1300

1250 140 200 250 idö (s)

300

160

350

270 268

x 10

200

250

300

-4

10

150

200

250

Átlaghöm.(°C)

640 620 600 580

150

200

250

300

299 298 297 296

150

200 250 idö (sec)

300

x 10

7

9.5 9 8.5

300

Teljesítm.(MW)

Üa.hömérs.(°C) R.ki-hömérs.(°C)

2 0 -2 -4 -6 -8

150

N.sürüség

266

Reaktivitás

R.be-hömérs.(°C)

Reaktordinamika, reaktor eredő viselkedése belépő-hőmérséklet 274 változásra: +5°C 272

150

200

250

300

150

200

250

300

150

200 250 idö (sec)

300

286 284 282 280

1400 1300 1200 1100

Reaktorzóna lineáris modellje A lineáris zónamodell blokkvázlata: ZT

NK

1

 R +

A , , T

2

n

An1

NK

-

 v

+

| ü |

+

| m |

RT

Qü1

3

AQ1 , Tü

5

ü

Aü , Tm

m

4

6

A felnyitott hurok blokkvázlata stabilitásvizsgálathoz:

 R

1

2

3

ü

4

5

6

+ +

 v

A zóna stabilitásvizsgálata Bode-diagramban Felnyitott hurok átviteli függvénye:

 R

1

2

3

ü

4

5

6

+ +

zérus helyek

 v

erősítés

Az átviteli függvény paraméterei kb. paksi adatokkal:

pólushelyek ZPK forma

Reaktorzóna lineáris modellje A zóna stabilitásvizsgálata Bode-diagramban: Bode Diagram 60

z1 p3

40

Magnitude (dB)

20

p4

8,4 dB

0

z2

-20

p2

-40 -60 -80 -100

Phase (deg)

-120 -45

-90

-135

-180 -3

10

-2

10

-1

10

0

10

Frequency (rad/sec)

1

10

2

10

3

10

A zóna stabilitásvizsgálata Bode-diagramban:

A0=ANKAn1AQ1(ü+Aüm)= =4,5253*104(3*10-5+1,632*10-5)=2,0961

3.2.2. A szakasz további részeinek modelljei

yR

n

Qü

Cm

Qm

ü Cü

Gőzfejlesztő

Primer víz

Reaktor

QGp

QGs

f

m Rüm

Rp

Gőzkollektor

Vs

s

ptub

p kG

mT hT

Cf

mGtu

mG

yTU

CG

Egyszerűsített reaktormodell: RT Tm 2

Tm rov Tu

Kinetika ControlRúd 1 yR

yR

roR

R-NK

Qü(MW) dn 2

Tm

Tua

Qü

Qm

Qm(MW)

1 Qm

Üa-hökap.

A szakasz további részeinek modelljei

Primer víz

QGp

Qm

Tárolásra:

m Cm

Rp

Ellenállásra: Gőzfejlesztőcsőfalnak átadott hőteljesítmény A hőellenállás ismert összetartozó stacionárius adatokból is számítható


Gőzfejlesztő

QGp

QGs

Vs

f

s

Cf

mT hT

mG



Gőzkollektor

mGtu

mG

ptub

p kG

Ellenállás:

CG

yTU Gőztároló:

Szelep:

. mG pG

Rel.rudhelyzet Átlaghöm.(°C) Gözáram1(kg/s)

m

Teljesítm. (MW)

 . QR

0.55 0.5

Fluxusvált. (%)

yR

Göznyomás(bar)

A szakasz válaszai rúdkihúzásra (szimuláció)

0.6

0

50

100

150

200

250

0

50

100

150

200

250

6 4 2 0

1440

Qm Qgp

1420 1400 1380 0

50

100

150

200

250

0

50

100

150

200

250

0

50

100

150

200

250

0

50

100

150

200

250

283 282 281 280 127 126 125 124 45.2 45 44.8 44.6 44.4 idö (sec

3.3.1. A primerköri nyomás szabályozása Elvi kapcsolás Gőzlefuvatás

. mB

. mB

Befecskendező szelepek 12

Víz

Lefúvatószelepek

12 8

. Qvf

8

155

Fűtőelemek

157

4

160

165

170

pPR (bar)

