Математические модели технологических объектов, используемые в задачах управления

Общие положения. Математические модели ТЭС составляют для описания технологических процессов и формирования крите­риев управления на различных уровнях (локальных, блочных, обще­станционных). В наиболее общем виде их записывают в форме отображений

Sтэс : Xтэс→ Yтэс              (3.1)

Применительно к каждому энергоблоку существует конечное мно­жество входных воздействий х = {x_i,} € X — изменения расходов воды, топлива и воздуха и т.д. К множеству выходных воздействий (сигналов) у = {у_i} € Y относят изменения электрической мощности, паропроизво- дительности котлов и параметры, характеризующие состояние энерго­носителей на выходе блока (давление, температура, энтальпия и др.).

Для отдельных моделей подходящим уровнем математической аб­стракции служат уравнения материального и энергетического балансов, по которым рассчитывают ТЭП энергоблоков и станции в целом, а также дифференциальные уравнения (передаточные функции, ком­плексные частотные характеристики и др.), описывающие переходные процессы в котлах и турбинах. На основе этих уравнений определяется вид управляющих воздействий для достижения оптимальных значений ТЭП в установившемся и переходном режимах.

Перед составлением математических моделей ТЭС необходимо определить каналы передачи регулирующих, управляющих и возмущающих воздействий для каждого объекта управления. При этом технологический объект управления (ТОУ), рассматриваемый в виде самостоятельного звена сложной системы, определяют как совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим технологическим инструкциям или регламентам технологического процесса производства [19].

В качестве объекта управления, характеризующего технологиче­ский процесс на ТЭС в целом, обычно выбирают обобщенный энергоблок, характеризуемый лишь небольшим числом общих главных признаков. Технологический процесс, протекающий в таком энергоблоке, можно представить в виде двух последовательных процессов: в паровом котле и турбогенераторе. Для укрупненных моделей ТЭС дальнейшая детализация процессов нецелесообразна. Вместе с тем представление математической модели ТЭС в виде семейства независимых моделей двух вертикально соподчиненных подсистем — электростанции и энергоблока в соответствии с определением стратификации сложной системы будет неправомерным из-за несоблюдения условия независимости математических страт (2.16) и недостаточности усло­вия (2.21). В самом деле, внешние возмущения со стороны ЭС, поступающие на ТЭС по двум каналам входных воздействий — частоте и мощности, оказывают влияние через общие шины ТЭС на основные выходные величины ТЭС и энергоблока одновременно. Это позволяет представлять модель ТЭС в виде семейства одноуровневых моделей агрегированного (обобщенного) блока с единым технологическим процессом, состоящим из двух последовательных процессов в котле и турбине.

При математическом описании технологических процессов ТЭС используют модели статики, описывающие установившиеся состояния, и модели динамики, описывающие переходные режимы. Как те, так и другие могут быть построены аналитическим и эксперименталь­ным методами [6, 10, 11, 13, 18]. Например, модели динамики энергоблока N = 80 МВт по важнейшим каналам воздействий, определенные экспериментально, приведены в [3].

Модели статики. Математические модели статики объектов ТЭС могут быть представлены несколькими видами. Первый вид моделей определяет связь между каким-либо входом x_i и соответствующим ему выходом y_i в установившемся режиме работы энергоблока. Модели в этом случае составляют в форме алгебраических уравнений, таблиц или графических зависимостей:

y_i=f(x_i)                                   .   (3.2)

Зависимость (3.2) для линеаризованных систем имеет вид

      y_i=k_ix_i                                                       (3.3)

Для нелинейных систем, к каким относятся все промышленные объекты при изменении входных сигналов в широком диапазоне значений, составляют дополнительное семейство моделей статики, которые определяют связь между значениями k_i и нагрузкой объекта, изменяющейся от минимального до номинального значений:

 

      k_i=f(λ_i)                                (3.4)

где λ_i = N_ф/N₀; N_Ф, N₀ — фактическая и номинальная нагрузки.

