AUTOS 82. konference AUTOMATIZACE VE STROJÍRENSTVÍ 1. DÍL. Ô-S f** /J PLZEŇ. INIS-mf 9037

Transkript

1 INIS-mf 9037 Ô-S f** /J Pobočka ČSVTS Ústředního výzkumného ústavu k. p. ŠKODA KV Komitétu pro aplikovanou kybernetiku ČSVTS Plzeň Podnikový výbor ČSVTS k. p. ŠKODA Plzeň ORS - VTEI, Technické služby k. p. ŠKODA Plzeň AUTOS 82 konference AUTOMATIZACE VE STROJÍRENSTVÍ PLZEŇ 1. DÍL PLZEŇ

2 Pobočka ČSVTS Ústředního výzkumného ústavu k.p. SKODA KV Komitétu pro aplikovanou kybernetiku ČSVTS v Pláni Podnikový výbor fi S V T S k.p. SKODA Plzeň 0 R S - VTBI, Technické služby k.p. SKODA Plten AUTOS 82 konference AUTOMATIZACE VE STROJÍRENSTVÍ I. D I L PLZEŇ června 1982

3 NA POČEST 75. VÝROČÍ ZALOŽENÍ ÚSTŘEDNÍHO VÝZKUMNÉHO ÚSTAVU k.p. ŠKODA PLZEŇ

4 DT: A N A L Ý Z A V Y B R A N Ý C H P R O V O Z N Í C H R E Ž I M Ů NA J A D E R N Ý C H E L E K T R Ä R - J N A C H V V E R / / K. Bednařík, J. Rubek, J. Markvart, P. Stirský / Jsou uvedeny a diskutovány výsledky analýzy regulačních / procesů při provozních režimech skokového snížení žádané hodnoty výkonu turbiny o 5 % a 1O % N. /v tomto případě zapůsobí omezovač rychlosti zatěžování/ a při rychlém snížení výko- / nu reaktoru ochranou HO-III ze jmenovitého výkonu na 50 % N. T /. Tyto režimy jsou analyzovány z hlediska optimálního výběru / f parametrů regulátoru výkonu turbiny/zesílaní proporcionálního a integračního kanálu/. Jsou ukázány vlivy těchto parame*-.ů na průběh regulačního procesu a uveden?, doporučení pro v.úodný výběr jejich hodnot. / Klíčová slova: ELEKTRÁRNY JADERNÉ, HEGULACE VÝKONU, /JEGULACE AUTOMATICKÄ Regulátor výkonu turbiny na jaderné elektrárně /JE/ VI a podle projektu i na JE V2» V3 má dvě důležj/cé funkce. Žádaná hodnota výkonu bloku tvoří současně žranou hodnotu regulátoru výkonu turbiny /nikoli regulátory výkonu reaktoru/, takže tento regulátor plní funkci regulátoru výkonu bloku. Výkon reaktoru je pak na potřebnou úroveň regulován regulátorem výkonu reaktoru ARM tak, aby odchylka tlaku páry v hlavním parním kolektoru /HPK/ byla v mezícííi zadané necmivosti. Druhou funkcí regulátoru výkonu turbiny je udržovat tlak páry v HPK v přípustných mezích při provozu regulátoru ARM ve strážném režimu /SRn v případě AvšM 4 a S v případě ARM 5/. 50,

5 - 2 - Na JE VI je ARM v tomto režimu provozován převážně a stejně tomu má být i na JE V2 a V3. Tato funkce regulátoru výkonu turbiny je zajišťována korektory tlaku, které při překročení odchylek tlaku páry v HPK o danou necitlivost korigují operátorem nastavěnou žádanou hodnotu. Regulátor výkonu turbiny pracuje v tomto případě jako proporcionální regulátor tlaku. " Výběr parametrů regulátoru výkonu turbiny musí být proto podřízen požadavkům vyplývajícím z těchto funkcí regulátoru. Jak známo parametry regulátoru značnou měrou ovlivňují nejen průběh přechodového procesu výkonu turbiny, ale i dalších veličin, jejichž'přípustné odchylky od jmenovitých hodnot jsou omezeny /zejména tlaky v primárním okruhu a v HPK/ a na jejich časových průbězích závisí rovněž činnost dalších regulátorů /ARM, regulace tlaku v HPK pomocí přepouštěcích stanic do kondenzátorů turbin a do atmosféry/. Touto problematikou se zabývá tento referát. Jsou v něm uvedena hlediska pro výběr parametrů regulátoru výkonu turbiny vyplývající z uvedených funkcí regulátoru. Dále jsou uvedeny některé výsledky vypočtených přechodových procesů, které ukazují na vliv parametrů regulátoru a jakým způsobem je třeba tyto parametry volit. Výsledky jsou převzaty z technické zprávy EGÚ /L 1/. 2 Regulátor výkonu turbiny je proporcionálně integrační 8 korektory tlaku v HPK a korektory tlaku v kondenzátoru turbiny a frekvence /L 2/. Signál žádané hodnoty výkonu je tvořen v bloku Žádané hodnoty ručně /z pultu operátora/ anebo automaticky z připojeného výstupu nadřazeného regulátoru. Tento signál je korigován korektory tlajcu páry plus /působí pouze při zvýšení tlaku v HPK o zadanou necitlivost/ korektoren tlaku v kondenzátoru a frekvence. Dáíe je přiváděn na omezovač rychlosti zatěžování /ORZ/, který tento časově zá- 51