5x150

R Rk

pPR

-

+ S

10x150

14x150

MCs

. Qvf (kW)

A szabályozó statikus jelleggörbéje

3.3.1. A primerköri nyomás szabályozása A paksi szabályozó statikus jelleggörbéje . mBF (kg/s) 23,00

4 17,25

3 11,50

2 5,75

1 119

120

121 122

126

I II

Lefuvatás

123 180

128

130

132

ppr (bar)

360

III I 720

IV 1080

V 1620

Pv (kW)

Blokk teljesítménynöveléssel módosult: • Fűtés be-ki értékek 0,75 bar-al nőttek • Első 180 kW folytonos LQ-szabályozás

3.3.2. Térfogat kompenzáló szintszabályozása . mB

HTK . Qvf

. melv

Cél: • HTK = állandó • HTK = terhelésfüggő

S +

-

+

+ +

-

PI . mpót

1. Normál-üzemi szintszabályozás: 3-komponensű . mG

• (MG-MT)~dH/dt

HGF,0 S

HGF

HGF

-

. mT

KT

S

+

• KT, KG szerepe

GFk

GFb

+

• zavarkompenzáció

-

yT

PI 2

+

+ KG

PI 1

<10%

2. Indítási szintszabályozás: • 1-komponensű, • alapjele 50 mm-el kisebb

3. Üzemzavari szintszabályozás: nagy zavarásra • 1-komponensű, • alapjele 100 mm-el kisebb • betáplálás az üzemzavari tápszivattyúval

10 yR (cm)

5 0 100

Teljesítm. (MW)

 

0.6 0.55 0.5

Fluxusvált. (%)

Rel.rudhelyzet

Beavatkozási dinamika

2 0

Átlaghöm.(°C) Gözáram1(kg/s)

50

150

100

250

200

0

6 4 2 0

1 0

50

150

100

250

200

1440

Qm Qgp

1420

pG (bar)

0,5

1400 1380 0

50

150

100

200

250

0

283 282

0

281 280

0

127

1 H GF (t )  VA FV Göznyomás(bar)

4

126 125 124

0

50

150

100

200

250

 VVA  m ( t )   m ( t ) dt     G  T  VA FV 50

150

100

200

HGF -10

(mm)   VA (t ) 

250

45.2 45 44.8 44.6 44.4

-20 -30 150

0

50

150

100 idö (sec

200

250

HTK 100 (mm) 50 0 2 pPR (bar)

1 0

t, sec

200

100 0 yTU (mm)

Zavarási dinamika

-20 -40

1,5 pG (bar)

1 0,5 0

0  

-2 -4

30

1 H GF (t )  VA FV

 VVA  m ( t )   m ( t ) dt     G  T  VA FV

  VA (t ) 

HGF (mm)

20 10 0 -10

100 HTK (mm)

50 0 1,5

pPR (bar)

1 0,5 0

t (sec)

200


Dr. Szentannai Pál

[email protected]

4. GŐZTURBINÁK SZABÁLYOZÁSA

- csak az erőmű üzeme szerint megvalósítandó (külső) szabályozásokkal foglalkozunk (a többi általában black box-ként valósul meg) - beavatkozás: gőzszelep (egyedül!) - fontos alkalmazás majd: a blokk teljesítményszabályozásában

Szabályozási feladatok -

fordulatszám szabályozás teljesítmény szabályozás frekvencia szabályozás hőkiadáshoz: nyomás és hőmérséklet szabályozás előnyomás szabályozás segédfolyamatok (nyomás, hőmérséklet, szint)

Elvárások

Szabályozási feladatok -

hG(pG,G) fordulatszám szabályozás teljesítmény szabályozás P= (1-).PGb . frekvencia szabályozás mGtu tu hőmérséklet szabályozás hőkiadáshoz: nyomás yés előnyomás szabályozás PGb segédfolyamatok (nyomás, hőmérséklet, szint)  PT PGk

Elvárások

Pcs

Pelv

Pell

PKO

Pv= U. I PM= M.

