Irányítástechnika II

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 06 1 463 2559

Tartalom fejezet alkalom 1. Irányítások realizálása 1. 2. 2. Teljesítményszabályozás 3. 4. 3. A gőztermelés szabályozása 5. - 6. 4. Gőzturbinák szabályozása 7. 8. Követelmények A vizsgaidőszakban: vizsga

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

Ajánlott irodalom Czinder Jenő: Atomerőművi Folyamatszabályozás Vázlatos előadásanyag az Irányítástechnika II. című szakmérnöki tárgyhoz Czinder Jenő: Erőművek szabályozása. Műegyetemi Kiadó, 2000. Azonosító szám: 45058 Gu nter Klefenz: Die Regelung von Dampfkraftwerken. BI-Wiss.-Verl., 1991 (4. kiadás)

Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál szentannai@energia.bme.hu 1. IRÁNYÍTÁSOK REALIZÁLÁSA

1.1. Hierarchikus irányítási struktúra

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.

Inherens védelmek példa: hasadó tárcsák, biztonsági szelepek.

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

Inherens védelmek példa: atomerőmű, biztonságvédelmi rudak.

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

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

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

Huzalozott (relés) védelmek, működtetések Schmid

Huzalozott (relés) védelmek, működtetések Schmid

Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál szentannai@energia.bme.hu 1.2. Nem digitális megoldások

Lipták

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

Mechanikus fordulatszám-szabályozó.

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

Mechanikus fordulatszám-szabályozó. Madrid

Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál szentannai@energia.bme.hu 1.3. Terepi műszerezés, távadók

Nukleáris mérések

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

Nyomásmérés műszerállványra szerelve szelepcsoport impulzuscső. Schneider

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

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

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

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

Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál szentannai@energia.bme.hu 1.4. Kábelezés, buszok

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

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

Kábelezés belső huzalozás - tömszelence ; átmérő.

PROFIBUS (Process Field Bus) - szabványos (DIN 19 245 már megint német!) - zseton (token) körbeadása - aktív: önálló adatküldés, -kérés (gyakran csak egy); max. 32 - passzív: felszólításra reagál (nyugtáz, adatot küld...) - lineáris-, fa struktúra - árnyékolt sodort érpár: 1200 m; utána: repeater Schmid

. 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. 1200 m További terepi buszrendszerek: fizikai szintű szabványok: RS-485 (EIA-485).

Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál szentannai@energia.bme.hu 1.5. Beavatkozók - főleg: szelepek

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

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

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

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

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

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

Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál szentannai@energia.bme.hu 1.6. Digitális szabályozó eszközök

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

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

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.

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

Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál szentannai@energia.bme.hu 1.7. Szabályozások programozása

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

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

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

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.

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

Vezérlés programozása - példa; nem kell pontosan reprodukálni Lipták

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

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

Vezérlés programozása utasításlista (AWL: Anweisungsliste) LD LSH001 OR %M0001 ANDN LSL002 AND %I0001... - példa; nem kell pontosan reprodukálni.

Vezérlés programozása az európai jelölésrendszer IEC 61131-3 FUP, Funktionsplan (FBS, Funktiosbausteinsprache) [alfanumerikus képernyők óta] KOP, Kontaktplan AWL, Anweisungsliste ST, Strukturierter Text Früh

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

Lefutó vezérlés..

- lentről kezdjük 1.9. Kezelői kapcsolatok

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

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!.

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

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

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

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

Vezénylő - az elektronikus irányítás kezdete (Aj2007)

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

Vezénylő - az USA-ban elterjedt Honeywell

Vezénylő - Vezénylő optimalizáló munkahelyek PowerGen

Vezénylő Csordás (ÉB)

Vezénylő Csordás (Paks)

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

Vezénylő

Vezénylő - MAVIR rendszerirányító (régebben: Teherelosztó) Csordás

- KKS - P&I diagram 1.10. Azonosítás erőműn belül

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.