 

 

 

Рис.3.1 Статическая характеристика по температуре k_i=f(λ_i)

барабанного котла

 

В качестве примера на рис. 3.2 приведена экспериментальная за­висимость (3.4) для блочного котла Е-500-13,8-560 ТГМН-204 произ­водительностью 500 т/ч по каналу воздействия топливо — температура за потолочным экраном.

Существует еще один вид моделей статики промышленных объектов, используемый в задачах управления. Он определяет связь между заданным значением регулируемой величины и нагрузкой объекта, оцениваемой непо­средственно или по какому-либо косвенному параметру:

 

y_зi=f(x_i)                                                        (3.5)

Примером модели (3.5) служит график подъема технологических параметров энергоблока, в частности давления пара перед турбиной, в зависимости от набора электрической мощности в скользящем режиме работы оборудования (рис. 3.3, а).

Аналитические формы записи нелинейных моделей чаще всего не­известны. Поэтому их задают в виде графиков или таблиц, построенных по результатам опытного или расчетного определения значений k_i в принятом диапазоне изменения нагрузок. Вид аппроксимирующей функции нелинейных моделей статики зависит от типа решаемых задач, в которых они используются.

Чаще всего применяют кусочно-линейные или кусочно-квадратичные приближения. Например, в задачах определения оптимальных настроек регуляторов в широком диапазоне изменения нагрузок по известным динамическим характеристикам объектов дополнительно используют математические модели статики в виде таблиц или монотонно вогнутых или выпуклых кривых, аппроксимируемых ступенчатыми функциями. Аппроксимирующая функция в данном случае — дискретная последовательность средних значений k_i взятых на отрезках λ_i-1, λ_i.

 

 

 Рис 3.2 Статическое характеристики энергоблока:

а – с барабанным котлом по мощности и давлению пара; б – с барабаныым котлом по расходу топлива и воздуха; в – с прямоточным котлом по расходу воздуха и топлива;1- нормальный режим (все клапаны открыты); 2 скользящий режим (открыты клапаны 1, 2) 3 – скользящий режим (открыты клапаны 3,4)

 

Задача расчета настроек в этом случае разбивается на n подзадач с k_i=const на каждом из интервалов.

Когда у — функция не одного, а двух (x_i и x_j) или нескольких вход­ных сигналов, дополнительно составляют модели статики, устанавли­вающие связь между ними:

x_i=f(x_j)                                             (3.6)

Примером такой модели может служить зависимость, заданная в виде графика, между расходом воздуха G_B и топлива В_T (мазута) для котла ТГМП-204.

В общем случае при наличии одного выхода и n независимых входов (факторов) математические модели статики также составляют на основе описания связей между переменными у и х. Последние часто представляют в виде ограниченного ряда Тейлора. При этом неизвест­ную зависимость

           y = S(x)                            (3.7)

 

 

 

 

 

3.2  Методы оптимизации технологических объектов управления

 

 

Задачи оптимизации технико-экономических показателей работы технологического объекта управления (ТОУ) решают в зависимости от режимов работы оборудования по электрической или экологической нагрузкам, топливу и др. В установившемся режиме на первый план выдвигаются за­дачи экономики (экономической эффективности), например минимизации энергетических потерь, которые имеют свойство интегрироваться по времени и изменяться по абсолютному значению в зависимости от нагрузки.

В переходных режимах первоочередными становятся задачи техно­логии (технической эффективности), например поддержания измене­ний технологических параметров или экологических показателей в пределах допустимых отклонений.

К статической оптимизации относят задачи определения экстре­мума функции цели в зависимости от значений переменных параметров системы у_i и управляющих воздействий u_iявляющихся функцией времени:

                                      v_i = g(y_i, u_i,)  v_i.                                           (3.31)

Наиболее распространенные задачи статической оптимизации при­менительно к системам управления объектами ТЭС сводят к нахождению экстремума того или иного ТЭГ1, используемого в качестве критерия управления, или к отысканию оптимума соотношения влияющих на него параметров системы, например минимизации удельных расходов топлива по энергоблокам, или отысканию оптимума численных значений технологических параметров, влияющих на сокращение энергетических потерь.