A gőznyelés-módosítás a szándékos teljesítményváltoztatás eszköze

hG(pG,G) . mGtu

hG

G

pG

ytu 

H

PT

h

Ho

pKO pko

PT  mGtu H 0tu

s

a.) Mennyiségi beavatkozás: H=állandó

csak elvi!

b.) Fojtásos beavatkozás: 1 v. több szab.szeleppel, hG=állandó mellett hG

. mGtu

pGb

hG pGb

p'Gb

fojtás

ytu

H'

p'Gb

H



Ho

h

PT pGk pGk

s

Névleges terhelés: nyitott szelep, nincs fojtás Részterhelés irányába haladva: egyre nagyobb fojtás, egyre kisebb hasznos hőesés

Előnyei:

a.) Mennyiségi beavatkozás: H=állandó

csak elvi!

Egyszerű, olcsó megoldás b.) Fojtásos beavatkozás: 1 v.• több szab.szeleppel, hG=állandó mellett fojtás

. mGtu

hG • Körkörös gőzbeömlés, körszimmetrikus pGb hőmérséklet-változás , kisebb hőfeszültség

hG pGb

p'Gb

ytu

p'Gb

• Egyenletes lapát-megfúvás,Hkisebb Ho h rezgés

 PT pGk

H'

• Gyorsabb indítás és terhelésváltoztatás

• Nem kell szabályozó fokozat, egyszerűbb és olcsóbb nagynyomású pGk turbina s Névleges terhelés: nyitott szelep, nincs fojtás Részterhelés irányába haladva: egyre nagyobb fojtás, egyre kisebb hasznos hőesés

c.) Csúszóparaméteres: nincs szabályozó szelep

pG G . mGtu

 PT

pG

pko

STODOLA

G m

• Névleges terhelés: névleges gőzparaméterek, max. hőesés • Részterhelés irányába haladva: egyre kisebb hasznos hőesés • Előnyök: mint fojtásnál

d.) Fúvókacsoportos beavatkozás 1

pGb

. mGtu



' pGb

pGk • 3-10 szabályozó szelep

• • • • •

I

PT

és fúvókacsoport Szabályozó fokozat kell: drágább turbina, rosszabb hatásfok A szelepek egymás után nyitnak/zárnak (soros program) Szeleppontok: tiszta mennyiségi beav. állapot Parciális beömlés, nagyobb hőfeszültség, nagyobb lapátrezgés Kisebb terhelésváltozási és indítási sebesség

II

III

IV

pGb

I

II

III

IV

Szelepnyitás

ytu

0

A

B Teljesítmény

C

D

Összehasonlítás:

hG

Qtü

pGb

Szab. fokozat miatt

Fuvókacsoportos

pK Hfuv

h

Fojtásos

Hfoj

Elvi mennyiségi (H=áll.)

G=áll. és H=áll. Csúszóparaméteres

pGk

s

Névleges terhelésen a fojtásos jobb

min

max

Blokk tüzelőhő-felhasználás szerint

P

Funkciók: indításnál

normál üzemben terhelés ledobásnál

n (min-1)

Túlfordulat-védelem (gyorszáró műk.)

3300 3150 Hálózaton

Cél-fordulatszám

max 5-8%

3000 99 %

100 rpm/min

Szinkronizálás

350-500ms

Maradó szab.i hiba

Terhelésledobás 600 rpm/min Tengelyforgató

40

kb. 5 min

kb. 1 min

Indítás alatt: PI-szabályozó

Egyébként: P-szabályozó

Idő

4.2. Fordulatszám szabályozás fa

f

-PP!

f~n

Czinder

A megváltozások jelleggörbéje

- Ac-től is függ!!