KKS. Lindsley

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

KKS kazán részrendszerekre bontása. Nagy D.

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

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.

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

P&I diagram (távadó helyi kijelzővel)..

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

P&I rajzrészlet példák. Nagy D.

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

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.

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

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

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

Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál szentannai@energia.bme.hu 2. TELJESÍTMÉNYSZABÁLYOZÁS Magas szintű feladatok (top-down) - Villamosenergia rendszer szabályozása - Blokkszabályozás

Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál szentannai@energia.bme.hu 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)

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

Rendezett teljesítmény-idő diagram: tartamdiagram 100 80 60 40 20 P(%) Csúcsterhelés Középterhelés Alapterhelés a.) Üzemvitel szerint: - Alaperőmű: > 7000 h/év - Menetrendtartó erőmű: 2000-7000 h/év - Csúcserőmű: < 2000h/év Ha eltérés van termelés-igény között: 0 0 2000 4000 6000 8000 h/év b.) Fogyasztói igényre való reagálás szerint: - aktív: igényváltozásra reagál - passzív: igényváltozásra nem reagál

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

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).

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.

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..

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..

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.)..

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)..

2.1. Teljesítmény-frekvencia szabályozás (LFC) Menetrend Lassú: 15 min alatt Integráló rész is van Gyors : 15-30 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

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

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

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 -200-150 -100-50 P (MW) 20 15 10 5 40 mhz holtsáv 4 MW 50 100 150 200 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 -10-15 -20-16 MW TERCIER SZABÁLYOZÁS

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 10-15 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

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

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

Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál szentannai@energia.bme.hu 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

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

..

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

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) 0 100 50 f P fordulatszámelállítás

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

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

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.

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.

III. Integrált blokkszabályozás: Korlátok Igény AK f Min 5 x ap P 2 1 6 3 4 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

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

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

Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál szentannai@energia.bme.hu 3. A GŐZTERMELÉS SZABÁLYOZÁSA

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)

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

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.

(Aktív turbinás blokkszabályozáshoz) Szekunderoldali gőznyomás szabályozás Kapcsolás és statikus jelleggörbe - P + 2 PI 1 - + S Rk M p G PR Rb 0 100 s p s. Q R (%)

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)

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 0 100 Rk PR Rb s p s. Q R (%)

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)

Primerköri átlaghőmérséklet szabályozás kapcsolásai: - P + 2 PI 1 - + S a.) Kaszkád: a fluxus kisegítő jellemző M + + 1- hőmérséklet szabályozó 2- fluxus szabályozó a.) S + P PD + - - 2 1 M + + S b.) Közvetlen rúdmozgatással b.)

Kombinált (a) és kompromisszumos (b) szabályozás Rk Rk PR PR 0 100 Rb s p s. Q R (%) Rb s p s. Q R 0 100 (%) a. b.

Kombinált jg. szerkesztése Rk PR Rb s 0 100 Állandó nyomás Állandó hőmérséklet p s. Q R (%)

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

Egy valós kombinált szabályozási jelleggörbe (Neckar-II, Németo.) 330 320 310 Rk PR 300 290 Rb 90 80 70 60 p Gmax p G p Gmin 0 20 40 60 80 100 Teljesítmény (%)

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

Az RTSz (ARM5) szabályozó felépítése 3 2 1 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

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:

Az Rn szabályozó működésének bemutatása szimulációval Xa Xr Xv Control Clock Xb X To Worksp simout n(%) 99.17 0.80 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) 1363.32 Simulink modell

Rn - + K AD x v Hajtás y R Reaktor S alapjel (%) 110 100 90 A fluxus-szabályozási kör átmeneti függvényei alapjel változásra (d = 2 %, h = 1 %) Xv 80 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 1 0-1 yr (m) 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 1.4 1.2 1 0.8 105 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 fluxus (%) 100 95 90 85 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 idö (sec)

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

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

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.

