СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ С ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА РЕГУЛИРУЮЩИЕ ОРГАНЫ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ И ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована для автоматического регулирования мощности парогазовых установок (ПГУ).
Основным оборудованием ПГУ обычно является одна или две газотурбинные установки (ГТУ) с газовыми турбинами (ГТ), каждая из которых служит приводом для своего электрического генератора (ЭГ), соответственно один или два котла-утилизатора (КУ) и одна паровая турбина (ПТ) с регулирующими клапанами (РК), питаемая паром от КУ и тоже являющаяся приводом своего ЭГ. ПГУ, как и другие генерирующие установки, работающие в составе энергосистемы, должны принимать эффективное участие в регулировании частоты электрической сети. К маневренным характеристикам теплоэнергетических установок в настоящее время предъявляются весьма жесткие требования. Однако скорость изменения сигналов по мощности ГТ ограничена. Это обусловлено тем, что для поддержания стабильной температуры дымовых газов за ГТ (условие нормальной работы КУ) одновременно с изменением подачи топлива надо соответственно изменять подачу воздуха в камеру сгорания (КС) ГТ, а исполнительные механизмы направляющих аппаратов, регулирующих подачу воздуха в компрессоры (КОМП) ГТУ уступают в быстродействии регулирующим клапанам ПТ. Кроме того, максимально допустимая скорость изменения мощности ГТ определяется условиями ее надежной работы.
Известна принимаемая в качестве прототипа полезной модели система автоматического регулирования мощности (САРМ) ПГУ, включающая по меньшей мере одну ГТУ с ГТ, по меньшей мере один КУ и ПТУ с ПТ, оборудованной РК, содержащая формирователь задания по мощности, регулятор мощности ПГУ, регуляторы мощности ГТ и регулятор ПТ [1]. В известной САРМ изменение мощности осуществляется с помощью регуляторов мощности ГТ путем воздействия на задатчики мощности этих регуляторов и
с дополнительным воздействием на РК ПТ. Однако механизм такого дополнительного воздействия в источнике [1] не раскрыт.
Достигаемым результатом полезной модели является повышение маневренности ПГУ при скачкообразных изменениях нагрузки путем разработки механизма дополнительного воздействия на РК ПТ.
Указанный результат обеспечивается тем, что в САРМ ПГУ, включающей по меньшей мере одну ГТУ с ГТ, по меньшей мере один КУ и ПТУ с ПТ, оборудованной РК, содержащей формирователь задания по мощности, регулятор мощности ПГУ, регуляторы мощности ГТ и регулятор ПТ, согласно полезной модели регулятор мощности ПГУ содержит ограничитель скорости выходного сигнала, а регулятор ПТ - дифференциатор, сумматор и выделитель максимума сигналов небаланса заданных и текущих значений давления на входе в ПТ и положения РК ПТ, причем один из выходов формирователя задания мощности подключен ко входу дифференциатора, выход последнего - к одному из входов сумматора, а к его другому входу - выход выделителя максимума.
На фиг.1 изображена упрощенная технологическая схема ПГУ с элементами автоматического регулирования мощности согласно полезной модели; на фиг.2 - структурная схема САРМ ПГУ согласно полезной модели; на фиг.3 - полученные на модели графики переходных процессов заданного отклонения мощности при его скачкообразном возмущении на 2 МВт (5% от номинальной мощности) один график в отсутствие, другой - при наличии скоростного воздействия на РК ПТ; на фиг.4 - то же при скачкообразном возмущении заданного отклонения мощности на 5 МВт (12,5% от номинальной мощности).
ПГУ с использованием САРМ согласно полезной модели, содержит две газотурбинных установки ГТУ 1 и ГТУ 2 (фиг.1) с газовыми турбинами соответственно ГТ 3 и ГТ 4, камерами сгорания соответственно КС 5, КС 6, компрессорами соответственно КОМП 7, КОМП 8 и регулирующими топливными клапанами соответственно РТК 9, РТК 10. Компрессоры КОМП 7 и КОМП 8 оборудованы регулирующими направляющими аппаратами соответственно РНА 11, РНА 12. ПТУ содержит также два котла котлаутилизатора
соответственно КУ 13 и КУ 14 и паротурбинную установку ПТУ 15 с паровой турбиной ПТ 16, оборудованной регулирующими клапанами РК ПТ 17. Каждая из турбин ГТ 3, ГТ 4 и ПТ 16 соединены со своим электрогенератором соответственно ЭГ 18, ЭГ 19, ЭГ 20.
т
т
т
зд
т
зд
эд.Σ
ГТ3
ГТ4
ПТ
ГТ3
ГТ4
ПТ
САРМ согласно полезной модели содержит (фиг.2) формирователь задания по мощности ФЗМ 21, регулятор мощности РМ 22 ПГУ, регуляторы мощности газовых турбин соответственно РМ 23 ГТ 3, РМ 24 ГТ 4 и регулятор паровой турбины РПТ 25. РМ 22 ПГУ содержит ограничитель скорости выходного сигнала ОГС 26, а РПТ 25 - дифференциатор Д 27, сумматор 28 и выделитель максимума МАКС 29 сигналов формируемого на сумматорах 30 и 31 небаланса текущих значений давления Р' перед РКПТ 17 и положения Н РКПТ 17 перед ПТ 16 и заданных значений соответственно (Р') и (Н). При этом один из выходов ФЗМ 21 подключен ко входу дифференциатора Д 27, выход последнего - к одному из входов сумматора 28, а к его другому входу - выход МАКС 29. Кроме того, САРМ дополнительно содержит в составе РМ 22 ПГУ формирователь статизма регулирования ФСР 32 небаланса частоты Δf, сумматор 33 сигналов заданного значения N мощности ПТУ и фактических значений N, N и N, пропорционально-интегральный преобразователь ПИ 34, в составе регуляторов мощности газовых турбин распределитель задания РАЗ 35 между ними в долях α, 1 - α и в составе РПТ 25 пропорционально-интегральный преобразователь ПИ 36. При этом выход ФСР 32 подключен к одному их входов ФЗМ 21. Выход последнего подключен к одному из входов сумматора 33, к другим входам которого подключены соответственно сигналы фактических значений N, N и N от не показанных на чертеже измерительных средств. Кроме того, выход ФЗМ 21 подключен ко входу дифференциатора Д 27 РПТ 25. Выход сумматора 33 подключен ко входу ПИ 34, выход которого подключен ко входу ОГС 26, а выход последнего - ко входу РАЗ.
