Irányítástechnika II

Átírás

1 BME, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Irányítástechnika II BMETE80R815 a Reaktortechnika szakirányú továbbképzési szakon 3 óra / hét x 8 hét -> összesen 24 óra; 5 kredit Változat: 2015 Dr. Szentannai Pál egyetemi docens, tanszékvezető helyettes D 206B szentannai@energia.bme.hu

2 Tartalom fejezet alkalom 1. Irányítások realizálása Teljesítményszabályozás A gőztermelés szabályozása Gőzturbinák szabályozása Követelmények A vizsgaidőszakban: vizsga

3 A tudás átadásának módja: szóbeli előadás vetített háttéranyaggal, ami letölthető a következő helyről: ftp://ftp.energia.bme.hu/pub/iranyitastechnika_ii/ Azt kell tudni, ami elhangzott! Kérdezzenek! A tudás befogadásának javasolt módja: (hagyományos) jegyzetelés az ábrák lerajzolásával A tempó ennek megfelelő (a vetítés nem sokszorozza meg a megtanulandó anyagot) Segít a megértésben Segít a feldolgozásban Segít a magyarra fordításban A letöltött vetített képek ennek pontosításában segíthetnek, kinyomtatásuk fölösleges

4 Ajánlott irodalom Czinder Jenő: Atomerőművi Folyamatszabályozás Vázlatos előadásanyag az Irányítástechnika II. című szakmérnöki tárgyhoz Czinder Jenő: Erőművek szabályozása. Műegyetemi Kiadó, Azonosító szám: Gu nter Klefenz: Die Regelung von Dampfkraftwerken. BI-Wiss.-Verl., 1991 (4. kiadás)

5 Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál 1. IRÁNYÍTÁSOK REALIZÁLÁSA

6 1.1. Hierarchikus irányítási struktúra

7 Hierarchikus irányítási struktúra: Jellegzetességek követelmény inherens védelmek huzalozott védelmek programozott védelmek folyamatközeli irányítás funkciócsoport irányítás blokk szintű irányítás erőmű rendszer irányítása megbízhatóság intelligencia szintek - tovább balra: automatikán kívüli inherens biztonsági létesítmények: építmények, gyűjtő tartályok, lokalizációs torony stb.

8 Inherens védelmek példa: hasadó tárcsák, biztonsági szelepek.

9 Inherens védelmek példa: a turbina védelme elöntés ellen Heller rendszerben.

10 Inherens védelmek példa: atomerőmű, biztonságvédelmi rudak.

11 Huzalozott (relés) védelmek - p-, t-,... kapcsoló - ha fagy & nincs áramlás => zsalu bezár.

12 Huzalozott (relés) védelmek, működtetések - kontaktusok rajza: fesz. mentes állapot - relé elromlása Omron, Schmid

13 Huzalozott (relés) védelmek, működtetések + - logika - PLC és DCS bemenetek esetén is.

14 Huzalozott (relés) védelmek, működtetések Schmid

15 Huzalozott (relés) védelmek, működtetések Schmid

16 Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál 1.2. Nem digitális megoldások

17 Lipták

18 - P szabályozás maradó hibával: - max. terhelés ~ max. nyitás ~ alacsony szint alapjel Lipták

19 Mechanikus fordulatszám-szabályozó.

20 Mechanikus fordulatszám-szabályozó - röpsúlyos fordulatszám-szabályozás - Watt gőzgépén már ilyen volt - az autóiparban ma is használják - P jelleg, maradó hiba Lipták

21 Mechanikus fordulatszám-szabályozó. Madrid

22 Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál 1.3. Terepi műszerezés, távadók

23 Nukleáris mérések

24 Helyi nyomásmérés mérő műszer elzáró szerelvény teszt csatlakozóval vízzsákcső főleg gőz esetén a magas hőmérséklettől való megvédés érdekében elzáró szerelvény mérendő közeg - helyi P mérés - mérőhely elrendezési rajz, hook-up - egyes elemek elmaradhatnak Schneider

25 Nyomásmérés műszerállványra szerelve szelepcsoport impulzuscső. Schneider

26 Nyomáskülönbség mérés (áramlás mérés) gáz szelepcsoport impulzuscső - ha folyadék jelenléte lehetséges (pl. kondenz) => fontos, hogy fent - nedves gőzre leválasztó edények is Schneider, Rosemount

27 Hőmérséklet mérés - védőcső: gyakran kiváló hőszigetelés! gyakran dupla - olaj (vízszintes csőbe!?) - azonosítás (mérőhelyé, kábelé) (Gb2010; Elliott)

28 Az áram jel előnye - R s : zavaró ellenállás pl. korrózió miatt => mérési hiba Lindsley

29 A 4 20 ma előnye - két vezeték - élő nulla Lindsley

30 Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál 1.4. Kábelezés, buszok

31 Kábelezés - kábel létrák, tálcák - feszültségszintek szétválasztva - faláttörés: tűzálló (+ szigetelés).

32 Kábelezés - kábelalagút metszet rajz kábeltálcákkal - építész terv - kábelek átmérője Nagy D.

33 Kábelezés belső huzalozás - tömszelence ; átmérő.

34 PROFIBUS (Process Field Bus) - szabványos (DIN már megint német!) - zseton (token) körbeadása - aktív: önálló adatküldés, -kérés (gyakran csak egy); max passzív: felszólításra reagál (nyugtáz, adatot küld...) - lineáris-, fa struktúra - árnyékolt sodort érpár: 1200 m; utána: repeater Schmid

35 . További terepi buszrendszerek: protokoll: MODBUS - RS-485-re, de létezik RS-232-re és Ethernet-re is - Modicon cég PLC-re; nyílt, ingyenesen használható de-facto szabvány Soros vonal (V.24; USA: RS-232C) - eredetileg: számítógép modem kapcsolat - point-to-point - max. 15 m - sodort érpár - max. 32 állomás - max m További terepi buszrendszerek: fizikai szintű szabványok: RS-485 (EIA-485).

36 Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál 1.5. Beavatkozók - főleg: szelepek

37 Szelep karakterisztikák - quick opening: leginkább nyit-zár szelepekhez (tányér szelep) - lineáris - egyenszázalékos: adott szelepszár elmozdulás mindenhol azonos arányban változtatja az áramló mennyiséget moving the stem from 20% of full travel to 30% of full travel changes the flow from 5% to 7.5%, while moving the stem from 80% of full travel to 90% of full travel increases the flow from 50% to 75%. In both cases, a stem movement of 10% of full travel results in a 50% increase of the previous flow. - szabályozás tervezésekor figyelembe kell venni! Lindsley

38 Villamos segédenergiával működtetett beavatkozók Although pneumatic actuators are inexpensive, reliable and fastoperating, their use necessitates the provision of compressed-air supplies. The air must be clean and dry, entailing the use of filters and driers. It is therefore attractive to consider devices that do not require such expensive ancillary plant. They have the advantage of providing inherent 'fail-fix operation since on loss of power they lock in position. On the other hand, making an electric actuator fail to the open or closed position on loss of power is not so simple. - a szabályozó berendezések ma szinte kizárólag elektronikus rendszerek Lindsley

39 Hidraulikus segédenergiával működtetett beavatkozók Hydraulic actuators offer another way of dispensing with air compressors and their ancillary equipment. This type of actuator is powerful, fast and accurate, and can be provided in fail-open, fail-closed or fail-fix configurations. A centralised hydraulic reservoir is shared between several actuators, careful consideration must be given to ensuring that no failure can disable major portions of the plant. - régebben előfordultak hidraulikus szabályozó rendszerek Lindsley

40 Pneumatikus segédenergiával működtetett beavatkozók Pneumatic actuators are inexpensive, reliable and fastoperating, their use necessitates the provision of compressed-air supplies. The air must be clean and dry, entailing the use of filters and driers. - régebben gyakran használtak pneumatikus szabályozó rendszereket - ma (általában) a pneumatikus beavatkozókat is elektronikus szabályozók irányítják Lindsley

41 Beavatkozók - jelkapcsolatok - segédenergia: villamos (csatlakozása nincs ábrázolva) AUMA

42 Beavatkozók szelepeken kívül: - fordulatszám szabályozott motorok (szivattyúk, ventilátorok) - be-, kikapcsolás (villamos fűtés, ventilátor) Früh

43 Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál 1.6. Digitális szabályozó eszközök

44 Kompakt szabályozók (régebben: analóg elektronikus megvalósítás) - huzalozott környezetbe - történelem: szorzó,... - programozhatók - automatikus behangolás!?? - több kör, kaszkád Siemens

45 PLC (Programmable Logic Controller) - főleg bináris be-, kimenetek, de analóg lehetőségek (sw. blokkok) is Schmid

46 DCS (Digital Control System) Siemens PLC S7 400 Honeywell TDC3000 remote I/O - DCS más jelentése: Distributed Control System - A két irány (PLC lentről, DCS fentről: kezd összeérni): pl. ABB Freelance kimondottan; Siemens I/O kártyák.