Первой особенностью задач статической оптимизации в такой по­становке служит нелинейный, чаще всего экстремальный, характер функции цели в зависимости от управляющих воздействий, техноло­гических параметров или нагрузки (см. рис. 3.3, в).

Примером задачи оптимизации, когда функцию цели v_i, максими­зируют, служит задача управления процессом горения по КПД, когда v_i минимизируют — управление тем же процессом по сумме тепловых потерь.

Вторая особенность состоит в необходимости учета различных ограничений, возникающих в процессе решения задачи. Например, регулирующие воздействия ограничивают по условиям материальных или энергетических ресурсов местных систем. Отклонения выходных координат от расчетных значений (температуры пара по тракту, перепада давления на последних ступенях турбин и др.) лимитируют по соображениям термической и механической прочности металлов и опасности повреждения или разрушения энергооборудования.

 

 

какой характер имеют переходные процессы по температуре при изме­нении нагрузки, в особенности при ее быстрых сбросах и набросах. Временные отклонения температур не должны выходить за границы допустимых значений. Этого можно достигнуть лишь с помощью ма­лоинерционного впрыскивающего пароохладителя.

Следовательно, задачу оптимизации по температуре пара по тракту котла в целом необходимо решать с учетом динамических характери­стик пароохладителя и показателей качества переходного процесса.

Переход с одного уровня нагрузки энергоблока на другой по условиям экономичности его работы, определяемой в результате решения задачи статической оптимизации, связан с перемещениями большин­ства регулирующих органов, в том числе по топливу и воздуху. При этом желательно, чтобы рассогласование между расходами топлива и воздуха в каждый момент времени было минимальным. В противном случае возникают ощутимые потери теплоты с химическим или меха­ническим недожогом топлива в топке. Последнюю задачу можно ре­шить методом динамической оптимизации, улучшая качество переходного процесса по ошибке регулирования, например по дисперсии, или же минимизируя его интегральные показатели [1, 16, 18].

Приведенные примеры показывают, что задачи статической и дина­мической оптимизации — сложные (многофакторные) и многоцеле­вые. Их необходимо решать совместно с учетом всего многообразия факторов и ограничений, влияющих на достижение оптимума функ­ции цели.

Однако следует учитывать, что в настоящее время отсутствуют простые математические методы для точного решения такого рода задач в полном виде. Наряду с этим необходимо иметь в виду, что ТЭП теплоэнергетических объектов, используемые в качестве функций цели при решении задач статической оптимизации, вычисляют по усредняемым во времени технологическим параметрам. В результате они изменяются значительно медленнее по сравнению с отдельными регулируемыми величинами.

Следовательно, трудности математического характера, с одной стороны, и специфические особенности ТЭП объектов ТЭС — с другой, приводят к необходимости решения задач статической и динамической оптимизации как автономных с использованием различных математических методов.

 

 3.3 Логические элементы систем управления и защит

 

Составные управляющие и исполнительные элементы тепловых за­щит имеют только два состояния «включено — выключено», «откры­то — закрыто», «замкнуто — разомкнуто» и т.д. Устройство защиты в целом, характеризующееся бинарным состоянием, реализует дво­ичную функцию некоторого числа двоичных аргументов. Математиче­ские операции с двоичными аргументами исследуют с помощью ап­парата алгебры логики или булевой алгебры, названной по имени английского математика Д. Буля. Приведем некоторые понятия и математические операции булевой алгебры, непосредственно связанные с работой тепловых защит энергоблоков и ТЭС.

Алгебра логики оперирует с высказываниями (сообщениями), яв­ляющимися истинными или ложными, простыми или сложными. Простыми называют отдельно взятые сообщения, принимающие значение только «истинно» или только «ложно», например 0 < 1 (истинное) или 0 > 1 (ложное). Сообщения, являющиеся результатом двух и более простых сообщений, относятся к сложным. Простые сообщения, как правило, служат аргументами, сложные — логическими функциями этих аргументов.

Элемент, реализующий определенную логическую зависимость ме­жду входным и выходным сигналами, называют логическим.

