Система автоматического регулирования котлоагрегатов

УДК 621.311.22 В.Н. Ветошкин, В.А. Гармашов

Л.И. Жуйко, Д.В. Щепанский

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ КОТЛОАГРЕГАТОВ

В статье приведена функциональная схема с описанием работы системы автоматического регулирования прямоточных котлоагрегатов, реализующих функцию первичного регулирования частоты тока и мощности энергоблока. Рассматриваются вопросы построения функциональных блоков.

Ключевые слова: котлоагрегат, система автоматического регулирования, регулятор, первичное регулирование частоты и мощности.

V.N. Vetoshkin, V.A. Garmashov, L.I. Zhuyko, D.V. Shchepanskiy

THE AUTOMAT ICCONTROL SYSTEM OF BOILER UNITS

The function scheme with the description of the automatic controlsystem work of direct-flow boiler units realizing the primary regulation function of the current frequency and energy-unit power is given in the article. The issues of the functional block designing are considered.

Key words: boiler unit, system of automatic control, regulator, primary regulation of frequency and power.

Введение. Обеспечение энергопотребителей, в том числе объектов агропромышленного комплекса, электроэнергией высокого качества, соответствующего европейским стандартам, является одной из важнейших задач, стоящих перед российской энергетикой.

Утвержденные электроэнергетическим советом СНГ (протокол №32 от 12.11.2007 г.) «Правила и рекомендации по регулированию частоты и перетоков» устанавливают жесткие нормы и высокие требования к качеству регулирования частоты и перетоков активной мощности энергосистемами, которые соответствуют действующим международным стандартам ENSO-E (Europen Network of Transmission System for Electricity -европейская сеть системных операторов передачи электроэнергии^, в частности, нормальный уровень частоты 50,00 ± 0,05 Гц; допустимый уровень частоты 50,00 ± 0,2 Гц; время восстановления нормального уровня частоты не более 15 мин. Обеспечение таких показателей требует обязательного участия электрических станций в первичном регулировании частоты тока в сети, что является одним из основных условий их подключения к ЕЭС России. Указанные выше условия потребовали внедрение на тепловых электрических станциях новых систем автоматического регулирования (САР) котлоагрегатов с использованием современных средств автоматики и вычислительной техники.

Цель исследований. Разработка современной эффективной системы регулирования технологическими процессами в прямоточных котлоагрегатах.

Объекты и методы исследований. В настоящей работе рассматривается система САР котлоагрегатов с прямоточными котлами ПК-38, разработанная при участии авторов и внедренная в промышленную эксплуатацию на пяти энергоблоках Красноярской ГРЭС-2.

Принципы управления котлоагрегатами хорошо известны и в достаточной мере освещены в литературе [1]. Теория и практика регулирования энергоблоков показывает, что система автоматического регулирования такими объектами должна строиться как многоконтурная с несколькими регулирующими воздействиями [2], для анализа которой возможно применение известных методов теории автоматического управления [3].

Результаты исследований и их обсуждение. Разработанная система САР котлоагрегатов обеспечивает их нормальную работу в постоянном и переменном регулируемом диапазоне нагрузок, а также участие энергоблока в первичном регулировании частоты электрического тока, за счет изменения мощности котлоагрегатов при уменьшении или увеличении частоты тока в ЕЭС России за пределы заданных установок стабильности.

САР представляет собой распределенную многопроцессорную систему с выраженными отдельными взаимосвязанными контурами управления узлами энергоблока. Выделяются следующие контуры автоматического регулирования: питания котла; тепловой нагрузки и процесса горения; температуры перегретого пара; подачи топлива; первичного регулирования частоты тока в сети ЕЭС России.

ВестникКрасГАУ 2014. №9

Функциональная схема САР приведена на рисунке. Каждый энергоблок имеет в своем составе два котла ПК38, работающих на одну турбину (дубль-блок) и соответственно два комплекта регуляторов. Первый котел и относящиеся к нему блоки имеют обозначение «А», второй - «Б». Главный регулятор (ГР) один на два котла.