47 Redundancia - 2x, 3x - szintek (mérések; I/O; processzor) - működés eltérés esetén (szavazás, leállás).

48 Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál 1.7. Szabályozások programozása

49 PID szabályozó blokk - minden DCS szoftverben még a PLCkben is van hasonló - nem kell teljesen reprodukálni Nagy D.

50 Példa szabályozás programozására - itt: szakasz szimulátor elemekkel - itt: szelepvezérlő üzemmód is - (nem kell reprodukálni) Nagy D.

51 PID szabályozót beállító blokk szabályozott jellemző beavatkozó jel szelepvezérlő üzemmód kiadott szeleppozíció. Nagy D.

52 PID szabályozót beállító blokk működése szabályozott jellemző (hőmérséklet) beavatkozó jel (szeleppozíció) 5. kiszámolja a szabályozó paramétereket 1. R (run) parancsra indul - óvatosan!! - x skála: percek 2. zavarmentes állapotot vár; szelepvezérlő üzemmódba vált 3. 5% pozíciónövelést ad 4. felveszi az átmeneti függvényt Nagy D.

53 1.8. Vezérlések (bináris irányítások) programozása - A szakmai nyelv itt nem konzekvens! - Mert: a feladat jellege a bináris analóg szempont szerint válik szét. (fontos a kettő találkozása külön tárgyaljuk (2 helyen is)) - Ezen belül: programozott védelmek

54 Vezérlés programozása - példa; nem kell pontosan reprodukálni Lipták

55 Vezérlés programozása logikai séma (FUP: Funktionsplan) - példa; nem kell pontosan reprodukálni Lipták

56 Vezérlés programozása áramútterv / létra diagram (KOP: Kontaktplan) - példa; nem kell pontosan reprodukálni Lipták

57 Vezérlés programozása utasításlista (AWL: Anweisungsliste) LD LSH001 OR %M0001 ANDN LSL002 AND %I példa; nem kell pontosan reprodukálni.

58 Vezérlés programozása az európai jelölésrendszer IEC FUP, Funktionsplan (FBS, Funktiosbausteinsprache) [alfanumerikus képernyők óta] KOP, Kontaktplan AWL, Anweisungsliste ST, Strukturierter Text Früh

59 Lefutó vezérlés Programrészek: - lépésekben kiadott parancsok (Step) - továbblépési feltétel (Transition) Schmid

60 Lefutó vezérlés..

61 - lentről kezdjük 1.9. Kezelői kapcsolatok

62 Kezelői felület programozása további képek elérése üzenetek, állapotuk (!) - színek hely pl. szabályozók kezelői lapjának - Amerikából - színek jelentése: egységesen! Elliott

63 Naplózás, (bináris-, analóg) adatgyűjtés - az üzemvitel utólagos értékeléséhez - hibák utólagos elemzéséhez - régebben papíron (kézzel is) ma inkább digitálisan Naplózás - eseménynapló (hibajelzések, nyugtázások, beavatkozások stb.) - műszaknapló (összesített teljesítmény adatok) Adatgyűjtés - általában külön számítógép (~ fekete doboz) - szinkron óra!.

64 Helyszíni, kézi beavatkozási lehetőségek - technológiai vezetékek - impulzus vezetékek - indításhoz, leállításhoz gyakori (pl. légtelenítés) - adapter.

65 Helyszíni-, kézi beavatkozási lehetőségek - egyes beavatkozóké, motoroké - általában közvetlenül a működtető áramkörben - kulcsos kapcsolók szerelés, biztonság - technológiai részegységeké - általában PLC kapcsolatokkal.

66 Helyszíni-, kézi beavatkozási lehetőségek - technológiai részegységeké (Zszg, 2010)

67 Vezénylő - kb. a 90-es évekig (ma is üzemel ilyen) Csordás (Aj2007)

68 Vezénylő - az elektronikus irányítás kezdete (Aj2007)

69 Vezénylő - régi és új - hátul: kompakt szabályozók, mutatós műszerek... (Kb2007)

70 Vezénylő - az USA-ban elterjedt Honeywell

71 Vezénylő - Vezénylő optimalizáló munkahelyek PowerGen

72 Vezénylő Csordás (ÉB)

73 Vezénylő Csordás (Paks)

74 Vezénylő Safety Control Panel Plant Overview Auxiliary Control Panels Reactor and Turbine Control Panel Chief Operator AREVA NP Sector Plant BU I&C and Electrical Systems Tianwan Control Room

75 Vezénylő

76 Vezénylő - MAVIR rendszerirányító (régebben: Teherelosztó) Csordás

77 - KKS - P&I diagram Azonosítás erőműn belül

78 KKS Kraftwerk Kennzeichen System - Németországból - ma az egész világon általánosan elterjedt / megkövetelt - betű-szám kombináció elválasztók nélkül (a vezető 0-kat el lehet hagyni) - bármely erőműben gyorsan tájékozódhat, aki ismeri - a szabadon választható részekben gyakran: céges szabványok => egyeztetés szükséges -> néha nagy gond.

79 KKS. Lindsley

80 KKS - csak a kiemelteket kell tudni (C, D, E, F,...) LA: tápvíz; LB: gőz; LC: kondenz rdsz. Lindsley

81 KKS kazán részrendszerekre bontása. Nagy D.

82 Plant Unit KKS aláosztás (példa) - a határok kijelölése lehet másképp is - ezután: készülék kód: pl.: B1LCM51AA001 Level1 Level2. Nagy D.

83 Plant Unit KKS irányítástechnikai készülékkódok - készülék kód: pl.: B1LCM51CT001 felső sor: FUNKCIÓ alsó sor: KKS TIC LCM51CT001 Level1 Level2 C: egyszerű mérés; F: számított m. T: hőmérséklet D: sűrűség E: villamos mennyiség (pl. áram, feszültség F: áramlás G: pozíció (pl. szelepé) H: manuális bemenet L: szint P: nyomás Q: minőségi jellemző T: hőmérséklet. Nagy D.

84 P&I diagram (Piping and Instrumentation diagram) helyi mérés távadós mérés - a távadós műszer gyakran helyi kijelzéssel %.

85 P&I diagram (távadó helyi kijelzővel)..

86 P&I funkciók leírása (felső sor) alsó sor, Level2, 2. betű - alsó sor: KKS - felső sor: funkció Nagy D.

87 P&I rajzrészlet példák. Nagy D.

88 P&I rajzrészlet példák - + ~ H ; - ~ L Nagy D.

89 P&I példa: gőz-víz rendszer részlete LBA02CT001 LBA20CF001 - a helyi műszerek és szelepek itt n.á. - technológus -> irányítástechnikus de: egyeztetés!! - nagyítva a köv. fóliákon - nem kell reprodukálni Nagy D.