A nyomásszabályozó átmeneti függvényei, ha p hirtelen megnőtt. X r =p 0 -p. Xr,p (%) 0-2 -4-6 40 60 80 100 120 140 160 180 200 2 Xv 1 0-1 40 60 80 100 120 140 160 180 200 yr (m) 1 0.8 0 40 60 80 100 120 140 160 180 200 fluxusvált.(%) -5-10 -15 40 60 80 100 120 140 160 180 200 idö (sec)

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

3.2.1. 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

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 1...6 l Keletkezés kn l NK n l Bomlás n : későneutron frakció C : anyamag koncentráció : bomlási állandó i i i

Későneutron paraméterek termikus hasadásra (U-235) Csoport (i) i i (s -1 ) T i =1/ ;(s) i 1 0,000266 0,0127 78,75 2 0,001492 0,0317 31,54 3 0,001317 0,1150 8,69 4 0,002851 0,3110 3,22 5 0,000897 1,40 0,71 6 0,000182 3,87 0,26 Effektív 0,007005 0,0784 12,76 Szimulációnál problémák!

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

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 1.15 1.1 Stacioner esetben: n = - S l/ Önbeálló viselkedés Dro=+0,001 Relatív neutronsürüség (n/n0) 1.05 1 0.95 Dro=-0,001 0.9 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 idö (sec)

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

Az egyenletek megoldása szimulációval (Matlab/Simulink) Üzemi tartomány. Kiinduló egyensúlyi állapot: k =1 és 0 (kritikus reaktor) 2.5 2 Dro=+0,001<Beta Relativ neutronsürüség 1.5 1 1 0,8 0.5 n/n0 0,6 0.2 Dro = -0,001 0 10 20 30 40 50 60 70 80 idö (sec) 0,2 0 0 100 200 300 400 500 idö (sec)

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.

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 0,8824-106,250 0,1176-0,118-0,002 0,7895-59,375 0,2105-0,105 reaktor leáll 0 < < 0,001 1,1538 81,250-0,1538-0,154 0,002 1,3636 34,375-0,3636-0,182 szuperkritikus 0,008-15,000-0,781 16,000 2,000 prompt szuper kritikus

Az egyenletek analitikus megoldása Reaktor szuperkritikus Reaktor prompt-szuperkritikus

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

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

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

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

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

b.) Moderátor hőmérséklet-tényező munkapont-függése: m (1/K) 2 0 c B = 2000 ppm 1500 ppm -2 1000 ppm -4-6 500 ppm 0 ppm 0 100 200 300 m ( C)

Statikus jelleggörbe -10 Rmax -8-6 R (%) -4-2 1 2 R 0 0 y R 20 40 60 80 100 y R (%)

3.2.1. Reaktordinamika, a reaktor eredő viselkedése 0.75 Rúdbetolás (m) 123 pfk(bar) Hõmérsékletek DyR Rúdhelyzet DyR1 ro Clock MR(kg/s) 9055 TRb(fokC) 267 0.025 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.

3.2.1. 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 DyR1 0.025 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

Reaktordinamika, reaktor eredő viselkedése rúdhelyzet-változásra Rúdhelyzet (m) 1.2 1 0.8 0.6 150 200 250 300 350 1 x 10-3 11 x 107 Reaktivitás 0 N.sürüség 10 9-1 150 200 250 300 350 8 150 200 250 300 350 Üa.hömérs. ( C) 630 620 610 600 150 200 250 300 350 Átlaghöm. ( C) 282 281.5 281 280.5 150 200 250 300 350 297 1400 Kilépö höm.( C) 296 295 294 150 200 250 300 350 idö (s) Höteljes. (MW) 1350 1300 1250 150 200 250 300 350 idö (s)