.

A jelleggörbe jellemzői

a gép frekvenciatényezője:

a gép statizmusa: .

Czinder

Fordulatszám szabályozás és tényleges hatása fa

f

- a (termelő - fogyasztó) rendszer munkapontja: a két karakterisztika metszéspontja [szaggatott vonal: eltolt ford.sz. alapjel] - az eredő munkapont függ a fogyasztó(i hálózat) karakterisztikájától is - nagy rendszer: a hálózati frekvenciát egyetlen blokk nem tudja elállítani (=> gyakorlatilag vízszintes jelleggörbe) - szigetüzem: függ a fogyasztók típusától: szállítószalag: teljesítménye nagyon frekvenciafüggő fűtés: teljesítménye alig frekvenciafüggő Czinder

Különböző statikus jelleggörbék

n

n

 = oo

Szigetüzem 1

no

n

2

=0

=3

3

P  n   Pn  nn 

Nagy-rendszer



Pn

  0 : fogyasztás független n-től P1 P2

P3

P

   : nagy merev rendszer

P

Passzív teljesítményszabályozás

f

- Az előző ábra kihasználása: telj. szab. a ford.szám szab. alapjelének eltolásával - „Passzív”: a hálózattól függetlenül megadott telj. alapjel szerinti teljesítményt adja a hálózatra. - Ez az alapjel jöhet pl. egy központi teherelosztóból, vagy lehet a hálózati frekvencia hibájából (a blokk részvételének mértékétől függő tényezőn keresztül) számított jel. Czinder

Mechanikus-hidraulikus kialakítás 1

2 xa = no

• Általában 1 szervomotor • Mechanikus (emelő, fogasléc, bütykös tárcsa) szelepmozgatás

4

3

Pv n

gőz

ytu

G olaj

1-röpsúlyos érzékelő 2-alapjel-állító 3-vezérlőtolattyú 4-hidraulikus szervo

Rudazat nélküli hidro-mechanikus kialakítás Elővezérelt szabályozó szelep

Munkaolaj

Szabályozó-olaj

ytu

Elfolyás

s1 G

s2 Hüvely

xe=n

Elfolyás Tolattyú Röpsúlyok

=

xa

Elektro-hidraulikus kialakítás H: helyzetszabályozás ytu

M

H

E

2 PI

-

+ Y

5

1 P -

4

+

S

3 n 6 Pv

érzékelő szondák

G impulzus kerék

1-fordulatsz.szabályozó 2-helyzetszabályozó 3-határoló 4-gyorszáró funkció 5-linearizáló 6-kiválasztó/jelátalakító

Terhelésledobás Tf Th Tl Tz Tm-

felfutási idő (paksi gép: 13 sec) holtidő látszólagos holtidő zárási idő működési idő

nt = 1,1*n0

Pv

t

to 0,1Tf nt nmax nü

nmax = 5-8 % Befolyásolják: • Statizmus • Frissgőznyomás • Tárolóterek nagysága és helye • Szelepmozgatás sebessége

XP

no t Th Tl y

yü Tz Tm

t

nmax

Funkciók: • Aut indítás/leállítás, szinkronizálás • Terhelésledobás háziüzemre és üresjáratra • Üzemi fordulatszámszabályozás • Teljesítményszabályozás

• Primer szabályozás • Max. teljesítmény korlátozó szabályozás • Kézi teljesítmény változtatás • Előnyomás szabályozás • Min. nyomáshatároló szabályozás

A paksi gépek szabályozásának elvi kialakítása (DIGIREC-920) 10 MW/bar

Vegyes szab.

