Курсовая работа (т): Разработка и анализ структурной схемы автоматической системы управления на АЭС

Разработка и анализ структурной схемы автоматической системы управления на АЭС

Курсовая работа

Разработка и анализ структурной схемы автоматической системы управления на АЭС

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Принципы и режимы управления. Выбор и обоснование программы управления энергоблоком

.1 Работа энергоблока АЭС в базовом режиме

.2 Принципы и режимы управления

Разработка схемы АСУ ТП ЭБ АЭС

.1 Унифицированный комплекс технических средств

.1.1 Технологическая сигнализация

.1.2 Технологические защиты и блокировки

.1.3 Управление ЗРА, насосами, пневмоарматурой и предохранительными устройствами

.2 Технологический и теплотехнический контроль на АЭС

.3 Регулирование технологических параметров

.4 СУЗ реактора ВВЭР-1000

.4.1 Программно-технический комплекс СГИУ - М

.4.2 Программно-технический комплекс АРМ, РОМ, УПЗ

.4.2.1 Режимы работы АРМ

.4.2.2 Рабочие режимы РОМ

.4.2.3 Алгоритмы группы функций УПЗ

.4.3 Программно-технический комплекс АЗ-ПЗ

.4.4 Электропитание СУЗ напряжением 220В

.5 Система управления турбиной

.6 Система внутриреакторного контроля

.7 Система контроля нейтронного потока

.8 ИВС энергоблока

.9 Система управления ступенчатым пуском

.10 Посты управления энергоблоком

Регуляторы БРУ-К.

Приложение А

Приложение Б

автоматическое управление турбина электропитание энергоблок

ВВЕДЕНИЕ

Стратегией развития ядерной энергетики планируется поддержка на протяжении 2006 - 2030 гг. части производства электроэнергии АЭС на уровне, достигнутому в 2005 году (то есть, около половины от суммарного годового производства электроэнергии в Украине).

Автоматическое управление является более точным, быстродействующим и эффективным по сравнению с ручным управлением, поэтому тенденция его повсеместного внедрения, глубоко оправдана. Автоматизация в промышленности означает дальнейший рост производительности труда, в военном деле - колоссальное повышение эффективности использования боевых и технических средств. Современная автоматизированная система состоит из большого количества вычислительных машин, соединённых в один могучий комплекс управления, в котором координирующее действие и контроль осуществляет человек.

В последнее время атомные электрические станции (АЭС) вышли на уровень производства электроэнергии, соответствующий тепловым (ТЭС) и другими электростанциям, а в некоторых странах (Франция, Япония, Украина) обошли их. Однако вместе с тем ядерная энергетика выдвинула серьезные требования к решению проблем предотвращения аварий (особенно после чернобыльской катастрофы), прогнозирование и профилактика которых тесно связаны с работой систем автоматического управления (САУ).

Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) содержат различные подсистемы, сочетающие в себе централизованные и децентрализованные средства контроля и управления. Они требуют значительного количества и разнообразия средств измерений, обеспечивающих выработку сигналов измерительной информации в форме, удобной для дистанционной передачи, сбора, дальнейшего преобразования, обработки и представления её оператору.

АСУ ТП призвана решать три основные группы функций:

информационные;

управляющие;

вспомогательные.

В информационные функции входят сбор, обработка, распределение и представление информации о работе оборудования и ходе ТП, а также выполнение расчетов, связанных с эффективностью работы технологического оборудования.

К управляющим функциям АСУ ТП относится выработка управляющих сигналов на различные регуляторы, предназначенные для поддержания контролируемых параметров на заданном уровне.

Эти сигналы формируются посредствам сравнения сигнала измерительной информации, характеризующего состояние измеряемой среды, с сигналом - уставкой.

На АСУ ТП возложено огромное количество функций, выполнять которые человек, каким бы он подготовленным не был, просто не в состоянии. Сбой или отказ любого компонента АСУ ТП неизбежно приведет к нарушению работы всего предприятия. Поэтому к элементам АСУ ТП АЭС предъявляются достаточно высокие требования:

большой срок службы;

обеспечение возможности проверки работоспособности аппаратуры, а также контроля параметров технологического процесса при подготовке к пуску и при работающем реакторе без его остановки, без нарушений функции системы и работоспособности реакторной установки;

аппаратура АСУ ТП обеспечивает возможность неоперативного изменения заданных значений параметров настройки, а также уровней срабатывания аварийной защиты и предупредительной сигнализации;

устойчивость к климатическим и механическим воздействиям и т.д.

