Автоматическое регулирование мощности энергоблока

С реактором типа ВВЭР-1000

 

Регулирование мощности блока, а также температуры в первом и давления во втором контурах осуществляется воздействием на два регулирующих параметра – расход пара на турбину (положение регулирующих клапанов турбины) и регулирующие органы реактора. Последнее воздействие может осуществляться различными способами: перемещением одного, группы или всех регулирующих кассет (стержней, кластеров); изменением концентрации бора в теплоносителе первого контура. При этом с точки зрения воздействия на полную мощность реактора все эти способы (при одинаковой внесенной реактивности) эквивалентны. Однако они существенно различны, по своему действию на форму поля энерговыделения в реакторе. Кроме того, изменение концентрации бора из-за «грубости» способа и малой скорости выведения обычно применяется для компенсации медленных изменений реактивности в процессе кампании реактора. Текущее регулирование мощности реакторов типа ВВЭР осуществляется за счет перемещения регулирующих органов, причем собственно регуляторы мощности, как правило, управляют только полной мощностью реактора. Автоматическое управление формой поля за счет избирательного управления перемещением отдельных стержней (или групп стержней) обычно осуществляется с помощью УВМ.

Для реализации выбранной программы может регулироваться давление во втором контуре или средняя температура первого контура. Хотя принципиально возможно использование других параметров (например, выходной температуры теплоносителя), такие схемы не получили распространения.

Рисунок 9.8. - Схемы регулирования блоков с реакторами ВВЭР, предназначенные для работы в регулирующем режиме.

а - программа p2=const; б - программа tcp=const.

На рис. 9.8 показаны схемы регулирования мощности блоков, предназначенные для работы в регулирующем режиме. На рис. 9.8 а) показана схема, в которой в качестве регулируемого параметра используется давление пара второго контура, а на рис. 9.8 б) — температура теплоносителя первого контура.

В обеих схемах для управления мощностью реактора применен каскадный регулятор 2, получающий импульс от ионизационной камеры 1 и воздействующий на приводы регулирующих стержней 3. Задатчик 4 регулятора 2 управляется регуляторами средней температуры теплоносителя первого контура 8 или давления пара второго контура 5. Для приведения в соответствие электрической мощности, вырабатываемой блоком, и мощности, требуемой энергосистемой, используется регулятор скорости турбины 12, перемещающий регулирующие клапаны турбины 13 при отклонении частоты от номинального значения. Работа схем протекает следующим образом. При изменении, например увеличении, частоты в энергосистеме клапаны турбины прикрываются, что вызывает подъем давления второго контура. В схеме рис. 9.8 а) изменение давления воспринимается манометром 6 и регулятором давления 5, изменяющим задание регулятору нейтронного потока 2. Последний перемещает регулирующие органы реактора так, чтобы его мощность снизилась. При этом выходная, а, следовательно, и средняя температура теплоносителя первого контура снижаются, перепад температур между первым и вторым контуром уменьшается, что вызывает уменьшение генерации пара, и давление возвращается к прежнему уровню при новом положении регулирующих клапанов.

В некоторых схемах регулирования для улучшения динамики переходных процессов на регулятор 2 заводится импульс по расходу пара на турбину от расходомера 14, что позволяет при изменении мощности турбины сразу устанавливать величину нейтронного потока реактора, приблизительно равную требуемой. Точное приведение в соответствие мощности реактора и турбины осуществляется за счет наличия интегральной составляющей в законе регулирования регулятора давления.

В схеме рис. 9.8 б) повышение давления пара второго контура приводит к увеличению средней температуры теплоносителя первого контура, что воспринимается термометрами 9 и регулятором 8. Регулятор 8 уменьшает мощность реактора, снижая температуру теплоносителя на выходе из реактора и возвращая таким образом среднюю температуру первого контура к прежнему значению. Уменьшение температурного перепада между первым и вторым контурами обеспечивается в установившемся состоянии за счет того, что увеличивается давление второго контура.

Описанные схемы обеспечивают статическое регулирование частоты сети.

Изменение заданной температуры (или давления) производится перемещением задатчиков 7, 10. Изменение мощности, которая вырабатывается блоком при номинальной частоте сети, производится перемещением синхронизатора турбины 11.

 

Рисунок 9.9. - Схемы регулирования блоков с реакторами ВВЭР, предназначенные для работы в базисном режиме.

а - программа p2=const; б - программа tcp=const.