6 - 3 - vislý signál propouští beze změny, pokud změna není větší než i 5 % N jm. Při větších změnách žádané hodnoty je část signálu přesahující 5 % N jm propouštěna s trendem 2,5 % Nj m /min. Výstupní signál je opět korigován korektory tlaku páry minus /se slabou a zesílenou vlivnostl/ a po odečtení měřeného výkonu turbiny je signál regulační odchylky přiváděn na Pí regulátor výkonu /se zesílením proporcionálního a integračního kanálu K, K./. Výstupní signál je podáván na vstup polohového turbinového ovladače a dále na elektrohydraulický převodník, který ovládá polohu regulačního ventilu. Výběr parametrů regulátoru j= posuzován z hledisek zajištění požadovaných průběhů technologických veličin při provozních režimech, které jsou časté /regulace výkonu atd/, anebo vedou ke značným odchylkám tlaku v HPK. Vybrány jsou tyto režimy: a/ skokové snížení žádané hodnoty výkonu turbiny o 5 % N.. Jako kriterium pro výběi^ parametrů je použito kriterium minima kvadratické regulační plochy a délky regulačního procesu výkonu turbiny při požadavku aperiodického procesu., b/ skokové snížení žádané hodnoty výkonu o xo % N. /se zapůsobením ORZ/. Kriterium je dosažení optimálního průběhu tlaku v HPK, aby snižování výkonu reaktoru regulátorem ARM bylo pokud možno plynulé. c/ rychlé snížení výkonu reaktoru na 50% N. ze jmenovitého výkonu zapůsobením havarijní ochrany HO III /zasouváním regulačních tyčí rychlostí 0,02 m/s/. Pro výběr parametrů regulátoru se používá kriterium minima poklesu tlaku páry v HPK. Pro analýzu těchto případů byl použit model dynamiky JE s WER 440 vytvořený v EGlJ. Regulátor výkonu reaktoru ARM byl modelován podle.podkladů /strukturního schématu včetně Číselných lídajů/ k regulátoru ARM 4 /L 3/, který je použit na JE VI. Podklady k regulátoru ARM 5 nejsou zatím k dispozici. 52

7 - 4 - Model regulátoru výkonu turbiny byl sestaven podle dokumentace zpracované pro JE V2 v k.p. äkoda /L 2/. Modelování dalších regulačních obvodu výkonové regulace, ;jako regulace hladiny vody v parním generátoru, tlaku v primárním okruhu, hladiny v kompenzátoru objemu bylo provedeno rovněž podle podkladů o těchto regulátorech z JE VI. Při výpočtech přechodových procesů uvedených režimů bylo předpokládáno, že před vznikem poruchy je blok JE v ustáleném provozu při jmenovitém výkonu. Na připojených obrázcích jsou vyneseny průběhy poměrné odchylky výkonu a žádané hodnoty výkonu turbin ( > N, <ť M _, reaktoru y, tlaku páry v HPK $ a v primárním okruhu 4 I * Odchylky těchto veličin jsou vždy vztaženy ke jmenovitým hodnotám. Veličina 4> N, <j> Nz vyjadřuje poměrnou odchylku výkonu, resp. žádané hodnoty výkonu každé z turbin, protože v uvedených provozních režimech jsou průběhy obou těchto veličin stejné. 3 Yliv_Barametrů_re2ulátoru_na_re2ulafiní_grgces a/ Skokové snížení žádané_hodnoty_vý_konu turbin_o._5_%_n. Tato porucha je mezní z hlediska požadavku na dosažení rychlé změny výkonu turbin, která ještě může být realizována bez omezení rychlosti zatěžování turbiny pomocí ORZ. Větší skokové změny žádané hodnoty výkonu neid tuto hodnotu jsou omezovány ORZ s trendem 2,5 % N.. /min. Při analýze bylo předpokládáno, že regulátor ARM je v režimu regulace tlaku /režim R/ a korektory tlaku jsou odpojeny. Vliv proporcionální a integrační konstanty regulátoru na dynamiku výkonu turbiny při této poruše je dobře patrný z rozboru níže uvedeného zjednodušeného blokového schématu regulátoru výkonu turbiny, které však při dané poruše poměrně dobře popisuje skutečnou dynamiku obvodu t 53