Рассмотрим типовые операции, логические функции и логические элементы, наиболее употребительные в автоматических системах теп­ловых защит.

Инверсия. Ложное сообщение противоположно по смыслу истинному, т.е. служит его отрицанием. Обозначив истинную форму через 1, а ложную через 0, можно записать логическую операцию отрицания (инверсии) НЕ:

 

 

Реализация этой операции с помощью логического элемента НЕ будет оз­начать: при наличии сигнала на входе сигнал на выходе отсутствует или сигнал на выходе появится только при исчезновении сигнала на входе. Релейный эквивалент операции НЕ изображен на рис 4.1.

Логическое усиление. Реализация этой операции с помощью логического эле­мента будет означать: сигнал на выходе появится вместе с сигналом на входе:

                     у = х («один из одного»).

 

Релейный эквивалент показан на рис. 4.2.

В зависимости от сочетания двоичных аргументов образуют различные слож­ные логические функции.

Конъюнкция (функция И). Сложное сообщение истинно только тогда, когда ис­тинны все отдельные сообщения, его составляющие. Сигнал на выходе элемента, реа­лизующего функцию И, появится только тогда, когда есть сигнал на всех его входах.

Конъюнкция (функция И). Сложное сообщение истинно только тогда, когда ис­тинны все отдельные сообщения, его составляющие. Сигнал на выходе элемента, реа­лизующего функцию И, появится только тогда, когда есть сигнал на всех его входах.

Например, для случая аргументов х₁ и х₂, если истинное сообщение обо­значить через 1, ложное через 0, сложную логическую функцию И можно записать следующим образом:

 

 

По аналогии с алгеброй конъюнкцию называют логическим умножением и функцию читают: х₁ И х₂. Релейный эквивалент функции И для двух сигналов на входе показан на рис. 4.3.

 

                Рис.4.1 Релейный эквивалент Рис.4.2 Релейный эквивалент 4.3 Релейный эквивалент функции И

                операции НЕ                              логического усиления             для двух сигналов

 

 

Дизъюнкция (функция ИЛИ). Сложное сообщение истинно, когда истинно хотя бы одно из сообщений, его составляющих. Сигнал на выходе логического элемента, реализующего функцию ИЛИ, появится только тогда, когда есть сигнал хотя бы на одном из его входов.

В случае двух аргументов эту функцию можно записать следующим образом:

 

 

Дизъюнкция называется логическим сложением и читается: х₁ ИЛИ х₂. Релей­ный эквивалент функции ИЛИ для двух аргументов показан на рис. 4.4.

Существуют и другие более сложные логические функции, но все они могут быть реализованы с помощью унифицированных логиче­ских элементов И, ИЛИ и НЕ. Так, функция НИ—НИ может быть реа­лизована последовательным соединением логических элементов ИЛИ и НЕ. Сигнал на выходе логического элемента, реализующего эту функцию, отсутствует при наличии сигнала хотя бы на одном из его входов.

Запись этой функции в случае двух аргументов имеет вид:

 

 

 

Релейный эквивалент функции НИ—НИ для двух сигналов на входе представлен на рис. 4.5, а; то же для элемента «два из трех» — рис. 4.5, б.

Рис.4.4 Релейный эквивалент  Рис.4.4 Релейный эквивалент функции НИ-НИ(а) и

функции ИЛИ                               «два из трех»

 

На основе рассмотренных логических функций строят логические схемы действия промышленных систем автоматических защит, в том числе и ТЗ, воздействующих на ТОУ ТЭС. При этом необходимую по­следовательность операций по отключению (включению) объектов управления ТЗ достигают использованием простых логических функ­ций или их сочетаний.

Сопряжение логических элементов ТЗ с ТОУ осуществляют по­средством промежуточных реле (РП), играющих роль усилителей мощности. Обычно у (выходной сигнал РП) заводят в цепь управления силового коммутационного устройства электропривода агрегата соб­ственных нужд или исполнительного механизма АСУ ТП.