90 P&I példa: gőz-víz rendszer részlete LBA20CF001 TÁPTARTÁLY - kétpontos dobszint sz. - nem kell reprodukálni Nagy D.

91 P&I példa: gőz-víz rendszer részlete LBA02CT001 - PIR R: nincs sok jelentősége (képernyőn is) - T mérések kapcsolódása - nem kell reprodukálni Nagy D.

92 A Feladatterv (Basic Design) mint kiindulás a folyamatirányítási tervezés számára Szöveges technológiai leírás rendelkezésre állás honnan kezelik automatizáltsági szint biztonsági besorolás azonosító rendszer P&I rajzok Mérőhely lista, villamos fogyasztói lista Típustervek mérési csatlakoztatásokhoz (hook up) Reteszelési lista (határértéklista) Logikai tervek (szállítótól független; szekvenciális is) Egyvonalas szabályozási sémák Kezelői képek előterve Alarmlista Naplózási követelmények. Dr. Nagy Dezső, 95. dia

93 Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál 2. TELJESÍTMÉNYSZABÁLYOZÁS Magas szintű feladatok (top-down) - Villamosenergia rendszer szabályozása - Blokkszabályozás

94 Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál 2.1. A villamosenergia rendszer szabályozása (Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC)) - Nem tárolható! - Mennyiségi feladat: a termelői és fogyasztói teljesítmények egyensúlyának fenntartása. - Minőségi feladat: hálózati frekvencia és feszültség: pontos értékek! - Szoros kapcsolat a kettő között. - A szállítási költség (hálózati veszteség) arányos a szállított mennyiséggel (=> ennek minimalizálása nem szabályozási feladat)

95 P, MW Hogyan változik a fogyasztó igénye? Magyar VER napi terhelési diagram (2004)

96 Rendezett teljesítmény-idő diagram: tartamdiagram P(%) Csúcsterhelés Középterhelés Alapterhelés a.) Üzemvitel szerint: - Alaperőmű: > 7000 h/év - Menetrendtartó erőmű: h/év - Csúcserőmű: < 2000h/év Ha eltérés van termelés-igény között: h/év b.) Fogyasztói igényre való reagálás szerint: - aktív: igényváltozásra reagál - passzív: igényváltozásra nem reagál

97 2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC) Σ Termelés =Σ Igény f = állandó Mindkét oldalon van eltérés : Kisebb amplitúdójú és rövid idejű változások Nagy amplitúdójú és nagy gradiensű üzemzavarok Ellátási biztonság! Termelői kapacitások tartalékolása szükséges Kooperáció: P c =P imp -P exp Prognosztizált napi menetrend Integrált villamosenergia rendszer (UCTE) Szabályozott jellemző Frekvencia-csereteljesítmény szabályozás Zavarkompenzáció f változik

98 A szabályozás szintjei primer szabályozás (max. 30 s) szekunder szabályozás (max. 15 min) tercier szabályozás szinkronidőszabályozás eltérés idő - eltérés: termelés-fogyasztás egyensúlyának felbomlása (pl. a fogyasztás növekedése vagy akár egy blokk kiesése [tartalék előírások erre von.]) (gyakran csak az utóbbit tárgyalják, pedig normál üzemben is ugyanúgy működik az egyensúly fenntartásának mechanizmusa).

99 Területi fogalmak szinkronzóna: együttműködő hálózat azonos frekvenciával (a miénk: UCTE: Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity) szabályozási zóna: amelyen belül a mérleget egyensúlyban kell tartani (a miénk: Magyarország: egy szab. zóna: MAVIR, de pl. Németországban négy) - több további szint - lefelé: mérlegkörök: pénzügyi, elszámolási egységek - fölfelé: irányítási szintek - a szabályozás szempontjából a fenti két szint játszik szerepet.

100 Primer szabályozás A termelt teljesítményt állandóan egyensúlyban kell tartani a fogyasztott teljesítménnyel - mert az elosztó hálózat nem tudja tárolni a villamos energiát - az egyensúlyt a frekvencia eltérése jelzi Eltérés esetén kezdetben a csatlakozó generátor egységek és motorok forgórészének kinetikus energiája kompenzál. Ennél nagyobb vagy tartósabb eltérés esetén: automatikus beavatkozás: Primer szabályozás: az erőművek teljesítményszabályozása - pl. gőzturbinák szabályozása: később, részletesebben - nem minden erőmű / blokk vesz részt benne - de a szinkronzóna minden bevont blokkja - néhány másodperc -> állandósult állapot - de: P szab. => maradó hiba: frekvencia-eltérés..

101 Szekunder szabályozás Az új egyensúlyi állapotban tehát - van frekvenciahiba - a (pl. kiesett blokk miatt) hibás egyensúlyú szabályozási zónát a többi segíti ki (pl. telj. vagy fogyasztás többlettel) [Ez pontosabban: a szabályozási zónák közötti csereteljesítmények eltérnek a tervezett értékektől.] A feladat: ezek megszüntetése - néhány percen belül - csak az érintett szabályozási zóna végzi (a rendszerirányító vezetésével, ami nálunk a Mavir ZRt.) - kiválasztott blokkok végzik - ez folyamatos, valósidejű, PI jellegű szabályozás, bemenő jelei: - frekvencia, - csereteljesítmények - de: hasonló eseményekre a tartalékot továbbra is biztosítani kell..

102 Tercier szabályozás A résztvevő generátorok v. fogyasztók munkapontjának automatikus vagy kézi megváltoztatása annak érdekében, hogy - a szekunder szabályozási tartalék megfelelő legyen (erre előírások) - a teljesítmény a lehető legjobban legyen elosztva a termelők között (gazdasági szempontok alapján) - csak az érintett szabályozási zóna végzi (a rendszerirányító vezetésével, ami nálunk a Mavir ZRt.)..

103 Szinkronidő szabályozás A szinkronidő eltérését a koordinált nemzetközi világidő -től (azaz az átlagfrekvencia eltérését névleges értékétől) kompenzálni kell: - a frekvencia alapjel megváltoztatásával: - 49,99 Hz vagy 50,01 Hz egész napokra - svájci központból irányítják (természetesen az egész szinkronzónára érvényesen)..

104 2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC) Menetrend Lassú: 15 min alatt Integráló rész is van Gyors : s alatt Arányos működés PI 1 n Primer + + K B,i + - n - S G n o Információk a termelőktől P v,i P vo,i P g,i + + P R,i T e r c i e r C i P R 1-teljesítmény szabályozó 2-frekvencia szabályozó PI 2 G P c,o K N f f o Információk a fogyasztóktól S + - Szekunder N 1 f Be nem avatkozás elv A f-t csak a felelős rendszer szabályozza ki, sőt a besegítő rendszer még a P c - jét sem kompenzálja, P mert K c N = SK B,i, s így a G zérus marad N 2 ACE

105 2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC) Frekvencia-lefolyás az UCTE-ben egy 1300 MW-os erőműkiesés után

106 2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC) Frekvenciaszabályozás 3 szintje az UCTE-ben: EGYESÍTETT RENDSZER FREKVENCIA Névleges érték visszaállítása Eltérés korlátozása f Aktivizálás PRIMER SZABÁLYOZÁS Tartalékok kiváltása P c Ha felelős SZEKUNDER SZABÁLYOZÁS Tartalékok kiváltása TERCIER SZABÁLYOZÁS

107 2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC) Frekvenciaszabályozás 3 szintje az UCTE-ben: PRIMER SZABÁLYOZÁS Feladat: a telj. egyensúly gyors helyreállítása és f korlátozása Kijelölt gépeknél azonnal aut.-n működésbe lép és max. 30 s alatt létrehozza az egyensúlyt 10 s alatt 60% primer tartalékot kell aktivizálnia EGYESÍTETT RENDSZER FREKVENCIA f Aktivizálás Névleges érték visszaállítása Eltérés korlátozása PRIMER SZABÁLYOZÁS Csak a telj.egyensúlyt hozza létre, de a f marad (P szabályozás!) P c Tartalékok kiváltása P (MW) mhz holtsáv 4 MW f (mhz) Primer szabályozási karakterisztikák: Ha felelős SZEKUNDER SZABÁLYOZÁS 200 MW-os turb. szimmetrikus jg. Paksi turbina jg. Paksi turbinát kompenzáló turb. jg. Paksi+kompenzáló turbina eredő jg. 40 mhz -5 Tartalékok kiváltása MW TERCIER SZABÁLYOZÁS