1.2 Reaktordinamika, reaktor eredő viselkedése rúdhelyzet-változásra Rúdhelyzet (m) Reaktivitás 1.2 1 0.8 0.6 1 x 10-3 0 150 200 250 300 350 N.sürüség 11 x 107 10 9 Rúdhelyzet (m) Reaktivitás 1 0.8 0.6 140 160 180 200 220 5 x 10-4 0-5 -10 140 160 180 200 220-1 150 200 250 300 350 8 10 x 107 150 200 250 300 350 Üa.hömérs. ( C) 630 620 610 600 150 200 250 300 350 Átlaghöm. ( C) 282 281.5 281 280.5 N.sürüség 9.5 9 140 160 180 200 220 150 2001400 250 300 350 Kilépö höm.( C) 297 296 295 294 150 200 250 300 350 idö (s) Höteljes. (MW) 1400 1350 1300 1250 Höteljes. (MW) 1350 1300 1250 140 160 180 200 220 150 200 250 300 350 idö (s) idö (s)

Reaktordinamika, reaktor eredő viselkedése belépő-hőmérséklet 274 változásra: +5 C R.be-hömérs.( C) 272 270 268 266 150 200 250 300 Reaktivitás 2 x 10-4 0-2 -4-6 -8 150 200 250 300 N.sürüség 10 x 107 9.5 9 8.5 150 200 250 300 Üa.hömérs.( C) 640 620 600 580 150 200 250 300 Átlaghöm.( C) 286 284 282 280 150 200 250 300 R.ki-hömérs.( C) 299 298 297 296 150 200 250 300 idö (sec) Teljesítm.(MW) 1400 1300 1200 1100 150 200 250 300 idö (sec)

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 1 2 3 4 5 6 + + v

A zóna stabilitásvizsgálata Bode-diagramban Felnyitott hurok átviteli függvénye: zérus helyek R ü 1 2 3 4 5 6 + + v erősítés Az átviteli függvény paraméterei kb. paksi adatokkal: pólushelyek ZPK forma

Reaktorzóna lineáris modellje A zóna stabilitásvizsgálata Bode-diagramban: 60 Bode Diagram Magnitude (db) 40 20 0-20 -40-60 8,4 db z 1 p 3 p 4 z 2 p2-80 -100-120 -45-90 Phase (deg) -135-180 10-3 10-2 10-1 10 0 10 1 10 2 10 3 Frequency (rad/sec)

A zóna stabilitásvizsgálata Bode-diagramban: A 0 =A NK A n1 A Q1 ( ü +A ü m )= =4,5253*10 4 (3*10-5 +1,632*10-5 )=2,0961

3.2.2. 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

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

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

A szakasz további részeinek modelljei

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

A szakasz válaszai rúdkihúzásra (szimuláció) y R. Q R m. m G Rel.rudhelyzet Teljesítm. (MW) Átlaghöm.( C) Gözáram1(kg/s) 0.6 0.55 Fluxusvált. (%) 0.5 0 50 100 150 200 250 6 4 2 1440 1420 1400 0 0 50 100 150 200 250 1380 0 50 100 150 200 250 283 282 281 280 0 50 100 150 200 250 127 126 125 124 0 50 100 150 200 250 Qm Qgp p G Göznyomás(bar) 45.2 45 44.8 44.6 44.4 0 50 100 150 200 250 idö (sec

3.3.1. A primerköri nyomás szabályozása Elvi kapcsolás. m B Gőzlefuvatás. m B Befecskendező szelepek 12. Q vf Víz 4 8 8 12 160 165 170 155 157 Fűtőelemek Lefúvatószelepek p PR (bar) R 5x150 Rk p PR - + S MCs 10x150 14x150. Q (kw) vf A szabályozó statikus jelleggörbéje

3.3.1. A primerköri nyomás szabályozása A paksi szabályozó statikus jelleggörbéje. m BF (kg/s) 119 120 121 II 122 23,00 17,25 11,50 5,75 123 I 180 360 4 3 2 1 Lefuvatás 126 128 130 132 p pr (bar) IIII 720 IV V 1080 1620 Blokk teljesítménynöveléssel módosult: Fűtés be-ki értékek 0,75 bar-al nőttek Első 180 kw folytonos LQ-szabályozás P v (kw)

