СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ПИТАНИЯ ВОДОЙ БАРАБАННОГО ПАРОГЕНЕРАТОРА
CONTROL SYSTEM OF WATER FED TO DRUM STEAM GENERATOR

Предлагаемое изобретение относится к тепловой и атомной энергетике и может применяться для регулирования питания водой барабанных парогенераторов ТЭС и АЭС.
Известен одноимпульсный регулятор питания барабанного котла с датчиком уровня воды в барабане, управляющий регулирующим питательным клапаном расхода воды (Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы: справ. пособие / Под ред. Б.Д.Кошарского. - Л.: Машиностроение, 1976. - С.334).
Недостатками регулятора являются инерционность и отсутствие динамической точности стабилизации уровня, т.к. он работает по факту отклонения стабилизируемого сигнала от заданного значения, а сигналы компенсации действующих возмущений отсутствуют.
Известна трехимпульсная система питания водой барабанных парогенераторов (Плетнев Г.П. Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций: учеб. пособие. - М.: Энергоиздат, 1981. - С.249; Плютинский В.И., Погорелов В.И. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок АЭС: учебник. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - С.175-177). Она содержит датчик уровня воды в барабане, датчик расхода питательной воды на входе в установку и датчик расхода пара на выходе из установки, подключенные к информационным входам регулятора, который осуществляет воздействие на регулирующий питательный клапан.
Недостатком системы является отсутствие статической точности стабилизации заданного уровня. В установившемся режиме показателем материального баланса является уровень воды в барабане, но изменение нагрузки ведет к несоответствию расходов воды и пара, что обусловлено разным физическим состоянием массопотоков, особенностями формирования информационных сигналов, нелинейностями каналов. В результате регулятор стабилизирует не уровень, а соотношение входных сигналов по расходу воды и пара, изменяя величину уровня в зависимости от нагрузки, определяемой этими параметрами.
Другие недостатки системы связаны с отсутствием адаптивных свойств, которые реализуются дистанционным изменением параметров динамической настройки регулирующих блоков с помощью внешних сигналов, подключаемых на специальные параметрические входы (Беляев Г.Б., Кузищин В.Ф., Смирнов Н.И. Технические средства автоматизации в теплоэнергетике: учеб. пособие. - М.: Энергоиздат, 1982. - С.124, 130).
Наиболее близкой к предлагаемой является система с трехимпульсным стабилизирующим и одноимпульсным корректирующим регуляторами (Методы классической и современной теории автоматического управления. В 5 т. / Под ред. К.А. Пупкова / Том 2. Синтез регуляторов и теория оптимизации систем автоматического управления: учебник / МГТУ им. Баумана. - М., 2000. - С.422-423). Система регулирования питания водой барабанного парогенератора содержит регулирующий питательный клапан со стабилизирующим регулятором, к которому подключены датчик расхода питательной воды, датчик расхода пара и датчик уровня воды в барабане, подключенный также к корректирующему регулятору.
Первая группа недостатков системы связана с несоответствием ее структуры технологическим свойствам объекта, что при открытии и закрытии клапана периодической продувки ведет к необходимости вручную адаптировать структуру системы путем подключения и отключения корректирующего регулятора к стабилизирующему и при этом вручную изменять задание корректирующему регулятору.
Вторая группа недостатков связана с завышенной статической ошибкой стабилизации уровня в зависимости от свойств сигналов по расходам воды и пара, т.к. зона нечувствительности стабилизирующего регулятора не учитывает индивидуальных свойств сигналов и настраивается по максимальной из дисперсий вводимых на регулятор величин сигналов, а также не учитывает нагрузку установки. Недостатки этой группы связаны и с изменением динамической точности работы системы на разных нагрузках, что при постоянных параметрах динамической настройки регулятора требует заведомо завышенной величины динамической ошибки и ограничивает возможность использования энергоустановок в регулировочных диапазонах функционирования оборудования, а также ведет к увеличению энергозатрат на собственные нужды.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении динамической точности работы системы при проведении периодической продувки, а также в повышении статической и стабилизации динамической точности в регулировочных режимах функционирования парогенератора путем параметрической адаптации стабилизирующего регулятора, за счет чего парогенератор более качественно может участвовать в регулировании мощности энергоустановки.
Это достигается тем, что система регулирования питания водой барабанного парогенератора, содержащая регулирующий клапан расхода питательной воды со стабилизирующим регулятором, к которому подключены датчик расхода питательной воды, датчик расхода пара и датчик уровня воды в барабане, подключенный также к корректирующему регулятору, дополнительно содержит датчик положения клапана периодической продувки, дифференциатор, датчик нагрузки энергоустановки, четыре нелинейных элемента и сумматор, причем датчик положения клапана периодической продувки через дифференциатор подключен к стабилизирующему регулятору, датчик нагрузки через два нелинейных элемента подключен к первому и второму параметрическим входам стабилизирующего регулятора, а к третьему параметрическому входу через сумматор подключены датчик расхода питательной воды посредством третьего нелинейного элемента и датчик расхода пара посредством четвертого нелинейного элемента.