-1

2

1

s

5

+

I PI

s

3

PI

+ 6

1 +

pG

7

Átlag

+ s

fordulatszám

pG2

s n0

Pv

2/3

Helyzet szabályozás i

E

T

H

G Ford.szám érzékelés

FSz 10 pG1

-

+

n

-

psz

nyomás

n

4

ETV

p

9

P

+

8 PI

teljesítmény

K f K

MIN kiválasztó

Y

helyzet

s Pv0* + -

+

PI

-

Szabályozások:

s Pv0 + + -

yTU

mGtu


Vegyes szab.

-1

2

1

s

5

+

I

s Pv0 + + s Pv0* + -

+

PI PI

s

-

3

PI

+ 6

K

MIN kiválasztó

1

Y

Szabályozások: pG Helyzetszabályozás Átlaga • Megvalósítja fölérendelt szabályozók fordulatszám végrehajtó jeleit • Gyors működésű: teljesítménynyitásnál < 10 s, zárásnál < 1 s, mindig lengésmentes nyomás pG2 • Kézi teljesítményp szabályozás alapjelG1 változtatással (operátor) --- tkp. fordulatszám-elállítás

+ yTU(mm) +

7

helyzet

+ s

320

P

4

n

-

+

s n0

ETV

n

-

p

Pv

2/3

Helyzet 272 szabályozás

8 PI 9

K f

i

E

T

H


psz FSz 10 yTU

mGtu 0

4

7,8

10,4 psz(bar)


Vegyes szab.

-1

2

1

s

5

+

I PI

s

3

PI

+ 6

pG

1 +

7

Gyorsulás + - (ETV) védelem s • 3060 rpm ésHelyzet 60 szabályozás 8 PI rpm/s fölött lép be • Hatására a 9 psz főszervo azonnal lezár FSz 10

Átlag

fordulatszám

p

teljesítmény

E

pG2

pG1

P

+

n

4

-

+

s n0

ETV

n

Pv

2/3

i

H

nyomás

K f K

MIN kiválasztó

Y

helyzet

s Pv0* + -

+

PI

-

Szabályozások:

s Pv0 + + -

yTU

mGtu

T


P (MW)

Teljesítmény szabályozás

10

• Alapjelet az operátor 4 MW A paksi gépek szabályozásának elvi kialakítása (DIGIREC-920) állítja be 10 MW/bar 100 • Primer szabályozás csak Vegyes szab. -200 -100 s Pv0 2 „T” üzemmódban lehet + + s 5 I • Vákumromlás aut. + s P PI alapjelcsökkentést vált ki -10 + + PI s • Szabályozó I-tulajdons. , 3 -16 MW tehát hibamentes K f PI + • Telj.korlátozó szab.(PI): K 4 6 MIN kiválasztó 1 leterhelés,Y amíg a telj. + P s n0 nagyobb az alapjelnél + n Szabályozások: pG 7 + • Újrahevítő-fűtés kiesése: ETV helyzet Átlag + n s korl.szabályozó alapjele 2/3 Helyzet fordulatszám 100 MW lesz szabályozás 8 PI • VEGYES szabályozás: teljesítmény 9 szerinti T nyomás Ford.szám psz korlátozás érzékelés 40 mHz holtsáv

200

-1

f (mHz)

1

40 mHz

* v0

p

i

E

H

nyomás

pG2

FSz 10 pG1

Pv

yTU

mGtu

G


Vegyes szab.

-1

2

1

s

5

+

I PI

s

3

PI

+ 6

1 +

pG

7

Átlag

+ s

fordulatszám

pG2

s n0

Pv

2/3


E

T

H


FSz 10 pG1

-

+

n

-

psz

nyomás

n

4

ETV

p

9

P

+

8 PI

teljesítmény

K f K

MIN kiválasztó

Y

helyzet

s Pv0* + -

+

PI

-

Szabályozások:

s Pv0 + + -

yTU

mGtu

A paksi gépek szabályozásának elvi kialakítása (DIGIREC-920) 2 s

5

+

PI

s

3

PI 6

1 +

pG

7

Átlag

+ s

fordulatszám

s n0

Pv

2/3


E

T

H


FSz 10 pG1

-

+

n

-

psz

nyomás

n

4

ETV

p

9

P

+

8 PI

teljesítmény

K f K

MIN kiválasztó

Y

pG2

s Pv0* + -

+

+

helyzet

-

I

PI

-

Szabályozások:

s Pv0 +

yTU

mGtu

Fordulatszám felfuttatás indításnál különböző kiinduló állapotokban n (1/min) 3000