108 SZEKUNDER SZABÁLYOZÁS Feladat: f eltérés megszüntetése, a primer tartalék kiváltása Csak a felelős rendszerben lép működésbe kb. a primer szab.-bal egyidejűleg Saját szabályozó erőműveivel perc alatt véglegesen felszámolja a zavart A kiesett teljesítménnyel 2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC) Frekvenciaszabályozás 3 szintje az UCTE-ben: EGYESÍTETT RENDSZER FREKVENCIA f Aktivizálás Névleges érték visszaállítása Eltérés korlátozása azonos szekunder tartalékot kell bevetni, ami lehet: 1.Zárthurkú szabályozással működtetett forgótartalék (ha van) 2.Stand-by egységek aut. v. kézi indítása PRIMER SZABÁLYOZÁS P c Tartalékok kiváltása Ha felelős SZEKUNDER SZABÁLYOZÁS Tartalékok kiváltása TERCIER SZABÁLYOZÁS

109 2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC) Frekvenciaszabályozás 3 szintje az UCTE-ben: EGYESÍTETT RENDSZER FREKVENCIA Névleges érték visszaállítása Eltérés korlátozása TERCIER SZABÁLYOZÁS Feladat: szekunder tart. kiváltása, optimális rendszer kialakítása Intézkedés (diszpécser): a szek. szabályozással egyidejűleg indul Tercier szab. eszközei: 1. Stand-by egységek, hidegtartalékok indítása 2. Pótlólagos importlekötés 3. Hideg nem üzemkész berendezések indítása Az optimális rendszer véglegesen csak hosszabb idő alatt (esetleg több nap) jön létre!!! f Aktivizálás PRIMER SZABÁLYOZÁS P c Tartalékok kiváltása Ha felelős SZEKUNDER SZABÁLYOZÁS Tartalékok kiváltása TERCIER SZABÁLYOZÁS

110 2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC) Az egyes szabályozási szintek működésének időbeli megnyilvánulása: Teljesítmény Primer szabályozó teljesítmény Tercier tartalék Idő Szekunder szabályozó teljesítmény

111 Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál 2.2. Blokkszabályozás = telejsítményszabályozás, unit control - aktív blokk/kapcsolás/üzem: a frekvenciatámogatásban automatikusan részt vesz - passzív blokk/kapcsolás/üzem: a fogyasztói igények változására nem reagál

112 Gőztermelő p G Áramtermelő B2 y TU Konvencionális erőmű P M B1 Gőztermelő p G Áramtermelő B1 M Atomerőmű B2 y TU P

113 ..

114 Az energiafolyam útja, beavatkozási helyek: B1-gőztermelő előtt: következménye LASSÚ B2-áramtermelő előtt: következménye GYORS I E R Ő M Ű Aktívvá tesz mü II B1 Gőztermelő (lassú) mgt Gőzvezeték p mgf B2 Áramtermelő (gyors) Pvt f Pvf Villamos hálózat Fogyasztó Blokkszabályozás, 2 db szabályozási kör: 1. Teljesítményszabályozás: termelés-igény egyensúly 2. Nyomásszabályozás: egyensúly az erőműben

115 Passzív Aktív PI PID P S S f p PI PID P S S p PI S S PID P p P S PID S n p P(%) f(hz) f P fordulatszámelállítás

116 Telj. szab. állandó nyomású kiegészítéssel - passzív blokk - nincs (gőznyomástól függő) kazántárolás => az nem lassít, de nincs is kihasználva - követő turbina kapcsolás, turbine follow mode - kiegészítés: a tüzelés elővezérlése a teljesítmény alapjelről: PD jelleggel, gyorsabb lesz Kovács J., FW

117 A belső tárolást kihasználó kapcsolás - kihasználja a (gőznyomástól függő) kazántárolást => gyors => frekvenciatámogatásra alkalmas (P helyett f ill. n mérés; => aktív blokk) - követő kazán kapcsolás boiler follow mode (a kazán követi a turbina elsődleges reakcióját) - a kazánt itt is célszerű elővezérelni % Kovács J., FW

118 I. Turbina előtti primer beavatkozással: S + - R2 x ap S R1 x rp f P y R M B1 p B2 y TU Teljesítménymódosítás hatáslánca: 1. beav. xap xrp ytu mgtu P p xrp yr QR mg 2. beav.

119 II. Reaktoroldali primer beavatkozással: x ap S + - R1 y R M B1 x rp S - + p x rp R2 y TU B2 P Teljesítménymódosítás hatáslánca: 1. beav. xap xrp yr QR mg p xrp ytu mgtu P 2. beav.

120 III. Integrált blokkszabályozás: Korlátok Igény AK f Min 5 x ap P y R M PR + + p y TU Max n 7 Teljesítménymódosítás hatáslánca: x ap beav. xrp ytu mgtu P x y Q m r R R G beav. p

121 Szabályozási feladat Villamos teljesítmény szabályozás Nyomásszabályozás Szabályozott jellemző Villamos teljesítmény (P, MW) Beavatkozás I. II. III. Turbina előtt (B1) Reaktor előtt (B2) Gőznyomás (p, bar) Reaktor előtt (B2) Turbina előtt (B1) Blokkszabályozás elnevezése Sajátosságok Aktív turbinás, Reaktorral a turbinát követő mód Gyors teljesítményváltozás, jelentős nyomásváltozás, változó terhelésre Passzív turbinás, Turbinával a reaktort követő mód Lassú teljesítményváltozás, kímélő üzem, alapterhelésre B1 és B2 együtt koordináltan Integrált Gyors teljesítményváltozás, élettartam kímélő, változó terhelésre

122 EHA P 2 n 2 Gőzkollektor Tu2 SZBV p 1 p 2 p K2 EHA P 1 RTSz TTSz n 1 NER 2/3 2/3 RRN RRT RTu2 RTu1 Tu1 p K1 ±1% Üzemmód vezérlő P 2 n 2 P 1 n 1 T N TSz K/A ÜV4 Tiltások ±0,5 bar

123 Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál 3. A GŐZTERMELÉS SZABÁLYOZÁSA

124 Gőztermelési folyamat. m B H TK y R R TK Rk Rb. m R. Q vf Primer kör GFb GF GFk. m G p s, H GF s. m T T y T Secunder kör GT. m Gtu p G y TU TU P. m elv FKS. m pót TS KS Szabályozási feladatatok: - reaktorteljesítmény (különböző) - primer hűtőközeg nyomás és szint - gőzfejlesztő szint (tápvíz)

125 Fluxus és technológiai paraméter szerint Átlagfluxus szabályozás (Passzív turbinás blokkszabályozáshoz) - + S P M I S - + p G PI y TU P

126 Jellemzői: Fluxus szabályozás dinamikája kedvező és gyors P szabályozó, de a hajtással együtt I jelformálás (igen kedvező szakasz) A turbina nyomásszabályozással igazodik a reaktorhoz A nyomásszabályozás is igen jó minőséggel működik (szakaszdinamika itt is kedvező) Tárolt energia kihasználására nincs mód Minden jellemző állandó, kímélő üzemmód, alapterhelésre jó.