зд.пл
зд.нпл
САРМ ПТУ согласно полезной модели работает следующим образом. Формирователь задания мощности ФЗМ 21 алгебраически суммирует плановую составляющую задания по мощности N (со знаком +), неплановую составляющую N (со знаком +) и отклонение Δf частоты сети от номинального значения (со знаком -), помноженное с помощью ФСР 32 на коэффициент
N,f
перв
зд.Σ
Σ
зд,Σ
зд,пл
зд,нпл
N,f
Σ
ГТ3
ГТ4
ПТ
ГТ,ЗД
зд.Σ
Σ
ГТ,ЗД
K, определяющий статизм первичного регулирования частоты с выработкой соответствующего сигнала N задания первичной мощности. Регулятор мощности РМ 22 ПГУ воспринимает небаланс Δf между заданным и фактическими значениями суммарной мощности ПГУ (N-N), где N=N+N+Δf·K, а N=N+N+N, и формирует задание по суммарной мощности N газовых турбин ГТ 3, ГТ 4 путем преобразования Н-N по ПИ-закону через преобразователь ПИ 34. По вышеуказанным технологическим причинам с помощью ОГС 26 производится ограничение скорости изменения N.
ГТ,ЗД
ГТ3,ЗД
ГТ,ЗД
ГТ4,ЗД
ГТ,ЗД
ГТ3
ГТ4
ГТ3,ЗД
ГТ4,ЗД
Т
Т,ЗД
Т,ЗД
Т
Т,ЗД
Т,ЗД
Т
Т,ЗД
Т
Т,ЗД
Т
Т,ЗД
Т,ЗД
Т
Т
Т,ЗД
Задание N распределяется между задатчиками двух газовых турбин: N=α·N и N=(1-α)·N. При синхронизации нагрузок ГТ3 и ГТ4 α=0.5 регуляторы мощности газовых турбин изменяют фактические мощности их генераторов N и N в соответствии с N=N. РПТ 25 в установившемся режиме. В зависимости от технологических требований РПТ 25 поддерживает либо постоянное давление пара перед паровой турбиной p'=p', где p' - заданное значение давления, либо постоянное положение H=Н РКПТ 17 (фиг.1), где H - постоянное положение РК ПТ 17 при работе установки в режиме скользящего давления. Возможен также, так называемый, смешанный режим, когда при высокой нагрузке поддерживается p'=p', а ниже определенного уровня нагрузки - Н=Н. Схема РПТ 25, изображенная на фиг.2, относится к смешанному режиму. В этом случае на РПТ 25 через МАКС 29 поступает один из двух сигналов: (p'-p') или (H'-H). РПТ 25 преобразовывает этот сигнал по ПИ-закону (с помощью преобразователя ПИ 36) и воздействует на РК ПТ 17 (фиг.1). Следует отметить, что по технико-экономическим соображениям предпочтительна работа ПТ 16 ПТУ в режиме скользящего давления во всем регулировочном диапазоне. В этом случае из схемы на фиг.2 исключается сумматор 31 небаланса (p'-p') и МАКС 29.
ЗД,Σ
Для повышения маневренности ПТУ на РПТ 25 от ФЗМ 21 дополнительно подается через дифференциатор Д 27 форсирующий сигнал по N.
ГТ,ЗД
Графики фиг.3 и 4 получены в результате моделирования САРМ ПГУ конкретного энергетического объекта с использованием аппроксимации ее динамических характеристик в соответствии со структурной схемой на фиг.2. Максимально допустимая скорость N принята равной
.
Т
ЗД,Σ
НОМ
НОМ
ЗД,Σ
На модели сняты переходные процессы при работе ПТ 16 в режиме скользящего давления (в статике Н=const) при скачкообразных возмущениях N на 2 МВт (5.1% от номинальной мощности установки N=39 МВт) и на 5 Мвт (12.8% от N) в случаях (фиг.3, 4) отсутствия (1) и наличия (2) форсирующего сигнала по N подаваемого через дифференциатор Д 27 на РПТ 25 (фиг.2).
ЗД,Σ
Σ
ГТ
ПТ
Как видно из графиков, переходные процессы отклонений ΔN и ΔN, ΔN и ΔN, полученные на модели, при отсутствии форсирующего сигнала на РПТ 25 не удовлетворяют требованиям соответствующего действующего Стандарта, а при наличии такого сигнала - удовлетворяют.
Источники информации:
1. Activating the steam side increases base load capacity / H.Bescherer, P.Gottfried, O.Zaviska // Modern Power Systems. January 2002, p.33, 34.