ГР предназначен для поддержания требуемого значения давления острого пара перед турбиной путем формирования корректирующего сигнала, подаваемого в схемы РПК и РТН котлов «А» и «Б» при внешних и внутренних возмущениях котлов и переходных процессах при изменении мощности турбины, возникающих по причине изменения частоты переменного тока в сети. На вход ГР поступают сигналы расхода пара каждого котла Опара , давления пара Рпара, частоты тока в сети Рсе™ и мощности генератора 1^ген.

Главный регулятор Частотный корректор

САР котла А

I пара до N2, t пара осн.

Механическое управление турбиной

Расход воды

Групповое регулирование ПСУ

Отк. шибера

РПВ «А» I хи псу

А Б В Г

г

"Г Т Т ^Г

Дс А Дс Б Дв А Дв Б

расход воды

САР котла Б

1 пара до N 2

РОВ «Б»

Групповое регулирование ПСУ

ги псу! РПВ «А»

А Б В Г

/ Г ч

Отк. шибера

т т т ^

Функциональна схема САР котлоагрегатов. Основные узлы: ПСУ - питатель сырого угля; РПК - регулятор питания котла; РТН - регулятор тепловой нагрузки; РОВ - регулятор общего воздуха; РР - регулятор разряжения; РПВ - регулятор первичного воздуха

ГР построен на двух регуляторах: регуляторе мощности и частотном корректоре. Регулятор мощности обеспечивает поддержание давления свежего пара перед турбиной, равного 130 ат. Частотный корректор работает в стерегущем режиме и включается в работу при отклонениях частоты сети, превышающих ±0,05 Гц от значения 50 Гц. При этом изменение давления острого пара перед турбиной компенсируется воздействием на другие регуляторы САР котлоагрегатов, обеспечивая изменение активной мощности на 10 % номинальной (±16 МВт) и восстановление давления острого пара перед турбиной в течение 6 мин (при аварийных режимах совокупность систем автоматики котлоагрегатов позволяет поддерживать диапазон первичного регулирования величиной до 20 % номинальной мощности). Первые 5-6 % изменения мощности производятся в течение 20 с от момента получения сигнала изменения частоты. Таким образом, ГР, воздействуя на турбину и регуляторы (РПК, РТН, РОВ), производит компенсацию изменения частоты сети.

РТН получает данные о температуре парового тракта, загрузке топлива и расходе воды и выдаёт корректирующее воздействие в схему ПСУ. Основным параметром регулирования является температура перегретого пара Гпара.осн., определяющая соответствие тепловыделения в топке заданной нагрузке котла. Данный параметр характеризуется инерционностью и большим запаздыванием. Поэтому для повышения качества регулирования используется дополнительный сигнал по скорости изменения температуры в промежуточной части парового тракта, что позволяет ускорить воздействие регулятора при возмущениях, вызванных изменением расхода и температуры питательной воды. Регулятор впрыска №2, входящий в состав РТН, обеспечивает окончательную доводку температуры перегретого пара на выходе из котла до требуемого уровня 545°С.

Каждый котел имеет в своем составе четыре мельницы (А, Б, В, Г), для каждой мельницы имеется свой регулятор первичного воздуха РПВ, аппаратно размещенный в одном контроллере. Подачей первичного воздуха на мельницы регулируется тонкость помола угольной пыли.

РПВ представляет собой одноконтурную систему регулирования с жесткой обратной связью по положению шибера подачи первичного воздуха и поддерживает соотношение воздуха и угольной пыли с заданной неравномерностью в диапазоне температуры Гасмес. пылегазовой смеси 60-70°С, а также тонину помола. В РПВ реализован пропорционально-интегральный закон регулирования.

Каждый РПВ получает данные о положении шибера, температуре аэросмеси, мощности мельницы ^мел, управляющем напряжении ПСУ (Цсу). Сумма напряжений ПСУ котлоагрегата передается в РТН.