Krit. ford.szám tartomány (600 rpm/min)

2000 Kritikus. ford.szám tartomány (600 rpm/min)

1000

Forró ( >150°C): 275 rpm/min Meleg ( >100°C): 200 rpm/min Hideg ( <100°C): 100 rpm/min

0 0

5

10

15

20 Idő (min)

25

30

35

40

Gőztermelő-oldali zavarások

G

pG yTu

Gőzturbina mint SZAKASZ

... Fogyasztó-oldali zavarások

n

Részfolyamatok: --------------- Forgó tömegek

PV

- Gőztárolás - Energiaátalakítás

Forgó tömegek (mechanikai energia tárolása):

d  2     PT  PG  dt  2  d n  dt  no

 Mo MT  MG    Mo  o 

d   MT  MG dt o  o2   Legyen: Tf  Mo Po

d  n  1 MT  MG     dt  no  Tf Mo d  n  1 M T  M G      dt  no  Tf Mo 1 PT  PG   Tf Po

Blokkvázlatban MG/Mo

MT/Mo+

-

1 T fs

n/no

pG , G

Gőztárolás és energiaátalakítás

y TU

mGtu

mG1

mG2

A turbina elvi vázlata:

mGn

, MT

pKo

mCsn

mCs1 mCs2

Koncentrált paraméterű fizikai modell: E1

pG

E2

En-1

En

y TU

pKo p2, V2

p1, V1

G

pn, Vn

mGtu mG1 mCs1

mG2 mCs2

mGn-1

mGn mCsn

„Tároló+fokozat” modellje

Tárolás:

Ei mG i-1

mG i pi+1

p i, V i

Energiaátalakítás: mCsi

PTi

m Csi

pi+1

pi

PTi

mG i-1

pi

Ei mG i

Szelep:

A paksi turbina lineáris modellje Egyszerűsített kialakítás: Tárolók: 1- kerékszekrény térfogat 2- NNy ház + NE-k gőztérfogata 3- cseppleválasztó +újrahevítő 4- KNy ház + KE-k gőztérfogata

. mGtu

ytu

CsTH

3

n

mCs3 NT

KT PT mCs2

mCs4

2

pG

y TU

mGtu

E2 MT1

1

pKo

4

E1

G

G

1

Fizikai modell:

Pv

E3 MT2

2

mG1

MT3 3

mG2

mCs2

E4

mCs3

MT4

pKo

4

mG4

mG3 mCs 4

A lineáris modell blokkvázlatban (csapolások elhanyagolva) ΔmGtu mGtu

YTu

T1

ΔmG1 mG1

K1

1

MT1 + +

Hajtás

T2

ΔmG2 mG2

K2

ΔmG3 mG3

K3

MT2+

3

MT3 + +

T4

ΔmG4 mG4

K4

4

MT4

Tf

n

-

Tengely

MG

2

+ T3

MT +

A paksi turbina lineáris modelljének számított adatai

Sorszám

p (bar)

V (m3)

T (s)

K (Nm)

1

44

2

0,13

47083

2

12

176

2,97

30167

3

1,75

104

0,39

45157

4

1

305

0,68

64302

A paksi turbina beavatkozási átmeneti függvénye (Lineáris modellen szimulációval felvett) 1

yT/yT0

0.8

MT/MT0 Szelephelyzet Nyomaték

0.6 0.4 0.2 0

0

5

10 idö (sec)

15

20

Irányítástechnika II

Recommend Documents