127 (Aktív turbinás blokkszabályozáshoz) Szekunderoldali gőznyomás szabályozás Kapcsolás és statikus jelleggörbe - P + 2 PI S Rk M p G PR Rb s p s. Q R (%)

128 Jellemzői: Primer körben hőfeszültség a változó hőmérséklet miatt Nagyobb rúdmozgatás szükséges Térfogat-kompenzálás nehezebb Primer oldal energiatárolása a terhelés függvényében nő A szekunder oldal/turbina szempontjából jó (állandó nyomás és hőmérséklet) A szakasz késleltetése nagyobb (nehezebb szabályozni)

129 Primerköri átlaghőmérséklet szabályozás A hőfelszabadítás és a gőztermelésre fordított hőteljesítmények egyensúlyán alapszik: d PR 1 QR Q dt C PR Szabályozott jellemző: PR Rk 2 Rb Statikus jelleggörbe G Rk PR Rb s p s. Q R (%)

130 Jellemzői: Kisebb rúdmozgatás az állandó hőmérséklet miatt Könnyebb térfogat kompenzálás, kisebb edény Szekunderoldali berendezések túlméretezése szükséges (részterhelés felé nő a nyomás) Változó gőzhőmérséklet, hőfeszültség A szekunder oldal hőtárolása csökkenő jellegű, segíti a teljesítménynövelést A szakasz beavatkozási dinamikája kedvezőbb (könnyebb szabályozni)

131 Primerköri átlaghőmérséklet szabályozás kapcsolásai: - P + 2 PI S a.) Kaszkád: a fluxus kisegítő jellemző M hőmérséklet szabályozó 2- fluxus szabályozó a.) S + P PD M + + S b.) Közvetlen rúdmozgatással b.)

132 Kombinált (a) és kompromisszumos (b) szabályozás Rk Rk PR PR Rb s p s. Q R (%) Rb s p s. Q R (%) a. b.

133 Kombinált jg. szerkesztése Rk PR Rb s Állandó nyomás Állandó hőmérséklet p s. Q R (%)

134 A kombinált szabályozás jellemzői: Egy szabályozási kör (nyomásra v. hőmérsékletre), de terhelésfüggő alapjelre Nagyobb terhelésen kedvező hőtárolási tulajdonság a primer és szekunder oldalon egyaránt Kisebb térfogat kompenzáló szükséges A szekunder oldal méretezési nyomása kisebb lesz

135 Egy valós kombinált szabályozási jelleggörbe (Neckar-II, Németo.) Rk PR Rb p Gmax p G p Gmin Teljesítmény (%)

136 Reaktorteljesítmény szabályozás a PA-ben S + - P 2 N M T RTSz PD 1 S + - p G A reaktorteljesítmény szabályozás módjainak elvi vázlata 1: nyomásszabályozó, 2: fluxus-szabályozó

137 Az RTSz (ARM5) szabályozó felépítése Üzemmód kapcsoló N: fluxus szabályozás (Rn) T : nyomásszabályozás (Rp) Rn Rp 1 p 1 p 2 p 3 Rn Rp Rn Rp 2 3 N T 2/3 x v 3 csatornás kivitel (redundancia) Rp az Xv-ről vezérelt (változó struktúra) Rn: fluxus-szabályozó, Rp: nyomás-szabályozó

138 Az Rn szabályozó modul: arányos működésű (P), analóg Rn h + - K U d AD 2/3 x v Arányos erősítő Analóg-diszkrét konverter d: holtsáv h: hiszterézis Egyenlete:

139 Az Rn szabályozó működésének bemutatása szimulációval Xa Xr Xv Control Clock Xb X To Worksp simout n(%) yr (m) KImenet Xa(%) 100 Gain 1 AD 3-pont Motor Xv Xb yr n% Tua DXa Tm yr(m) 267 TRb TRk TRb(fokC) QR REAKTOR Hõtelj.(MW) Simulink modell

140 Rn - + K AD x v Hajtás y R Reaktor S alapjel (%) A fluxus-szabályozási kör átmeneti függvényei alapjel változásra (d = 2 %, h = 1 %) Xv yr (m) fluxus (%) idö (sec)

141 Nyomás-szabályozó: PD tulajdonságú, impulzus kimenet PI létrehozása impulzus-kimenetű PD szabályozóval: PD x r + x v y - K e Motor x rv K v, T PI

142 Az Rp nyomásszabályozó modul: Rp LG SPS 1 p SD p AD 2 2/3 x v SD: alapjel- és különbségképző LG: logaritmusképző AD: analóg/diszkrét konverter SPS: változó struktúrájú időtag 3 A: DT1 kis időállandóval (p=állandó mellett) B: DT1 üzemi (nagy) időállandóval C: arányos erősítő

143 A nyomásszabályozó a szakasszal: S z a k a s z x r Rp - + AD x v Hajtás y R Reaktor S1 S2 p SPS LG Közel. PI X r =p 0 -p Az Rp szabályozó a hajtással és a szakasz S1 részével együtt közelítőleg PI működést valósít meg.

144 A nyomásszabályozó átmeneti függvényei, ha p hirtelen megnőtt. X r =p 0 -p. Xr,p (%) Xv yr (m) fluxusvált.(%) idö (sec)

145 A szakasz fő részfolyamatai blokkvázlatban:. m G p s GV pg. T m T y R R Rk MCs GFb GF H GF Rb HCs GFk y TU

146 Reaktordinamika - reaktorzóna (RZ) - keverőterek (AK,FK) y R R E A K T O R FK Rk RZ v RT RZ Zk Rb. m R y R SzR R t NK n ü ZT m AK Zb Rb AK Zb Zk FK Rk Az RZ részfolyamatai: NK: neutronkinetika ZT: hőátadás RT: reaktivitás tényezők SzR: szabályozórúd

147 a.) Reaktorzóna: 3 időtartomány (igengyors, gyors, lassú) (Neutronsűrűség változás) = (Termelés) - (Fogyás) + (Külső forrás), dn dt n l Prompt Késő 6 dn n n i i dt l i 1 l dc dt k(1 ) C S; i kn n l Keletkezés Absz. n k i ici ; i l Keletkezés kn l NK n l Bomlás n : későneutron frakció C : anyamag koncentráció : bomlási állandó i i i

148 Későneutron paraméterek termikus hasadásra (U-235) Csoport (i) i i (s -1 ) T i =1/ ;(s) i 1 0, , ,75 2 0, , ,54 3 0, ,1150 8,69 4 0, ,3110 3,22 5 0, ,40 0,71 6 0, ,87 0,26 Effektív 0, , ,76 Szimulációnál problémák!

149 A modell összefoglalása Végleges egyenletek: Kezdeti feltételek: Megoldás: Függ a kiinduló állapottól (nemlineáris jelleg miatt) 2-féle út: numerikus (szimuláció) és analitikus

150 Az egyenletek megoldása szimulációval (Matlab/Simulink) =0,0075; =0,080 s -1 ; l=10-3 s értékek mellett Indítási tartomány: k <1 és <0; esetünk: S =10-1 neutron/s/cm 3 Szubkritikus reaktor Stacioner esetben: n = - S l/ Önbeálló viselkedés Dro=+0,001 Relatív neutronsürüség (n/n0) Dro=-0, idö (sec)

151 Az egyenletek megoldása szimulációval (Matlab/Simulink) Indítási tartomány: k <1 és <0 (mint az előbbi, csak most egymás után)

152 Az egyenletek megoldása szimulációval (Matlab/Simulink) Üzemi tartomány. Kiinduló egyensúlyi állapot: k =1 és 0 (kritikus reaktor) Dro=+0,001<Beta Relativ neutronsürüség ,8 0.5 n/n0 0,6 0.2 Dro = -0, idö (sec) 0, idö (sec)

153 Az egyenletek analitikus megoldása Feltételek: S = 0, t=0-ban reaktivitás-ugrás Közelítő megoldás ( l elhanyagolása): Esetek: < 0 : mindkét együttható pozitív, és mindkét időállandó negatív. A teljesítmény lecsökken 0-ra. < < : A 0 és T 0 pozitív, A n és T n negatív. A reaktor szuperkritikus, a fluxus exponenciálisan emelkedik. > : az előbbihez képest az előjelek felcserélődnek. A reaktor prompt-szuperkritikus, a teljesítmény igen meredeken emelkedik, a reaktor irányíthatatlan.