Проблемы надежности АСУ ТП предприятий:

стремление к росту производственной мощности, приходящийся на один технологический агрегат;

увеличение количества аппаратуры и систем автоматики;

повышение мощности агрегатов;

расширение функций, выполняемых аппаратурой автоматики;

интенсификация производственных процессов;

рост сложности аппаратуры и систем;

более медленный рост уровня надежности комплектующих элементов по сравнению с ростом их числа в аппаратуре;

увеличение важности выполняемых функций;

усложнение условий эксплуатации.

Анализируя обстановку, сложившуюся в настоящее время на крупных предприятиях и особенно на АЭС, становится очевидно, что разработка АСУ ТП является первостепенной задачей при проектировании любого промышленного объекта.

1 Принципы и режимы управления. Выбор и обоснование программы управления энергоблоком

1.1 Работа энергоблока АЭС в базовом режиме

До настоящего времени не решена задача создания достаточно емких электрических аккумуляторов, которые были бы способны накапливать энергию, которая вырабатывается ТЭС или АЭС. Поэтому в современных условиях производство электрической энергии в каждый момент времени должно соответствовать ее потреблению.

В суточном графике электрических нагрузок в энергосистеме (рисунок 1.1) можно выделить базовую, полупиковую и пиковую области. В пределах базовой области, ограниченной сверху ординатой соответствующей минимальной суточной (ночной) нагрузке, потребляемая мощность не меняется в течение суток. Пиковые области соответствуют утреннему и вечернему пикам нагрузки длительностью 3-4 часа и ограниченны снизу ординатой, соответствующей минимальной дневной нагрузке. Между ними располагается полупиковая область протяженностью 16-18 часов.

Рисунок 1.1 - Суточный график нагрузки энергосистемы

Основными показателями, характеризующими графики электрических нагрузок, являются коэффициент неравномерности

,

представляющий собой отношение минимальной суточной нагрузки Р_min к максимальной Р_max , и коэффициент заполнения

,

где Р - текущая нагрузка, соответствующая произвольному моменту времени t;

τ - продолжительность суток.

Коэффициент заполнения представляет собой отношение площади под кривой графика нагрузок к площади под ординатой, соответствующей максимальной суточной нагрузке. Последняя из этих площадей характеризует электроэнергию, которая была бы выработана при максимальной нагрузке оборудования в течение суток. Площадь под кривой фактического графика нагрузок характеризует действительно выработанное количество электроэнергии.

1.2 Принципы и режимы управления

Все многообразие эксплуатационных режимов энергоблоков АЭС может быть сведено к трем большим группам: нормальные режимы, режимы с ограничениями технологических параметров и аварийные режимы.

Нормальным режимам эксплуатации относятся все стационарные и переходные режимы энергоблока, с основной технологической задачей энергоблока - выработкой заданного количества энергии, при которых все технологические параметры, определяющие надежность оборудования, находятся в пределах, разрешенных правилами технической эксплуатации и другими нормативными документами. В числе нормальных режимов - пуски энергоблока из разных исходных состояний; стационарные режимы при любом уровне мощности в пределах регулировочного диапазона; переходные режимы, связанные с изменением мощности энергоблока; плановые остановы; расхолаживание реактора; перегрузка топлива. В число стационарных режимов входят режим работы с номинальной мощностью (номинальный режим) и режимы работы с мощностью, меньшей номинальной. Такие режимы называют режимами работы с частичными нагрузками или частичными режимами. Совокупность различных стационарных режимов обычно называют переменными режимами энергоблока. В стационарных нормальных режимах блок может работать неограниченно долге время. В нормальных режимах энергоблок работает подавляющую часть своего срока службы.

В процессе эксплуатации энергоблока (ЭБ) иногда возникают нештатные ситуации, связанные с отказом части входящих в состав блока параллельно работающих агрегатов (например, одного-двух главных циркуляционных насосов - ГЦН) или с такой неисправностью того или иного элемента блока, при которой этот элемент не может работать при каких-либо режимах, но вполне может продолжать функционировать в других режимах. В таких нештатных ситуациях не требуется останов блока, он может продолжать работу с определенными ограничениями мощности или иных технологических параметров. Ремонт же вышедшего из строя оборудования может быть произведен без останова блока или отложен до его очередного планового останова.

Эту группу режимов называют режимами с ограничениями технологических параметров (нештатными режимами). Поскольку причины, вынуждающие ограничивать технологические параметры, различны, эта группа режимов, при сравнительно малом времени работы в них, весьма обширна. Продолжительность непрерывной работы в нештатном режиме обычно не ограничивается.

Аварийные режимы связаны с отказом или повреждениями тех или иных элементов блока, отклонением за допустимые пределы технологических параметров, что создает угрозу безопасности дальнейшей эксплуатации блока. В таких режимах требуется либо немедленный останов блока, либо, в отдельных случаях, немедленное глубокое снижение его мощности до тех пределов, при которых восстановятся допустимые значения технологических параметров, с дальнейшим ограничением разрешенных значений мощности.