Регулятор питания котла РПК обеспечивает управление клапаном КлРПК и предназначен для поддержания заданного расхода питательной воды, подаваемой в котел. На вход РПК поступают сигналы о расходе и давлении воды, поступающей в котел, а также сигнал с ГР, назначение которого поддержание заданного номинального давления пара перед турбиной при переходных процессах в энергосистеме.

Регулятор общего воздуха РОВ и регулятор разряжения в топке РР размещены в одном контроллере и воздействуют на двигатели дымососов Дс и двигатели, нагнетающие воздух Дв, и регулируют баланс соотношения «топливо - воздух», Wpp и W№ - мощность двигателей соответственно дымососов и воздуходувов.

В качестве элементной базы используются устройства автоматики серии ADAM-5000 фирмы "Advan-tech', выбор которых обусловлен высоким соотношением качества и цены. Все регуляторы САР реализованы на компактных IBM PC совместимых программируемых логических контроллерах ADAM-5510, выполненных на базе микропроцессора 80188 и работающих под управлением операционной системы ROM DOS. Прикладные программы для ADAM5510 написаны на языке высокого уровня Си. Программное обеспечение регуляторов разработано в программных пакетах ULTRALOGIK и GENI DAQ.

Для ввода-вывода дискретных сигналов используются универсальные модули дискретного ввода-вывода ADAM5050, для ввода и вывода аналоговых сигналов - соответственно быстродействующие модули аналогового ввода ADAM 5017H и модули вывода аналоговых сигналов ADAM5024. Для гальванической развязки по дискретным сигналам используются релейные интерфейсы фирмы FINDER, для гальванической развязки и нормализации аналоговых сигналов - преобразователи RS1706-1FD00 фирмы SIMENS. Аналоговые сигналы с датчиков основных контролируемых технологических параметров (давление острого пара, расход пара, температура пара в разных точках парового тракта, температура питающей воды, температура аэросмеси) поступают на контроллеры ADAM-5510 через универсальные измерители-регуляторы типа ИРТ5920, которые обеспечивают согласование с датчиками и вычисление значений контролируемых параметров по значениям сигналов.

Для передачи данных в информационную «СКАДА-систему» организована локальная сеть типа PLC net. Физически сеть организована по двухпроводному интерфейсу RS485. Контроллеры регуляторов соединены в многоточечную сеть «витой парой» и через преобразователь интерфейсов ADAM4520 по ин-

ВестникКрасГАУ. 2014. №9

терфейсу RS232 подключены к панельному компьютеру с сенсорным экраном. Организация «человека-машинного» интерфейса осуществлена через пакет GENI DAQ. На способ автоматического регулирования технологическими процессами в прямоточных котлоагрегатах, реализованный в САР, получен патент (RU 2278321 C1, 01.12.2004).

По результатам контрольных испытаний энергоблока, оснащенного разработанной САР котлоагрегатов, уполномоченным представителем ЕЭС России - ОАО «Инженерный центр ЕЭС» «Фирма ОГРЭС» - выдано заключение о готовности энергоблока к участию в общем первичном регулировании частоты и высоком качестве регулирования. Время стабилизации мощности после внесения возмущения составляет 2-3 мин, что существенно меньше установленного отраслевым стандартом ЕЭС России допустимого значения 10 мин.

Заключение. Таким образом, система автоматического регулирования, построенная как распределённая многопроцессорная система с выраженными отдельными взаимосвязанными контурами управления отдельными узлами энергоблока, реализованная на базе средств автоматики ADAM-5000 фирмы "Advan-tech', позволяет обеспечить высокое качество регулирования технологическими процессами прямоточных котлоагрегатов.

Литература

1. Плетнёв Г.П. Автоматическое управление объектами тепловых электростанций. - М.: Энергоиздат, 1981. - 368 с.

2. Биленко В.А. Теория и практика многосвязного регулирования энергоблоков // Теплоэнергетика. -2010. - № 10. - С. 27-36.

3. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - СПб.: Профессия, 2003. - 752 с.