154 Az egyenletek analitikus megoldása Számított paraméterek =0,0075; =0,080 s -1 ; l=10-3 s mellett Eset A 0 T 0 (s) A n T n (s) Jelleg < 0-0,001 0, ,250 0,1176-0,118-0,002 0, ,375 0,2105-0,105 reaktor leáll 0 < < 0,001 1, ,250-0,1538-0,154 0,002 1, ,375-0,3636-0,182 szuperkritikus 0,008-15,000-0,781 16,000 2,000 prompt szuper kritikus

155 Az egyenletek analitikus megoldása Reaktor szuperkritikus Reaktor prompt-szuperkritikus

156 Az egyenletek analitikus megoldása: neutronkinetika lineáris modellje Menet: 1. Kiindulás a 2-egyenletes NK-modellből S=0-val 2. Linearizáljuk az egyenletrendszert 3. Laplace-transzformáljuk a lineáris egyenleteket 4. Kifejezzük a NK átviteli függvényét PI-T1 tulajdonság no ANK l 1 l T l

157 ü R B Zk Átlagos hűtőcsatorna. Q ü1 m B ü H z. m R1 Zb Zk C m =V m m c m Fizikai modell C ü =V ü ü c ü C B =V B B c B. Q ü1 ü R üb B m H z R Bm Zb. m R1

158 Egyszerűsített modell Zk. Q ü1 C ü * ü. Q üm R üm m C m * H z Rendezett alak: Zb. m R1

159 Egyszerűsített lineáris modell Ha zb = 0, m << ü : Paks:

160 Visszacsatoló mechanizmus: a reaktor állapota visszahat a reaktivitásra Visszacsatoló reaktivitás: Reaktivitás tényezők Értékük függ a munkaponttól a.) Üzemanyag hőmérséklet-tényező munkapont-függése:

161 b.) Moderátor hőmérséklet-tényező munkapont-függése: m (1/K) 2 0 c B = 2000 ppm 1500 ppm ppm ppm 0 ppm m ( C)

162 Statikus jelleggörbe -10 Rmax -8-6 R (%) R 0 0 y R y R (%)

163 Reaktordinamika, a reaktor eredő viselkedése 0.75 Rúdbetolás (m) 123 pfk(bar) Hõmérsékletek DyR Rúdhelyzet DyR1 ro Clock MR(kg/s) 9055 TRb(fokC) yro DMR pak(bar) 125 pbe Tbe MR Tki yr MR Tzb Tu Tm Tzk QR(MW) n FK pbe Tbe Tki MR 6{6} 8 To Worksp R DTRb AK REAKTORZÓNA Xb Xv I-Hajtás PID PD 1375 QRo(MW) Reaktorteljesítm.

164 Reaktordinamika, a reaktor eredő viselkedése Reakt.Tényezõk 0.75 Rúdbetolás (m) 123 pfk(bar) Tm Hõmérsékletek rov Tu MR(kg/s) 9055 TRb(fokC) 267 DTRb DyR DyR yro DMR pak(bar) 125 pbe Tbe Tki MR AK Rúdhelyzet yr MR Tzb 1 yr 2 MR 3 Tzb ro Tu Tm Tzk QR(MW) n REAKTORZÓNA ControlRúd yr ror FK pbe Tbe Tki MR R-NK Kinetika 6{6} Clock Tu n To Worksp 8 R Tm MR Tzk Tzb QR(MW) ZónaTermodin. 1 ro 2 Tu 3 Tm 4 Tzk 5 QR(MW) 6 Xb Xv I-Hajtás PID PD 1375 QRo(MW) Reaktorteljesítm. n

165 Reaktordinamika, reaktor eredő viselkedése rúdhelyzet-változásra Rúdhelyzet (m) x x 107 Reaktivitás 0 N.sürüség Üa.hömérs. ( C) Átlaghöm. ( C) Kilépö höm.( C) idö (s) Höteljes. (MW) idö (s)

166 1.2 Reaktordinamika, reaktor eredő viselkedése rúdhelyzet-változásra Rúdhelyzet (m) Reaktivitás x N.sürüség 11 x Rúdhelyzet (m) Reaktivitás x x Üa.hömérs. ( C) Átlaghöm. ( C) N.sürüség Kilépö höm.( C) idö (s) Höteljes. (MW) Höteljes. (MW) idö (s) idö (s)

167 Reaktordinamika, reaktor eredő viselkedése belépő-hőmérséklet 274 változásra: +5 C R.be-hömérs.( C) Reaktivitás 2 x N.sürüség 10 x Üa.hömérs.( C) Átlaghöm.( C) R.ki-hömérs.( C) idö (sec) Teljesítm.(MW) idö (sec)

168 Reaktorzóna lineáris modellje A lineáris zónamodell blokkvázlata: R + - v NK ANK 1 2 3,, T RT n + + A n1 ü m 4 6 Q ü1 ZT ü A T A, T, Q1 ü 5 ü m m A felnyitott hurok blokkvázlata stabilitásvizsgálathoz: R ü v

169 A zóna stabilitásvizsgálata Bode-diagramban Felnyitott hurok átviteli függvénye: zérus helyek R ü v erősítés Az átviteli függvény paraméterei kb. paksi adatokkal: pólushelyek ZPK forma

170 Reaktorzóna lineáris modellje A zóna stabilitásvizsgálata Bode-diagramban: 60 Bode Diagram Magnitude (db) ,4 db z 1 p 3 p 4 z 2 p Phase (deg) Frequency (rad/sec)

171 A zóna stabilitásvizsgálata Bode-diagramban: A 0 =A NK A n1 A Q1 ( ü +A ü m )= =4,5253*10 4 (3* ,632*10-5 )=2,0961

172 A szakasz további részeinek modelljei R e a k t o r Primer víz Gőzfejlesztő Gőzkollektor y R n Q ü Qm C m Q Gp QGs ü m p f V s s mg mgtu p tub C ü R üm R p C f mt ht k G C G y TU Egyszerűsített reaktormodell: RT Tm Tm 2 rov Tu 1 yr ControlRúd yr ror Kinetika R-NK Qü(MW) dn 2 Tm Tua Qü Qm Üa-hökap. Qm(MW) 1 Qm

173 A szakasz további részeinek modelljei Qm Primer víz m QGp Tárolásra: C m R p Ellenállásra: Gőzfejlesztőcsőfalnak átadott hőteljesítmény A hőellenállás ismert összetartozó stacionárius adatokból is számítható

174 A szakasz további részeinek modelljei Gőzfejlesztő Q Gp Q Gs V s f s m G C f mt ht

175 A szakasz további részeinek modelljei

176 A szakasz további részeinek modelljei mg Gőzkollektor mgtu Ellenállás: p p tub k G C G y TU Gőztároló: Szelep:

177 A szakasz válaszai rúdkihúzásra (szimuláció) y R. Q R m. m G Rel.rudhelyzet Teljesítm. (MW) Átlaghöm.( C) Gözáram1(kg/s) Fluxusvált. (%) Qm Qgp p G Göznyomás(bar) idö (sec

178 A primerköri nyomás szabályozása Elvi kapcsolás. m B Gőzlefuvatás. m B Befecskendező szelepek 12. Q vf Víz Fűtőelemek Lefúvatószelepek p PR (bar) R 5x150 Rk p PR - + S MCs 10x150 14x150. Q (kw) vf A szabályozó statikus jelleggörbéje

179 A primerköri nyomás szabályozása A paksi szabályozó statikus jelleggörbéje. m BF (kg/s) II ,00 17,25 11,50 5, I Lefuvatás p pr (bar) IIII 720 IV V Blokk teljesítménynöveléssel módosult: Fűtés be-ki értékek 0,75 bar-al nőttek Első 180 kw folytonos LQ-szabályozás P v (kw)