На чертеже приведена блок-схема системы.
Система регулирования питания водой барабанного парогенератора содержит регулирующий питательный клапан 1 со стабилизирующим регулятором 2, к которому подключены датчик уровня воды в барабане 3, датчик расхода питательной воды 4, датчик расхода пара 5 и датчик положения клапана периодической продувки 6 с дифференциатором 7, а также корректирующий регулятор 8 с подключенным к нему датчиком уровня воды в барабане 3. Датчик нагрузки энергоустановки 10 через первый нелинейный элемент 9 подключен к первому параметрическому входу и через второй нелинейный элемент 11 ко второму параметрическому входу стабилизирующего регулятора 2. К третьему параметрическому входу посредством сумматора 12 через третий нелинейный элемент 13 подсоединен датчик расхода питательной воды 4, а через четвертый нелинейный элемент 14 датчик расхода пара 5. Нелинейные элементы 9, 11, 13 и 14 являются непрерывными нелинейными элементами кусочно-линейного типа (А.С.Клюев и др. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования. М.: Энергоатомиздат, 1989, с.119-120, рис.4.15).
Система работает следующим образом. В стационарном режиме, когда требуется обеспечить постоянную нагрузку энергоустановки, при изменении расхода питательной воды вследствие изменения режимов функционирования оборудования в питательном тракте стабилизирующий регулятор 2 обеспечивает стабилизацию величины сигнала от датчика расхода питательной воды 4, приводя ее в соответствие с величиной сигнала от датчика расхода пара 5.
В регулировочном режиме, когда при изменении нагрузки энергоустановки меняется паровая производительность парогенератора, по соотношению сигналов от датчика расхода питательной воды 4 и датчика расхода пара 5 стабилизирующий регулятор 2 воздействует на регулирующий питательный клапан 1 и приводит в соответствие расход питательной воды расходу пара. При этом датчик нагрузки энергоустановки 10, подключенный через первый нелинейный элемент 9 и второй нелинейный элемент 11 к первому и второму параметрическим входам стабилизирующего регулятора 2, формирует задающий сигнал параметрической адаптации и осуществляет автоподстройку параметров динамической настройки с целью стабилизации величины относительной динамической ошибки регулирования. Настройка нелинейных элементов 9 и 11 осуществляется таким образом, чтобы на разных нагрузках при одной величине возмущения значение динамической ошибки оставалось постоянным и соответствующим заданным критериям качества регулирования. Тогда при неконтролируемых величинах возмущений по нагрузке значение относительной к величине этих возмущений динамической ошибки будет оставаться постоянным.
Третий параметрический вход обеспечивает адаптацию стабилизирующего регулятора 2 с целью минимизации величины статической ошибки регулирования путем автоподстройки зоны нечувствительности. Исходное значение зоны нечувствительности стабилизирующего регулятора 2 примерно равно величине зоны нечувствительности корректирующего регулятора 8, который при той же чувствительности сигнала от датчика уровня воды в барабане 3 изменяет задание стабилизирующему регулятору 2, обеспечивая «пилотный» контроль качества статической точности стабилизации заданного уровня. Поскольку спектральные свойства других каналов разные, то нелинейные элементы 13 и 14 через сумматор 12 обеспечивают индивидуальную подстройку зон нечувствительности для сигналов от датчика расхода питательной воды 4 и датчика расхода пара 5 в регулировочных диапазонах изменения этих параметров (с учетом аварийных режимов), минимизируя статическую ошибку регулирования за счет индивидуальной подстройки зон нечувствительности по каналам 4-13-12-2 и 5-14-12-2 с учетом изменения свойств сигналов в зависимости от изменения расходов питательной воды и пара.
В регулировочном и стационарном режимах при изменении стока воды из парогенератора при продувке датчик положения клапана периодической продувки 6 с дифференциатором 7 формируют исчезающий сигнал. При открытии и закрытии клапана периодической продувки по опережающему сигналу возмущения стабилизирующий регулятор 2 воздействует на регулирующий питательный клапан 1 и обеспечивает компенсацию изменения расхода продувочной воды изменением расхода питательной воды, не допуская больших динамических отклонений уровня от заданного значения. В случае появления статической ошибки по уровню корректирующий регулятор 8 изменяет задание стабилизирующему регулятору 2 и система восстанавливает заданный уровень.
С точки зрения управления новые свойства делают автоматизированный объект более технологичным. Продувка меньше влияет на изменение нагрузки энергоустановки. Уменьшается зависимость от нагрузки динамической точности работы системы и минимизируется статическая ошибка. Парогенератор более качественно может участвовать в регулировании мощности энергоустановки.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет существенно улучшить качество работы системы регулирования питания водой барабанного парогенератора.