 

Лекция 4

 

Автоматические системы защиты теплового оборудования

4.1 Назначение автоматических защит

 

Наряду с сигнализацией параметров, чрезмерное отклонение ко­торых от установленного значения влечет нарушение технологическо­го процесса, в составе АСУ ТП ТЭС предусматривают автоматические системы защиты теплового оборудования от повреждений.

Автоматические системы защиты, обслуживающие тепловую часть электрической станции, называют тепловыми защитами (ТЗ). Устройства ТЗ должны быть в постоянной готовности, но срабатывать только в том случае, когда возможности автоматического или дистан­ционного управления по предотвращению отклонений параметров от установленных значений исчерпаны, а оператор не может вовремя на это реагировать.

Следовательно, ТЗ призваны воздействовать на объект управления лишь в исключительных случаях: в предаварийном (аварийном) положении или при резких и глубоких сбросах тепловой или электрической нагрузки.

По степени воздействия на защищаемые установки ТЗ разделяют на главные и локальные. К главным относят ТЗ, срабатывание ко­торых приводит к останову котла, турбины, энергоблока в целом или к глубокому снижению их нагрузки. Локальные защиты предотвращают развитие аварии без останова основных агрегатов и снижения нагрузки. Чаще всего ТЗ служат для предотвращения аварии оборудо­вания при отклонениях параметров за допустимые пределы. Воздей­ствие защит связано с открытием (закрытием) запорных органов, ос­тановом основного или вспомогательного оборудования или включе­нием его резерва.

Простейшим примером ТЗ служит предохранительный клапан с уравновешивающим грузом или гидрозатвор, устанавливаемые по правилам котлонадзора на всех сосудах, находящихся под избыточным давлением [15].

Большинство современных защитных устройств на ТЭС — автома­тические системы, состоящие из отдельных связанных между собой элементов: первичных измерительных преобразователей, снабженных электрическими контактами (датчиками), промежуточных реле, усилителей и коммутирующих устройств для исполнительных механиз­мов или электроприводов. Действие ТЗ часто увязывают с работой электроблокировочных устройств, позволяющих включать или от­ключать электрические приводы вспомогательных агрегатов только в определенной последовательности — «по цепочке». Например, аварийный останов дымососов когла приводит через устройства электроблокировки к останову дутьевых вентиляторов и топливопо­дающих устройств [12, 22].

 

4.2 Обеспечение надежности действия тепловых защит

 

Повреждения теплового оборудования вследствие аварий и связан­ные с ними простои приносят большие убытки. В то же время замена систем ТЗ действиями операторов в аварийных ситуациях невозможна. Поэтому системы ТЗ должны быть более надежны, чем информационные подсистемы и АСР.

Надежность ТЗ определяют как числом отказов в срабатывании, так и количеством ложных срабатываний [10, 25]. Под ложным срабатыванием понимают отказ какого-либо элемента системы ТЗ, например отказ типа короткого замыкания в электрической схеме, приводящий к срабатыванию системы в целом. Мерой надежности систем защит служит среднее время, ч, наработки на один отказ (ложное срабатывание):

 

Интенсивность потока отказов λ_тз при чередующихся пусках и ос­тановах энергоблоков определяют по результатам наблюдений за ра­ботой ТЗ на оборудовании, находящемся под нагрузкой:

Они же должны восстанавливаться в кратчайший срок (1 ч). Значения λ_ТЗ по отдельным элементам реальных систем ТЗ приведены в [25].

Отказ (несрабатывание) или ложное действие системы ТЗ опреде­ляется не только надежностью входящих в нее технических устройств (приборов, аппаратуры, соединительных линий и т.п.), но во многом зависит от вида логической функции, реализуемой системой в целом. На выбор вида логической функции оказывают влияние те последст­вия, к которым могут привести отказы ТЗ. Рассмотрим несколько при­меров.

Простейший случай — один из одного. При использовании одного датчика его отказ определяет отказ системы в целом, а каждое ложное действие контактно­го устройства сопровождается ложным действием защиты всего устройства. Поэтому системы ТЗ с одним датчиком предусматривают только для защит, в ко­торых используются специальные высоконадежные приборы.