На рис. 9.9 показаны схемы регулирования, предназначенные для работы по тем же программам, но в базисном режиме, в котором мощность блока (в статике) постоянна и не зависит от отклонений частоты сети. На рис. 9.9 а) показана схема, реализующая программу p2=const, а на рис. 9.9 б) — схема, реализующая программу tcp=const. Отличие их от соответствующих схем рис. 9.8 заключается в том, что регулятор давления или температуры 8 действует не на мощность реактора, а на расход пара на турбину путем перемещения синхронизатора. При использовании такой схемы возмущения по частоте сети также приводят к перемещению клапанов турбины 13 за счет работы регулятора скорости 12, что вызывает изменение давления второго контура. В схеме рис. 9.9 а) отклонение давления воспринимается регулятором давления 5, который, воздействуя на синхронизатор 11, перемещает клапаны в прежнее положение, что приводит к стабилизации давления на прежнем уровне. В схеме рис. 9.9 б) изменение давления второго контура приводит к изменению средней температуры первого контура, что вызывает реакцию регулятора 8. При этом мощность реактора остается неизменной. Электрическая мощность генератора в первый момент после нанесения возмущения несколько изменяется (за счет аккумулирующей способности блока), а затем возвращается к прежнему уровню. Изменение заданной мощности блока производится воздействием на задатчик 4, а заданного давления (или заданной температуры) – на задатчики 7 или 10.

9.6 Регулятор уровня в парогенераторе

В состав системы регуляторов входят:

- основной регулятор, воздействующий на основной регулирующий клапан;

- пуско-остановочный регулятор, воздействующий на регулирующий клапан, установленный на байпасной линии подачи питательной воды в парогенератор.

Пуско-остановочный регулятор применяется при работе блока на малых мощностях (расходах питательной воды до 42 кг/с), а также при расхолаживании. Для этих целей в алгоритме авторегулятора используется две уставки по уровню: 2,4 м – для нормальной работы и 3,55 м – при расхолаживании. Причём, при включении режима расхолаживания, изменение величины уставки с текущего значения уровня до 3,55 м происходит плавно, со скоростью 0,4 м/час. В регуляторе используется две обратные связи: по уровню и по производной положения регулирующего клапана. При этом в связи с тем, что площадь "зеркала" уменьшается с увеличением уровня (ПГ – это цилиндр, лежащий на боку), в режиме расхолаживания коэффициент усиления обратной связи по положению является функцией текущего значения уровня (увеличивается с ростом уровня).

Кроме того, в регуляторе применён контур ограничения максимально допустимого расхода питательной воды, действие которого также применяется и в основном регуляторе. Принцип действия этого контура состоит в следующем. Контур состоит из двух ветвей ограничения расхода основных и вспомогательных питательных насосов. Для каждой группы насосов определяется максимальное текущее значение индивидуального расхода, из полученного результата вычитается уставка - максимально допустимое значение. Полученное рассогласование (для каждой ветки) направляется на интегратор, нижняя граница которого не может быть меньше нуля, и выделитель максимума (второе число – 0, функция не пропускает отрицательные значения). Результат интегрирования и выделения максимума складывается. Фактически, такая комбинация представляет собой пропорционально-интегральную функцию, на выходе которой не может быть отрицательных значений. Сумма результатов двух веток и является ограничивающим воздействием, которое вычитается из рассогласований основного и пуско- остановочного регуляторов. При расходах меньше максимально-допустимого ограничивающее воздействие равно 0, при превышении расхода каким-либо насосом воздействие увеличивается, заставляя уменьшаться рассогласование регуляторов, тем самым, прикрывая клапаны и ограничивая расход.

По мере набора мощности блоком, когда расход питательной воды через парогенератор начинает превышать 42 кг/с, происходит автоматическое переключение регуляторов: основной авторегулятор подключается к основному регулирующему клапану, а пуско-остановочный сначала начинает плавно закрывать свой клапан (со скоростью 3 %/мин) а, когда тот полностью закроется, отключается от клапана. Переключение в обратную сторону происходит по такому же принципу при снижении расхода меньше 33 кг/с, скорость прикрытия основного клапана составляет 1,7 %/мин. В случае, когда блок разогревался на двух или трёх ГЦНА, с последующим включением оставшихся в процессе нагружения, переключение с пуско- остановочного на основной авторегулятор может произойти и при меньших (чем 42 кг/с) расходах питательной воды. В данном случае критерием на переключение является факт включения ГЦНА при условии, что суммарный расход питательной воды превысил 139 кг/с.

Алгоритм регулирования основным клапаном использует пропорционально-интегральный закон управления, имеет фиксированную уставку по уровню – 2,4 м. В качестве обратной связи используется сигнал уровня и производная материального баланса, т.е. разности расходов питательной воды и острого пара. Для избежания реакции регулирующего клапана на "шум" показаний расхода пара, применён нелинейный фильтр. Задачей такого фильтра является подавление колебаний с периодом менее 90с и амплитудой меньше 5.

Точность поддержания уровня в парогенераторе в статическом режиме определяется зоной нечувствительности регуляторов. Для пуско-остановочного и основного она составляет 5 мм. В динамических режимах точность регулирования зависит от степени настроенности алгоритмов (установленных коэффициентов усиления и постоянных времени) и должна быть не хуже, чем ±50 мм для самых сильных возмущений системы.