180 Térfogat kompenzáló szintszabályozása. m B H TK. Q vf Cél: H TK = állandó H TK = terhelésfüggő S PI. m elv. m pót

181 1. Normál-üzemi szintszabályozás: 3-komponensű. m G zavarkompenzáció H GF,0 S (M G -M T )~dh/dt H GF H GF + - K T, K G szerepe GFb GFk. m T K T K G S + - PI y T PI 2 <10% 2. Indítási szintszabályozás: 1-komponensű, alapjele 50 mm-el kisebb 1 3. Üzemzavari szintszabályozás: nagy zavarásra 1-komponensű, alapjele 100 mm-el kisebb betáplálás az üzemzavari tápszivattyúval

182 10 Rel.rudhelyzet Teljesítm. (MW) Átlaghöm.( C) Beavatkozási dinamika 0.55 Fluxusvált. (%) VVA H ( t) m ( t) m ( t) dt ( t) GF T G VA F F VA V VA V Gözáram1(kg/s) Göznyomás(bar) Qm Qgp idö (sec y R (cm) p G (bar) H GF (mm) H TK (mm) , t, sec p PR (bar) 1 0

183 0 100 t (sec) 200 Zavarási dinamika y TU (mm) p G (bar) ,5 1 0, VVA H ( t) m ( t) m ( t) dt ( t) GF T G VA F F VA V VA V H GF (mm) H TK (mm) p PR (bar) ,5 1 0,5 0

184 Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál 4. GŐZTURBINÁK SZABÁLYOZÁSA - csak az erőmű üzeme szerint megvalósítandó (külső) szabályozásokkal foglalkozunk (a többi általában black box-ként valósul meg) - beavatkozás: gőzszelep (egyedül!) - fontos alkalmazás majd: a blokk teljesítményszabályozásában

185 Szabályozási feladatok - fordulatszám szabályozás - teljesítmény szabályozás - frekvencia szabályozás - hőkiadáshoz: nyomás és hőmérséklet szabályozás - előnyomás szabályozás - segédfolyamatok (nyomás, hőmérséklet, szint) Elvárások

186 Szabályozási feladatok - fordulatszám szabályozás h G (p G, G ) - teljesítmény szabályozás P = (1- ). P Gb - frekvencia szabályozás. m - hőkiadáshoz: nyomás Gtu yés tu hőmérséklet szabályozás - előnyomás szabályozás P Gb - segédfolyamatok (nyomás, hőmérséklet, szint) P T P v = U. I P M = M. P Gk Elvárások P cs P elv P ell P KO

187 A gőznyelés-módosítás a szándékos teljesítményváltoztatás eszköze h G (p G, G ) G. m Gtu y tu h G p G P T h H H o p KO p ko s P m H T Gtu 0 tu

188 a.) Mennyiségi beavatkozás: H=állandó csak elvi! b.) Fojtásos beavatkozás: 1 v. több szab.szeleppel, hg=állandó mellett h G fojtás. m Gtu h G p Gb y tu p Gb p' Gb H' p' Gb h H H o P T p Gk p Gk Névleges terhelés: nyitott szelep, nincs fojtás Részterhelés irányába haladva: egyre nagyobb fojtás, egyre kisebb hasznos hőesés s

189 Előnyei: a.) Mennyiségi beavatkozás: H=állandó csak elvi!. m Gtu p' Gb h G p Gb y tu h Egyszerű, olcsó megoldás b.) Fojtásos beavatkozás: 1 v. több szab.szeleppel, hg=állandó mellett p' Gb h G fojtás Körkörös gőzbeömlés, körszimmetrikus hőmérséklet-változás p Gb, kisebb hőfeszültség Egyenletes lapát-megfúvás, Hkisebb rezgés H' H o P T Gyorsabb indítás és terhelésváltoztatás p Gk Nem kell szabályozó fokozat, egyszerűbb és olcsóbb nagynyomású p turbina Gk Névleges terhelés: nyitott szelep, nincs fojtás Részterhelés irányába haladva: egyre nagyobb fojtás, egyre kisebb hasznos hőesés s

190 c.) Csúszóparaméteres: nincs szabályozó szelep p G G. m Gtu P T p ko p G STODOLA m G Névleges terhelés: névleges gőzparaméterek, max. hőesés Részterhelés irányába haladva: egyre kisebb hasznos hőesés Előnyök: mint fojtásnál

191 d.) Fúvókacsoportos beavatkozás p Gb y tu. m Gtu P T 1 p Gb ' I II III IV p Gk 3-10 szabályozó szelep és fúvókacsoport Szabályozó fokozat kell: drágább turbina, rosszabb hatásfok A szelepek egymás után nyitnak/zárnak (soros program) Szeleppontok: tiszta mennyiségi beav. állapot Parciális beömlés, nagyobb hőfeszültség, nagyobb lapátrezgés Kisebb terhelésváltozási és indítási sebesség p Gb Szelepnyitás I II III IV 0 A B C D Teljesítmény

192 Összehasonlítás: p Gb h G Q tü Fuvókacsoportos Szab. fokozat miatt p K h H fuv H foj Fojtásos Elvi mennyiségi (H=áll.) G =áll. és H=áll. Csúszóparaméteres p Gk s min max P Névleges terhelésen a fojtásos jobb Blokk tüzelőhő-felhasználás szerint

193 Funkciók: indításnál normál üzemben terhelés ledobásnál n (min -1 ) Túlfordulat-védelem (gyorszáró műk.) % Cél-fordulatszám 100 rpm/min Hálózaton Szinkronizálás ms max 5-8% Maradó szab.i hiba Terhelésledobás 600 rpm/min Tengelyforgató 40 kb. 5 min kb. 1 min Indítás alatt: PI-szabályozó Egyébként: P-szabályozó Idő

194 4.2. Fordulatszám szabályozás f a f - P P! f ~ n Czinder

195 A megváltozások jelleggörbéje - A c -től is függ!!.

196 A jelleggörbe jellemzői a gép frekvenciatényezője: a gép statizmusa:. Czinder

197 Fordulatszám szabályozás és tényleges hatása f a f - a (termelő - fogyasztó) rendszer munkapontja: a két karakterisztika metszéspontja [szaggatott vonal: eltolt ford.sz. alapjel] - az eredő munkapont függ a fogyasztó(i hálózat) karakterisztikájától is - nagy rendszer: a hálózati frekvenciát egyetlen blokk nem tudja elállítani (=> gyakorlatilag vízszintes jelleggörbe) - szigetüzem: függ a fogyasztók típusától: szállítószalag: teljesítménye nagyon frekvenciafüggő fűtés: teljesítménye alig frekvenciafüggő Czinder

198 Különböző statikus jelleggörbék n n o Nagy-rendszer 1 2 Szigetüzem 3 n n = oo = 3 = 0 P P n n nn P 1 P 2 P 3 P P n 0: fogyasztás független n-től : nagy merev rendszer P

199 Passzív teljesítményszabályozás f - Az előző ábra kihasználása: telj. szab. a ford.szám szab. alapjelének eltolásával - Passzív : a hálózattól függetlenül megadott telj. alapjel szerinti teljesítményt adja a hálózatra. - Ez az alapjel jöhet pl. egy központi teherelosztóból, vagy lehet a hálózati frekvencia hibájából (a blokk részvételének mértékétől függő tényezőn keresztül) számított jel. Czinder

200 Mechanikus-hidraulikus kialakítás 1 2 x a = n o 3 4 Általában 1 szervomotor Mechanikus (emelő, fogasléc, bütykös tárcsa) szelepmozgatás P v olaj n gőz y tu G 1-röpsúlyos érzékelő 2-alapjel-állító 3-vezérlőtolattyú 4-hidraulikus szervo