Один датчик устанавливают в защитных устройствах локального назначения, направленных на предотвращение аварии, ложное срабатывание которых не влечет за собой останова оборудования или снижения его нагрузки, например: включение резервных механизмов в параллель с работающими и др.

Два датчика с одинаковыми уставками, контакты которых включают в параллель друг с другом в соответствии с логической функцией ИЛИ (один из двух); применяются в тех случаях, когда тепловое оборудование требует повышен­ной надежности действия защиты или отсутствия отказов в ее работе, а ложные срабатывания ТЗ либо маловероятны, либо не ведут к тяжелым последствиям, на­пример в защитных устройствах, воздействующих на открытие клапанов при по­вышении давления пара на выходе котла или других объектов, работающих под давлением.

Два датчика с одинаковыми уставками, контакты которых соединяют по схеме И (два из двух). Применяют в системах защит для уменьшения вероятности их ложного срабатывания, например в случаях, когда защита воздействует на снижение нагрузки или приводит к останову основного оборудования, а ее датчики не обладают достаточной надежностью.

 

Два датчика с разными уставками. Оба контактных устройства включают последовательно по схеме И. Применяют в двухступенчатых системах ТЗ. При этом контактное устройство первого прибора настраивают на срабатывание при достижении параметром первой аварийной уставки, при которой осуществляют локальные операции, а контактное устройство второго прибора настраивают на вторую аварийную уставку, превышающую первую. Тогда защита на останов бу­дет срабатывать только при замыкании обоих контактов, например: защиты от по­вышения уровня в регенеративных подогревателях высокого давления (ПВД) и защиты от погасания факела (первая ступень — потускнение и подхват факела газомазутными горелками, вторая — останов котла).

Три датчика с одинаковыми уставками, контакты которых соединяют после­довательно-параллельно и реализуют логическую функцию «два из трех» (см. рис. 4.5, б). Система в целом позволяет повысить надежность действия защит по сравнению с вариантами, реализующими функции И и ИЛИ, однако требует большего количества приборов, увеличивает объем профилактических и ремонтно-вос­становительных работ. Применяют в высокоответственных системах ТЗ, например, от осевого сдвига ротора турбины, от падения вакуума в конденсаторе турбины и др.

Сравнительная характеристика надежности рассмотренных логиче­ских систем при одинаковой исходной вероятности безотказной работы одного контактного устройства q = 0,9 приведена в таблице.

Надежность систем ТЗ должна быть определяющим фактором при их проектировании. Однако безотчетное стремление повысить надежность ТЗ с помощью синтеза сложных логических функций может привести к противоречивым результатам: с одной стороны, к достижению желаемых показателей, с другой — к удвоению или утроению количества используемых приборов, увеличению времени на их об­служивание и восстановление в случае отказа. Поэтому повышение надежности систем за счет усложнения и удорожания технических средств следует проводить в разумных пределах.

 

 

Для повышения надежности действия систем ТЗ за счет увеличения исходной  вероятности безотказной работы применяемых технических средств используют высоконадежные источники электрического питания. Таким источником на ТЭС служит аккумуляторная батарея с напряжение на выходе 220 В, которая продолжает снабжать цепи защиты электрической энергией при авариях, сопровождаемых полной потерей напряжения переменного тока в системе собственных нужд.

Кроме того, питающее напряжение подводят к панелям защит по двум %зависимым линиям, одна из которых служит резервной. Оповещение персонала о прекращении электрического питания каждой из групп тз осуществляют автоматически с помощью сигнальных устройств, привлекающих повышенное внимание (световые мерцающие табло, прерывистые гудки и т.п.).

Рациональный выбор проектируемых систем ТЗ должен проводиться с учетом особенностей технологических процессов и эксплуа­тации теплового оборудования. Для этого необходимо соблюдение следующих положений, обусловливаемых опытом эксплуатации и ПТЭ [15,22,25]:

возможность дистанционного перевода всех агрегатов, оказавшихся под воздействие защит в исходное положение (последнее должно восстанавливаться только после устранения причины, вызвавшей срабатывание ТЗ, во избежание воспроизведения аварийной ситуации);

приоритет действия защит, вызывающих большую степень разгрузки приод­новременном  срабатывании ТЗ, направленных на снижение нагрузки, односторон­нее воздействие защит на оборудование (только отключение или только включение? только открытие запорного органа или наоборот и т.п.) во избежание поступления противоречивых команд и сигналов;

сохранение действия автоматических систем защит до выполнения самой длительной операции (в целях исключения ошибочных действий в случае вмешательства персонала и при случайном исчезновении сигнала, вызвавшем срабаты­вание ТЗ).