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

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

10 Rel.rudhelyzet Teljesítm. (MW) Átlaghöm.( C) Beavatkozási dinamika 0.55 Fluxusvált. (%) 0.6 0.5 0 50 100 150 200 250 6 4 2 1440 1420 1400 0 0 50 100 150 200 250 1380 0 50 100 150 200 250 283 282 281 280 0 50 100 150 200 250 1 VVA H ( t) m ( t) m ( t) dt ( t) GF T G VA F F VA V VA V Gözáram1(kg/s) Göznyomás(bar) 127 126 125 124 0 50 100 150 200 250 45.2 45 44.8 44.6 44.4 Qm Qgp 0 50 100 150 200 250 idö (sec y R (cm) p G (bar) H GF (mm) H TK (mm) 5 0 4 2 0 1 0,5 0 0-10 -20-30 150 100 50 100 t, sec 200 0 2 p PR (bar) 1 0

0 100 t (sec) 200 Zavarási dinamika y TU (mm) p G (bar) -20-40 1,5 1 0,5 0 0-2 -4 1 VVA H ( t) m ( t) m ( t) dt ( t) GF T G VA F F VA V VA V H GF (mm) 30 20 10 0-10 100 H TK (mm) p PR (bar) 50 0 1,5 1 0,5 0

Irányítástechnika II Dr. Szentannai Pál szentannai@energia.bme.hu 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

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

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

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

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

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

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

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

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

Funkciók: indításnál normál üzemben terhelés ledobásnál n (min -1 ) Túlfordulat-védelem (gyorszáró műk.) 3300 3150 3000 99 % Cél-fordulatszám 100 rpm/min Hálózaton Szinkronizálás 350-500ms 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 + + 2 I PI 3 1 P ETV T + s + - K + K f n P v0 4 + - n 2/3 s + Ford.szám érzékelés * P v0 s - n 0 G P v m Gtu

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 - 5 6 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 -1 1 320 272 Helyzet szabályozás + y TU (mm) + 2 I PI 3 1 P ETV T + s + - K + K f n P v0 4 + - n 2/3 s + Ford.szám érzékelés * P v0 0 4 7,8 10,4 p sz (bar) s - n 0 G P v

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 -1 1 + + 2 I PI 3 1 P ETV T + s + - K + K f n P v0 4 + - n 2/3 s + Ford.szám érzékelés * P v0 s - n 0 G P v m Gtu

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 + -200 2 I PI 3 1 P ETV T -100 + s + - 40 mhz K + K f n P v0 P (MW) 10-10 4 40 mhz holtsáv + - n 2/3 s + Ford.szám érzékelés 100 200 * P v0 s - -16 MW n 0 G f (mhz) P v m Gtu

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 + + 2 I PI 3 1 P ETV T + s + - K + K f n P v0 4 + - n 2/3 s + Ford.szám érzékelés * P v0 s - n 0 G P v m Gtu

A paksi gépek szabályozásának elvi kialakítása (DIGIREC-920) Szabályozások: helyzet fordulatszám s - + p G Átlag s - + 5 PI PI 6 MIN kiválasztó + s 8 PI Y 7 - Helyzet szabályozás + + 2 I PI 3 1 P ETV s + - K + K f n P v0 4 + - 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

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 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Idő (min)

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

+ - 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

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

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:

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 T4 2 3 4 p Ko m Gtu mg1 mcs2 mg2 mcs3 mg3 m Cs 4 mg4

A lineáris modell blokkvázlatban (csapolások elhanyagolva) YTu Hajtás Δm m Gtu Gtu T 1 Δm m G1 G1 K 1 1 M T1 + + M T + - T f Tengely n Δm m T G2 2 K 2 G2 2 M T2 + + M G Δm m T G3 3 K 3 G3 3 M T3 + + T Δm 4 G4 K 4 4 m G4 M T4