Среди многообразия аварийных режимов особое место занимают те режимы и ситуации, которые могут привести к повреждению ядерного топлива или к радиоактивному загрязнению помещений станции, а тем более к радиоактивному загрязнению территории за пределами станции, а также иметь другие последствия, влияющие на ядерную и радиационную безопасность АЭС. К таким режимам относятся, в частности, аварийные режимы, связанные с незапланированным изменением реактивности реактора; режимы работы с аварийным сокращением расхода теплоносителя активной зоной или отдельными технологическими каналами реактора, а также расхода питательной или подпиточной воды; режимы работы с появлением неплотностей, приводящих к большим или малым течам теплоносителя, а также из отдельных технологических каналов; режимы работы с нарушением герметичности оболочек ТВЭЛов и увеличением активности теплоносителя; режимы работы с повреждением главных паропроводов АЭС; режимы работы с потерей электрического питания (обесточиванием) цепей собственных нужд АЭС и другие.

Автоматизированное управление ЭБ может быть организованно на основе следующих основных принципов:

принцип управления по отклонению регулируемой величины от заданного значения;

принцип управления по возмущению (принцип компенсации);

комбинированный принцип управления.

Принцип управления по отклонению

В основу этого принципа положена зависимость между перемещением регулирующего органа и отклонением регулируемой величины от заданного значения.

Регулируемый параметр х(t) сравнивается с заданным у(t) и на основании разности этих величин  вырабатывается регулирующее воздействие g(t).

 - закон управления по отклонению.

АУУ - автоматическое управляющее устройство;

ОУ - объект управления.

В САР основанной на данном принципе используется обратная связь (ОС), то есть фактическое значение регулируемой величины с выхода подаётся на вход системы для сравнения с заданным значением и формирование регулирующего воздействия.

Достоинства метода: универсальность, простота.

Недостатки: малое быстродействие, ошибка регулирования.

Принцип управления по возмущению

В основу этого принципа положена зависимость между перемещением регулирующего органа и значением возмущающего воздействия.

Сущность принципа состоит в том, что из различных возмущений выбирается одно главное возмущение, на которое и реагирует САР.

 - закон управления по возмущению.

Достоинства метода: быстрая реакция на возмущение.

Недостатки: этот метод не учитывает все возмущения, все возмущения в основном внутренние.

Комбинированный принцип управления

Этот метод объединяет в себе два предыдущих метода.

 - закон регулирования комбинированного типа.

1.3 Выбор и обоснование программы регулирования

На блоках с реакторами ВВЭР получили распространение следующие программы регулирования:

) с постоянной средней температурой теплоносителя в 1-м контуре;

) с постоянным давлением во 2-м контуре;

) компромиссная программа с умеренным изменением обеих величин;

) комбинированная программа с Р_п=cosnt при малых нагрузках и t_ср^т/н =const при больших нагрузках.

Рассмотрим программы регулирования, которые получили распространение на АЭС в Украине.

Программа t_ср^т/н=const (рисунок 1.5) наиболее благоприятна для 1-го контура. По этой программе для изменения мощности реактора требуется внести наименьшую реактивность (перемещение регулирующих стержней). Кроме того, при работе блока по этой программе объем теплоносителя 1-го контура постоянен, вследствие чего уменьшаются требуемые размеры компенсатора давления и облегчается работа их систем регулирования. Недостатком этой программы является повышение давления пара при снижении мощности. Это вызывает необходимость утяжеления оборудования 2-гго контура.

При этом термический КПД цикла остается низким при всех мощностях, так как на номинальной мощности Р_п, поступающего на турбину, ниже допускаемого по условиям работы 2-го контура, а ан пониженной мощности, когда давление пара велико, КПД также низок из-за незначительного перепада давления на регулирующих клапанах. Указанные недостатки привели к тому, что эта программа уступает место более совершенным. Программа с постоянным давлением во втором контуре Р_п = const (рисунок 1.6) позволяет повысить КПД цикла в номинальном режиме при той же стоимости оборудования второго контура. Кроме того, поскольку во 2-м контуре давление (и температура) постоянны, в оборудовании контура не возникают термические напряжения при изменении мощности. Однако при изменении этой программы для предотвращения закипания теплоносителя в 1-м контуре необходимо повысить его давление примерно на 30 кгс/см² (3,0 МПа). Кроме того, значительные изменения температуры теплоносителя 1-го контура приводят к необходимости изменять реактивность на большую величину, усложняют работу системы компенсации объема, а также при быстрой смене режима могут вызвать нежелательные температурные напряжения в 1-м контуре. Однако, несмотря на это программа регулирования Р_II = const относится к числу наиболее распространенных.