8 - 5 - W hn " W rn W rn' W hn ~ P řenos y regulátoru a regulovaného objektu v h' *N' *Nz ~ P oměrné odchylky otevření reg. ventilu turbiny, skutečné a žádané hodnoty výkonu turbiny.. Protože dynamika regulované veličiny je rychlá, můžeme předpokládat, že W hn = K hn. Z analýzy tohoto regulačního obvodu pak obdržíme, že přechodová charakteristika má skok v počátku na hodnotu V o/.0,05 a dále pak nabíhá na uctálenou hodnotu <> /t->~/ = 0,05 s časovou konstantou 1 + K K. K i K hn Použijeme-li podle L 4 hodnotu K hn = 0,615, potom v závislosti na K dostaneme pro * N /O/ a pro T /variováno rovněž K ± / tyto hodnoty K P N /o/ 0,381 0,551 0,754 0,86 K i" 0,1s" 1 26,9 37, T Cs} Ki = 0,5s" 1 5,4 7,45 13,6 23,8 Ki 0,02s" O

9 - 6 - Tyto hodnoty ukazují, že při nižších K a daném K. je regulační odchylka v počáteční fázi procesu větší, ale délka regulačního procesu je kratší. Snižováním parametru K. při daném K se lineárně zvyšují časové konstanty a tím rovněž délka přechodového procesu. Přechodové charakteristiky na obr. 1 byly spočteny s uvažováním reálných časových zpoždění regulátoru i přenosu W_ N pro K. = O,ls, K. = 0,5s" 1 a pro K = 1, 2, 3, 5. Tyto křivky ukazují, že vliv těchto časových konstant se projevuje přibližně v prvních 10-20s přechodového procesu, a to směrem ke zvětšení regulační odchylky a snížení aperiodičnosti procesu. To je zřejmé z obr. 1 z průběhu < > N pro K = 1, l^ = 0,1s" 1, který je rovněž zakreslen čárkovaně pro případ bez uvažování dynamiky objektu a časových zpoždění v regulátoru. Zmenšení regulačních odchylek v průběhu přechodového procesu při zachování jeho aperiodičnosti lze dosáhnout zvýšením proporcionální konstanty při současném zvýšení konstanty integrační. Vzhledem k tomu, že toto zlepšení při poměrně značném zvětšení obou parametrů není podstatné, ukazuje se dčelné volit pro proporcionální a integrační konstantu spíše nižší hodnoty /např. K = = 2-4, K. = cca 0,1 s /. Přitom při K = 1 regulační proces není ještě podstatně horší než při K vyšších. b/ Skokové snížení žádané_hodnoty_v^konu turbin_o_lg % N. Dosavadní zkušenosti z provozu JE VI ukazují, že snižování výkonu reaktoru regulátorem ARM neprobíhá plně uspokojujícím způsobem. Výkon reaktoru je snižován stupňovitě tak, že první snížení výkonu reaktoru při zvýšení tlaku o 0,05 MPa /ARM je v režimu regulace tlaku/ je rychlé a poměrně značné /až o 9 % N. /a další zásahy jsou již podstatně menší a probíhají v delším časovém intervalu. Tato závislost je obdobná i při větší změně žádané hodnoty výkonu. Uvedená rychlá změna výkonu reaktoru při prvním zásahu regulátoru ARM přesahuje hodnotu i 5 % N., která je limitní hodnotou z hlediska technických požadavků na palivo. Rychlých změn s amplitudou do 55

