Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Ивановский государственный энергетический университет

имени В.И. Ленина»

Кафедра АТП

Контрольная работа

по курсу «Метрология, сертификация, технические измерения

и автоматизация тепловых процессов, часть 2»

Вариант №2

Выполнил: студент гр. 3-75

Беляев А.Н.

Иваново 2015.

Содержание

Вопрос 1. Регулирование энергоблоков ТЭС при постоянном начальном давлении пара.	3
Вопрос 2. Состав проекта автоматизации.	9
Вопрос 3. Определение устойчивости системы автоматического регулирования.	10
Вопрос 4. Физический смысл амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик.	11
Список литературы.	12

Вопрос 1. Регулирование энергоблоков ТЭС при постоянном начальном давлении пара.

На практике находят применение различные способы управления энергоблоками ТЭС. Для блоков с барабанными котлами наиболее распространен способ первичного управления турбиной. Для блоков с прямоточными котлами, наряду с указанным способом, широко применяется способ первичного управления котлом. В последнее время находят применение координированные схемы, наиболее полно реализующие принцип связанного регулирования. Ниже рассмотрены динамические характеристики энергоблоков при различных способах и схемах регулирования.

Первичное управление турбиной.

Способ первичного управления турбиной (ПУТ) наиболее распространен на блоках с барабанными котлами. При ПУТ мощность блока поддерживается турбиной, а давление свежего пара – котлом. В соответствии со схемой сигнал на изменение мощности вводится в АСР турбины от регулятора мощности (РМ) через механизм управления турбиной (МУТ). АСР турбины, отрабатывая сигнал, перемещает РКТ (быстродействие около 1с.). По сравнению с электоргидравлическим преобразователем МУТ – медленно действующий механизм, он перемещает РКТ от положения N_ном до N_хх за 45 с.

Перемещение РКТ (например, открытие) вызывает изменение (падение) давления перед ними и связанное с этим изменение давления ΔР с высвобождением аккумулированного в котле тепла. За счет дополнительного тепла генерируется дополнительная масса пара, которая поступает в турбину и вызывает увеличение ее мощности. Сигнал ΔР свежего пара перед турбиной воспринимается через датчик давления (ДД) регулятором давления котла (РД). Выходной сигнал с РД передается в качестве задания регулятору топлива (РТ) или регулятору питания (РП). Эти регуляторы через исполнительные механизмы (ИМ) воздействуют на РО котла и переводят его на новый режим работы. Корректор частоты (КЧ), подключенный к РМ, в соответствии с заданной статической характеристикой изменяет мощность при отклонениях частоты от заданного значения, обеспечивая участие блока в регулировании частоты в энергосистеме. Противоаварийная автоматика (ПА) через электоргидравлический преобразователь (ЭГП) осуществляет быстродействующее управление мощностью.

Чтобы РМ не препятствовал ПА при управлении мощностью, сигнал от ПА подается и на вход РМ.

Принципиальная схема регулирования энергоблока при ПУТ.

Приведенная принципиальная схема ПУТ соответствует структурной схеме, рассмотренной ранее при . При этом передаточная функция АСР блока для разомкнутой обратной связи АСР котла имеет вид

,

где ;;

; .

Из следует, что отличие динамических свойств изолированного контура регулирования котлаот того же контура в энергоблоке определяется характеристиками эквивалентного звена.

Математическая модель котла как объекта регулирования давления имеет S-образную переходную характеристику и может быть описана апериодическим звеном с чистым запаздыванием :

.

Передаточная функция турбины как объекта регулирования мощности по воздействию на РО котла имеет вид

,

где определяет инерцию проточной части самой турбины (включая паровые объемы и промежуточный перегрев).

Поскольку определяемая инерция значительно меньше инерции котла, опеределяемой, то для исследования медленнодействующих АСР мощности можно допустить, что.

Передаточная функция турбины как объекта регулирования мощности по основному регулирующему воздействиюможет быть представлена звеном реального дифференцирования:

.

Передаточная функция может быть получена аппроксимацией переходного процесса измененияпосле открытия РКТ. В начальный отрезок временипосле открытия РКТ на величинуснижается на долюC от установившегося отклонения - со скоростью, равной скорости перемещения РКТ.

График изменения давления пара за котлом при открытии РКТ.

В дальнейшем при отсутствии воздействия на РО котла, снижение происходит экспоненциально с постоянной времениаккумуляции котла. Если считать время перемещения РКТ пренебрежимо малым по сравнению с, то уменьшениена первом этапе происходит скачком. Такой переходный процесс можно описать передаточной функцией вида

.

Параметр зависит от быстродействия привода РКТ. Для МУТ величина. Если РКТ управляются с помощью ЭГП, то.

Подставляя полученные передаточные функции в формулу для X₁₁ и полагая, что в качестве регуляторов давления и мощности применены ПИ-регуляторы с передаточной функцией , можно получить КЧХ эквивалентного звена. Сравнивая ее с КЧХразомкнутой изолированной АСР котла, получим:

.