однозначная фиксация первопричины срабатывания ТЗ с помощью систем графической индикации (записи) или воспроизведения на магнитной ленте (в целях последующего детального и объективного анализа возникновения аварии);

наличие автоматического или ручного устройства отключения для всех ТЗ, уставки срабатывания которых препятствуют нормальному пуску или останову (в целях исключения искусственного воспроизведения аварийных ситуаций во время пусков и остановов);

наличие переключателя вида топлива в системах ТЗ котлов, работающих на двух видах топлива (в целях изменений в структурных схемах защит при переводе с одного вида топлива на другой);

наличие светозвуковой сигнализации, оповещающей персонал о всех случаях срабатывания ТЗ и о причинах, вызвавших эти срабатывания (в целях своевременного предупреждения персонала о возникновении аварийных или предаварийных режимов).

Требуемую надежность систем ТЗ в целом достигают сочетанием высокой надежности как управляющих, так и исполнительных устройств, непосредственно устанавливаемых на ТОУ. Для этого логические устройства управления должны осуществлять преобразования сигналов первичной измерительной информации в соответствии с заданными значениями критериев (см. таблицу), а исполнительные устройства безотказно выполнять свои функции. Последнее означает, что при каждом срабатывании систем ТЗ задвижки, стопорные и обратные клапаны должны обеспечивать полное открытие или же абсолютно плотное перекрытие трубопроводов, а коммутационные силовые устройства — подвод электрического питания или же его прекращение в нужный момент по линиям электроснабжения.

 

4.3 Тепловые защиты основного энергоборудования

Автоматические защиты барабанных котлов. В барабанном котле предусмотрена защита от повышения давления, у пуска и повыше­ния уровня воды в барабане, от потускнения и погасания факела и от понижения (повышения) температуры перегрева пара.

Защита от повышения давления пара. Каждый котел на случай повышения давления пара сверх допустимого, как уже отмечалось, снабжен предохранительными клапанами, действующими по принципу регуляторов давления «до себя». Клапаны, устанавливаемые на выходном коллекторе, должны открываться раньше, чем на барабане (при меньшем по абсолютному значению давлении пара на 0,2...0,3 МПа), с тем, чтобы обеспечить охлаждение змеевиков пароперегревателя паром при наличии факела в топке.

На современных котлах и паровых коллекторах ТЭС в комплекте предохранительных клапанов используют специальные импульсные предохранительные устройства (ИПУ). Принципиальная схема действия предохранительного клапана с ИПУ приведена на рис. 4.1

 

 

 

Рис 4.6 Схематическое изображение ИПУ

 

 

При нормальном давлении пара импульсный клапан 1 закрыт под давлением груза 2; главный клапан 5 плотно закрыт, находясь под давлением пара. При повышении давления в коллекторе сверх допустимого сначала открывается импульсный клапан за счет того, что усилие, развиваемое паром, на запорную тарелку 8 превышает усилие, действующее на нее со стороны груза 2.

Кроме того, импульсный клапан может быть открыт под действием усилия электромагнита б, который, в свою очередь, действует по сигналу от контрольного контактного манометра. При открытии импульсного клапана давление пара над поршнем 4 возрастает до давления в коллекторе, поршень начнет смещаться вниз и открывать главный клапан 5. Это вызовет выпуск избыточного пара в атмосферу и восстановление давления пара в коллекторе до значения, при котором импульсный клапан 1 вновь закроется под действием груза 2 или электромагнита закрытия 3. Прекращение доступа пара со стороны импульсного клапана в надпоршневое пространство главного клапана 5 вызовет его «посадку» (закрытие) под действием давления в коллекторе. Смягчение удара клапана о седло при посадке происходит за счет паровой подушки в надпоршневом пространстве сервопривода 4 и специ­ального демпферного устройства 7, снабженного пружиной и заполняемого водой от постоянного источника.