10 - 7-5 % N. muže být neomezený počet, zatímco počet změn nad tuto hodnotu je omezen. Protože změny ve struktuře a parametrech regulátoru ARM jsou obtížně realizovatelné, je při analýze tohoto režimu posouzena druhá možnost zajistit vhodným výběrem parametrů regulátoru turbiny takový průběh tlaku v HPR, aby bylo dosaženo pokud možno plynulé změny výkonu reaktoru. Výsledky analýzy ukázaly, že zejména při nižších hodnotách zesílení integračního kanálu zvyšování tlaku je pomalejší a rovněž jeho maximum je nižší. Tento průběh je příznivější z hlediska regulátoru ARM. Jak uvedeno v /L 3/ o pohybu nebo klidu regulačních orgánů reaktoru rozhoduje signál, který je rozdílem signálů proporcionálních odchylce tlaku v HPK vůči žádané hodnotě a výkonu reaktoru. Pokud se tedy tlak mění s menším gradientem, rozdílový signál později dosahuje spínacích hodnot obvodu pohonu regulačních orgánů reaktoru a proces snižování výkonu reaktoru je plynulejší. Průběhy regulačních proqesů na obr. 2 pro K = 1, K A 0,1s" 1 a K 1, K. - 0,02s" 1 dokládají tuto skutečnost. Při K. * O,O2s je výkon reaktoru při prvních zásazích regulátoru ARM snížen o cca 4,5 % N. v průběhu cca 2Os. Při J m i K, K ± vyšších než K - 1, K A * 0,1s x se již průběh regulačního procesu podstatně nezhoršuje, ukazuje se tedy, že z hlediska tohoto režimu a formulovaného požadavku na přechodový proces je třeba volit nižší K a zejména nízká K^. c/ Rychlé_snížení_yýkonu reaktoru_na 50_%_tJ. _zapůsgbením_havarij[ní ochrany. HO^III» Při rychlém a velkém snížení výkonu reaktoru dochází současně k rychlému poklesu tlaku v HPK a v primárním okruhu. Příčinou poklesu tlaku v HPK je vznik nerovnováhy mezi /Výkonem reaktoru a požadovaným výkonem turbin. Pokles tlaku je omezován korektorem tlaku minus, který snižuje žádanou hodnotu výkonu turbiny tak, aby odpovídala výkonu reaktoru. Velikost poklesu tlaku v ustáleném stavu je pak přímo úměrná rozdílu výkonu reaktoru a požadovaného výkonu turbin a nepřímo úměrná 56

11 - 8 - směrnici charakteristiky korektoru. Pokles tlaku v primárním okruhu je závislý na velikosti snížení výkonu reaktoru, protože snižováním výkonu reaktoru se snižuje i střední teplota chladivá a na odchylkách tlaku v HPK vůči jmenovité hodnotě, časové odchylky tlaku v primárním okruhu se musí pohybovat v daných mezích, protože při jejich překročení dochází k zapůsobení havarijní ochrany reaktoru. Od poklesu tlaku v HPK přesahujícího povolené meze je zase odvozeno odstavení turbiny nebo obou turbin uzavřením rychlouzavíracích ventilů. Pro posouzení vlivu parametrů regulátoru turbiny na maximální pokles tlaků v HPK a v primárním okruhu je zvolen režim snížení výkonu reaktoru ze jmenovitého na 5O % N. havarijní ochranou HO-III vyvolaný např. výpadkem hlavních cirkulačních čerpadel. Tento režim je třeba považovat za málo pravděpodobný, avšak reálný. Výkon reaktoru je při něm snižován maximální pracovní rychlostí /plynulý pohyb reg. tyčí rychlostí 0,02 m/s/, takže se krátkodobě vytvoří značná nerovnováha mezi výkonem reaktoru a žádanou hodnotou výkonu turbin. Na obr. 3 jsou uvedeny průběhy regulačních procesů pro K 1, K ± 0,1s" 1 a K = 1, K ± = 0,02s" 1. V prvním případě je přechodový proces aperiodický a výkon turbiny plně sleduje průběh tlaku v HPK. Snížení integrační konstanty tento proces mírně.zhoršuje. Na tlaku v HPK se objevuje malé přeregulování 0,05 MPa vůči nové ustálené hodnotě. Příčinou je časové zpoždění výkonu turbiny za tlakem v HPK v důsledku pomalejšího působení regulátoru. Tlak v primárním okruhu poklesne v tomto případě maximálně o hodnotu 0,23 MPa. Uvedené výsledky ukazují, že k zajištění dostatečně rychlého působení regulátoru na akční orgány při tomto provozním režimu postačí volit poměrně nízké hodnoty K, K^ aby regulační proces byl aperiodický s maximálním poklesem tlaku daným pouze působením korektoru tlaku. Výběr velmi nízkých hodnot parametrů vede k přeregulování na tlaku. 57

