Система автоматического регулирования котлоагрегатов

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.

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 D пара , давления пара P пара , частоты тока в сети F сети и мощности генератора W ген .

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 t пара.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 t а.смес. 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 W мел , управляющем напряжении ПСУ ( U псу ). 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», W дс и W дв – 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 ADAM 5510 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 ADAM 5050, для ввода и вывода аналоговых сигналов – соответственно быстродействующие модули аналогового ввода ADAM 5017H и модули вывода аналоговых сигналов ADAM 5024. Для гальванической развязки по дискретным сигналам используются релейные интерфейсы фирмы FINDER , для гальванической развязки и нормализации аналоговых сигналов – преобразователи RS 1706-1 F D00 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- 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.