Защита по уровню в барабане. Поскольку упуск уровня и перепитка барабана относятся к самым тяжелым авариям на ТЭС, каждый котел оснащают системой автоматической защиты, срабатывающей при наличии сигналов чрезмерного повышения или понижения уровня.

Понижение уровня на 160 мм ниже установленного предела H_I вы­зывает останов котла по цепочке: датчики с одинаковыми уставками, включенные по схеме И, — промежуточные реле — переключатели блокировки — отключающие устройства дутьевого вентилятора ДВ и системы топливоснабжения ТС (рис. 4.7).

Защита от понижения уровня выполняет одновременно функции защиты от разрыва экранных труб котла (опорожнение барабана приводит к нарушению питания экранных труб и их пережогу при наличии факела в топке).

Защита от превышения уровня выполняется двухступенчатой с двумя датчиками с разными уставками, контакты которых включают по схеме И. При достижении уровнем первого установленного значения ↑ H_I (до 150 мм) срабатывает локальная защита, воздействующая на открытие запорных задвижек на линии аварийного слива воды из барабана по цепочке: датчик — промежуточное реле — контактор «открыть» электроприводов задвижек аварийного слива.

По достижении уровнем второй предельной отметки ↑ H_II(до 200 мм) действие защитных устройств должно привести к останову котла в той же последовательности, что и при упуске уровня. В этом случае сигнал на останов котла от датчика-уровнемера H_II вызовет действие защиты лишь при наличии «подтверждающего» сигнала от первого датчика локальной защиты↑ H_I. Останов дутьевого вентилятора и отключение системы подачи топлива в топку по линиям бло­кировочных связей должны вызвать закрытие главной паровой за­движки (ГПЗ) для предотвращения доступа пара в котел из общей магистрали с одновременным открытием продувки пароперегревателя и закрытием запорного клапана на линии впрыска собственного конденсата для предотвращения доступа воды в пароохладитель.

Защита от потускнения и погасания факела. Тепловую защиту этого вида предусматривают в случае погасания факела в топке при неустойчивом горении. Подача топлива при этом должна быть прекра­щена, так как его скопление в топке может привести к образованию взрывоопасной смеси. Останов котла в системе защиты от погасания факела осуществляют в следующей последовательности:

датчики, установленные с двух сторон топки с контактами, включенными по схеме И;

промежуточное реле — отключающее устройство дутьевых вен­тиляторов и далее по линиям связей электроблокировки (см. рис. 7.7).

В качестве датчиков применяют фоторезисторы, визируемые на ядро факела и включаемые последовательно с обмоткой фотореле, которое срабатывает при за­данном уровне излучения факела. В качестве подтверждающего сигнала может использоваться разрешение вверху топки, резко возрастающее при обрывах факела. С этой целью контакты сигнализатора падения давления в топке включаются последовательно с контактами фотореле.

Котлы, работающие на пылевидном топливе, снабжают защитой от потускне­ния факела, воздействующей на подачу резервного топлива (включение газовых горелок или мазутных форсунок) при снижении уровня светимости факела. Система ТЗ содержит реле времени, задерживающее сигнал на открытие клапана с элек­тромагнитным приводом, установленного на линии подвода резервного топлива, на 5... 10 с. Это необходимо для предотвращения ложных срабатываний ТЗ в случае кратковременных потускнений (миганий) факела. Защита от погасания и потускнения факела и связанная с нею система звуковой и световой сигнализации приобретают особенно большое значение на крупных ТЭС с блочными или групповыми щитами управления, когда оператор лишен возможности прямого на­блюдения за состоянием факела в топках. В этом случае используют специальный автомат защиты котла (АЗК), определяющий потускнение факела по уровню светимости, а погасание — по пульсациям факела в видимой и инфракрасной частях спектра свечения.

---

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 779; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!