12 - 9 - Výsledky uvedené v tomto referáte ukazují, že požadavky na optimální výběr parametrů regulátoru výkonu nejsou u analyzovaných provozních režimů totožné. Odlišné požadavky jsou zejména u prvních dvou režimů, přičemž z hlediska prvního je žádoucí rychlé otevření regulačního ventilu, které vede k rychlejšímu poklesu tlaku. Ve druhém případě je tomu naopak, tj. je požadována pomalá změna tlaku a tedy poměrně pomalé otevírání regulačního ventilu turbiny. Výběr parametrů podle výsledků analýzy prvního režimu vyhovuje požadavkům ze strany elektrizační soustavy a rovněž i nárokům - vyplývajícím z rozboru třstího režimu. Výběr parametrů podle doporučení z analýzy druhého režimu umožňuje snížit tepelné rázy na palivo při změnách výkonu pod mez danou z technických požadavků na palivo. Takovýto výběr parametrů vyhovuje poměrně dobře požadavkům třetího režimu. Pokud experimenty potvrdí výsledky této analýzy, bude při daném algoritmu činnosti regulátoru ASM nutno tato hlediska pro výběr parametrů považovat za rozhodující. Uvedené průběhy regulačních procesů v tomto referátu naznačují, že lze nalézt určitý kompromis ve výběru parametrů regulátoru, který by poměrně dobře vyhovoval požadavkům vyplývajícím z analýzy všech tří provozních režimů. Ukázal to i podrobnější rozbor provedený v L 1, kde jsou doporučeny vhodná' varianty výběru obou parametrů. Tato zpráva se rovněž zabývá otázkami výběru dalších volitelných parametrů regulátoru výkonu turbiny jako jsou charakteristiky korektorů tlaku, rychlost servopohonu polohového ovladače turbiny atd. Literatura. L 1 Rubek, štirský, Markvart, Bednařík: Výběr parametrů regulátoru výkonu turbiny, technická zpráva EGÚ,

13 L 2 Blokové schema EH regulace turbiny V2 J. Bohunice /Výkres Tp S k.p. Skoda/ L 3 Chýlek, Stirský, Borský: Regulátor výkonu reaktoru ARM-4 - II. část výzkumné zprávy EGÚ č , 1980 L 4 Hubek, Stirský, Bednařík: Systém regulace výkonu jaderné elektrárny s tlakovodními reaktory - III. část výzkumné zprávy EGÚ č , Ing. Karel Bednařík, Ing. Jaroslav Rubek, CSc, Ing. Jaroslav Markvart, CSc, Ing. Pavel Stirský, CSc. Výzkumný ústav energetický, pobočka Praha, Praha 9 - Běchovice. Konference A U T O S 79 "Automatizace.ve strojírenství", zaměření ENERGETIKA se konala v Užni ve dnech 12. až 15. června Sborník konference A U T O S 79 obsahuje 51 text na 520 stranách třech dílech (cena 230,- Kčs). Adresa pro objednaní: Pobočka SsVTS Ústředního výzkumného ústavu k.p.škoda Tylova ul., Plzeň 59

14 Obr.1 Skokové-sníSaní žádané hodnoty výkonu o 5 i H. /vliv V K,/ gq / V - 3n

15 Obr.2 Skokové mnltiní žádané hodnoty výkonu o 10 «H^B /vliv K ± /

16 Obr.3 Snížení výkonu z H.^ na SO % IT podáním HO III fi

17 Druh publikaeex WÍXKYt Zpracoval: Lektoroval* Počet stran: 1. díl: 2. díl: 3. díl: 4. díl: 5. dílt Pit dílů celkm: láklad: Fonrfti Číslo publikace: Vydal: Rok vydání: Sborník referátů AUTOS díl Autaaatizace we strojírenství (všeobecné saaerení) Kolektiv autorů O 21O OCB 300 výtlaků A 5 AOTOS/2016/82-1 C S T S, Pobočka tiíatředoího výzkoniéao ústava lup.skom Plseň