Можно показать, что влияние контура регулирования мощности в соответствии с амплитудно-фазовым критерием уменьшает запас устойчивости АСР котла, т.к. фазовый угол всегда меньше нуля. Тем не менее при ПУТ требуемый запас устойчивости может быть обеспечен соответствующим выбором параметров настройки турбинных регуляторов. Менее инерционные котлы, работающие на газе или мазуте, позволяют применять большие значения коэффициентов усиления и большее быстродействие РМ при заданном качестве переходного процесса по.

Способ ПУТ обеспечивает максимальную приемистость блока из возможных. Для дальнейшего увеличения приемистости необходимо уменьшить величину провала мощности, определяемую скоростью перехода котла к новому режиму работы.

Для ускорения переходных процессов в котле применяют форсирующие связи между АСР котла и турбины, превращающие схему несвязанного регулирования ПУТ в схему полусвязанного регулирования. С помощью форсирующих связей задание на изменение режима работы вводится одновременно в АСР турбины и котла.

Кроме форсирующих, применяют и стабилизирующие связи, идущие из АСР котла в АСР турбины, которые обеспечивают более точное регулирование давления пара на выходе из котла (в основном при использовании ПУТ для прямоточных котлов). В случае ввода форсирующих и стабилизирующих связей получается связанная АСР блока.

Первичное управление котлом.

Способ ПУК применяется для энергоблоков с прямоточными котлами (ПК). Это связано с тем, что при несвязанной схеме ПУТ энергоблока с ПК происходящее отклонения давления по тракту котла могут привести к существенному смещению границ фазового перехода вода – пар, что отрицательно сказывается на температурном режиме котла и надежности его работы.

В схеме с ПУК внешнее задание на поддержание заданной мощности N_зад подается либо непосредственно на РТ (или на РП), либо через главный регулятор котла, который при этом выполняет функции РМ.

Принципиальная схема регулирования энергоблока при ПУК.

Далее РТ (или РП) воздействует на РО котла, переводя его на новый режим работы. Заданное давление свежего пара поддерживает регулятор давления (РД), действующий по принципу регулирования давления «до себя» (через МУТ на РКТ). При ПУК сначала изменяется режим работы котла, а после изменения паропроизводительности изменяется давлениеP₀ свежего пара перед РКТ. РД воспринимает это отклонение давления P₀ и перемещает РКТ, изменяя мощность турбины. Например, если давление растет, то РД открывает клапаны и увеличивает мощность.

Структурная схема АСР блока с ПУК получается из связанной АСР блока при ,. Следует подчеркнуть, что значения множителей взаимного влияния котла и турбины при ПУК обратные их значения при ПУТ.

Подставив значения передаточных функций объектов при ПУТ в формулу для , можно показать, что мощность энергоблока в основном определяется котлом, и все переходные процессы по мощности будут происходить в соответствии с динамикой котла. Турбина, управляемая РД «до себя», будет подстраиваться к котлу, изменяяN по мере изменения P₀. При этом задача стабилизации P₀ решается весьма успешно.

Если регулятор «до себя» воздействует на РКТ через ЭГП или высокоскоростной МУТ с с, то он при этом блокирует сигналы РС и ПА, практически исключая участие блока в первичном регулировании частотыf и противоаварийном регулировании. Аккумулирующая способность котла при этом не используется. Применение таких АСР возможно на блоках, работающих в базовой части графика нагрузки и участвующих в диспетчерском регулировании.

Если РД «до себя» воздействует на РКТ через медленнодействующий МУТ с с, то он не препятствует первоначальному включению турбины в участие первичного регулирования частотыf и ее разгрузке по сигналам ПА. В этом случае при значительных отклонениях частоты в энергосистеме от 50 Гц сигнал от РС перемещает РКТ, поддерживая частоту вращения. Это вызывает изменение давления перед РКТ, и РД перемещает их в противоположную сторону через время Δt, определяемое инерцией МУТ. Это может привести к усугублению аварийной ситуации в энергосистеме. Поэтому недопустимо применение блоков с ПУК в этих ситуациях без специальных средств, блокирующих действие РД в аварийных случаях.

Иногда оправдано использование энергоблоков с ПУК для ограниченного участия в первичном регулировании частоты энергосистемы в пределах зоны нечувствительности регулятора «до себя». При изменении частоты РС может незначительно перемещать РКТ, чтобы изменение давления P₀ не превысило величины зоны нечувствительности РД и он не включился в работу.

Поскольку АСР турбины является значительно быстродействующей по сравнению с котлом, то величина P₀ поддерживается достаточно точно. Все возмущения, идущие от энергосистемы через турбину на котел, локализуются РД. Таким образом, котел при ПУК работает в более благоприятном режиме.

Недостатком применения схемы ПУК является низкая приемистость блока.