201 Rudazat nélküli hidro-mechanikus kialakítás Elővezérelt szabályozó szelep Munkaolaj Szabályozó-olaj y tu Elfolyás s 1 s 2 = x a G x e =n Elfolyás Tolattyú Röpsúlyok Hüvely

202 Elektro-hidraulikus kialakítás H: helyzetszabályozás y tu M H E 2 PI - + Y 5 1 P - + S 4 3 n 6 G P v érzékelő szondák impulzus kerék 1-fordulatsz.szabályozó 2-helyzetszabályozó 3-határoló 4-gyorszáró funkció 5-linearizáló 6-kiválasztó/jelátalakító

203 Terhelésledobás T f - felfutási idő (paksi gép: 13 sec) T h - holtidő T l - látszólagos holtidő T z - zárási idő T m - működési idő P v t o t 0,1T f n t = 1,1*n 0 n t n max = 5-8 % Befolyásolják: Statizmus Frissgőznyomás Tárolóterek nagysága és helye Szelepmozgatás sebessége n max n ü n o y T h T l t X P n max y ü T z t T m

204 Funkciók: Aut indítás/leállítás, szinkronizálás Terhelésledobás háziüzemre és üresjáratra Üzemi fordulatszámszabályozás Teljesítményszabályozás Primer szabályozás Max. teljesítmény korlátozó szabályozás Kézi teljesítmény változtatás Előnyomás szabályozás Min. nyomáshatároló szabályozás

205 Szabályozások: helyzet fordulatszám teljesítmény nyomás A paksi gépek szabályozásának elvi kialakítása (DIGIREC-920) p G s - + Átlag p G2 s - + p G1 5 PI PI 6 Vegyes szab. MIN kiválasztó s 8 9 H p sz PI + E FSz Y - 7 i p 10 y TU 10 MW/bar -1 1 Helyzet szabályozás I PI 3 1 P ETV T + s + - K + K f n P v n 2/3 s + Ford.szám érzékelés * P v0 s - n 0 G P v m Gtu

206 Szabályozások: helyzet fordulatszám teljesítmény nyomás A paksi gépek szabályozásának elvi kialakítása (DIGIREC-920) p G Megvalósítja Átlaga s + s - + PI Helyzetszabályozás PI fölérendelt szabályozók végrehajtó jeleit Gyors működésű: nyitásnál < 10 s, zárásnál < 1 s, mindig lengésmentes Kézi teljesítményszabályozás alapjel p G2 p G1 változtatással (operátor) --- tkp. fordulatszám-elállítás Vegyes szab. MIN kiválasztó s 8 9 H p sz PI + E FSz Y - 7 i p 10 y TU m Gtu 10 MW/bar Helyzet szabályozás + y TU (mm) + 2 I PI 3 1 P ETV T + s + - K + K f n P v n 2/3 s + Ford.szám érzékelés * P v ,8 10,4 p sz (bar) s - n 0 G P v

207 Szabályozások: helyzet fordulatszám teljesítmény nyomás A paksi gépek szabályozásának elvi kialakítása (DIGIREC-920) p G s - + Átlag p G2 s - + p G1 5 PI PI 6 Vegyes szab. MIN kiválasztó + védelem - (ETV) i p E Hatására 9 a H FSz Y 7 Gyorsulás s 10 y TU 10 MW/bar 3060 rpm és 60 8 PI rpm/s fölött lép be Helyzet szabályozás főszervo p azonnal lezár I PI 3 1 P ETV T + s + - K + K f n P v n 2/3 s + Ford.szám érzékelés * P v0 s - n 0 G P v m Gtu

208 Szabályozások: helyzet fordulatszám teljesítmény nyomás A paksi gépek szabályozásának állítja be elvi kialakítása (DIGIREC-920) 4 MW p G s - + Átlag p G2 s - + Teljesítmény szabályozás Alapjelet az operátor 10 MW/bar Primer szabályozás csak Vákumromlás 5 aut. p G1 Vegyes szab. -1 T üzemmódban lehet 1 alapjelcsökkentést PI vált ki Szabályozó I-tulajdons., tehát PI hibamentes Telj.korlátozó 6 szab.(pi): MIN kiválasztó leterhelés, Yamíg a telj. nagyobb az alapjelnél 7 + Újrahevítő-fűtés kiesése: + korl.szabályozó s - alapjele 100 MW lesz 8 PI FSz 10 y TU Helyzet szabályozás i VEGYES szabályozás: p E nyomás 9 Hszerinti p korlátozás sz I PI 3 1 P ETV T s mhz K + K f n P v0 P (MW) mhz holtsáv + - n 2/3 s + Ford.szám érzékelés * P v0 s MW n 0 G f (mhz) P v m Gtu

209 Szabályozások: helyzet fordulatszám teljesítmény nyomás A paksi gépek szabályozásának elvi kialakítása (DIGIREC-920) p G s - + Átlag p G2 s - + p G1 5 PI PI 6 Vegyes szab. MIN kiválasztó s 8 9 H p sz PI + E FSz Y - 7 i p 10 y TU 10 MW/bar -1 1 Helyzet szabályozás I PI 3 1 P ETV T + s + - K + K f n P v n 2/3 s + Ford.szám érzékelés * P v0 s - n 0 G P v m Gtu

210 A paksi gépek szabályozásának elvi kialakítása (DIGIREC-920) Szabályozások: helyzet fordulatszám s - + p G Átlag s PI PI 6 MIN kiválasztó + s 8 PI Y 7 - Helyzet szabályozás I PI 3 1 P ETV s + - K + K f n P v n 2/3 s + * P v0 s - n 0 P v teljesítmény nyomás p G2 9 p sz E H FSz i p 10 T Ford.szám érzékelés G p G1 y TU m Gtu

211 Fordulatszám felfuttatás indításnál különböző kiinduló állapotokban 3000 n (1/min) 2000 Krit. ford.szám tartomány (600 rpm/min) Kritikus. ford.szám tartomány (600 rpm/min) 1000 Forró ( >150 C): 275 rpm/min Meleg ( >100 C): 200 rpm/min Hideg ( <100 C): 100 rpm/min Idő (min)

212 Gőztermelő-oldali zavarások p G G y Tu Gőzturbina mint SZAKASZ n P V Részfolyamatok: Forgó tömegek - Gőztárolás... - Energiaátalakítás Fogyasztó-oldali zavarások

213 + - M T /M o n/n o M G /M o 1 T f s Forgó tömegek (mechanikai energia tárolása): 2 2 T G d P P dt T G d M M dt o G T o o o M M M M n n dt d o 2 o o o f P M T o G T f o 1 M M M T n n dt d o G T f o G T f o 1 1 P P P T M M M T n n dt d Legyen: Blokkvázlatban

214 Gőztárolás és energiaátalakítás p, G G ytu mgtu A turbina elvi vázlata: mg1 mg2 mgn, M T mcs1 mcs2 mcsn pko Koncentrált paraméterű fizikai modell: E 1 E 2 E n-1 E n p G y TU p Ko G p 1, V 1 p 2, V 2 p n, V n m Gtu mg1 mg2 mgn-1 m Gn mcs1 mcs2 mcsn

215 Tároló+fokozat modellje Tárolás: E i m G i-1 m Gi p i, V i p i+1 Energiaátalakítás: m Csi P Ti m Csi p i p i+1 mg i-1 p i E i P Ti m Gi Szelep:

216 Egyszerűsített kialakítás: A paksi turbina lineáris modellje Tárolók: 1- kerékszekrény térfogat 2- NNy ház + NE-k gőztérfogata 3- cseppleválasztó +újrahevítő 4- KNy ház + KE-k gőztérfogata. m Gtu 1 y tu NT m Cs2 m Cs3 3 CsTH m Cs4 KT n P T G P v 2 4 p Ko Fizikai modell: E 1 E 2 E 3 E 4 p G G y TU 1 M T1 M T2 M T3 M T p Ko m Gtu mg1 mcs2 mg2 mcs3 mg3 m Cs 4 mg4