Енергозберігаюча автоматизована система управління низькопотенційним комплексом електростанцій

Реферат: Енергозберігаюча автоматизована система управління низькопотенційним комплексом електростанцій складається з датчика витрати конденсату, датчика тиску конденсату, датчика температури конденсату, датчика пару, датчика витрати циркуляційної води, датчика витрати конденсату, датчика витрати пару крізь ежектори, регуляторів. Додатково містить блок еталонної моделі низькопотенційного комплексу, блок формування функції втрат енергії, блок формування функції мінімуму втрат енергії, блок регулювання. UA 82815 U (54) ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧА АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ НИЗЬКОПОТЕНЦІЙНИМ КОМПЛЕКСОМ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ UA 82815 U UA 82815 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель, яка пропонується, належить до систем автоматизованого управління технологічними процесами (АСУ ТП), а саме до систем автоматизованого управління нагнітачами (насоси та вентилятори), і може бути використана для автоматизованого управління живильними насосами, головними циркуляційними насосами, конденсаційними насосами, димососами, циркуляційними насосами та іншими насосами та вентиляторами теплових та атомних електричних станцій. Нагнітачі теплових та атомних електростанцій є основними споживачами власних потреб. На крупних енергоблоках їх споживаємо потужність складає 13-18 МВт, що складає до 30 % всієї потужності власних потреб [Тепловые и атомные электрические станции: Справочник /Под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. - М.: Энергоатомиэдат, 1989.-608 с.] Основним завданням систем автоматизованого управління нагнітачами є забезпечення необхідної витрати робочого тіла (вода, пар, шлак, повітря та інше) в кожний момент часу при мінімумі витрат енергії. При цьому необхідно забезпечувати необхідну надійність, швидкодію та енергетичну ефективність нагнітача. Із цією метою створені різні види АСУ нагнітачами, до яких належить і АСУ нагнітачами, які мають гарні енергетичні показники. Системи автоматизованого управління нагнітачами засновані на регулювання витрати робочого тіла, а також відрізняються основними сигналами, які використовуються для підтримки необхідного навантаження та стабілізації витрати робочого тіла. Існують два основних принципи регулювання робочого тіла в нагнітачах. В першому варіанті витрата робочого тіла регулюється шляхом зміни відносного відкриття дросельної засувки, завдяки чому змінюється місцевий гідравлічний опір та втрати енергії в нагнітачі. У другому варіанті витрата робочого тіла регулюється шляхом зміни частоти обертання робочого колеса нагнітача, завдяки чому змінюється виштовхуючи сила та втрати енергії в нагнітачі. [Плетнев Г.П. Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций. Уч. пособие для ВУЗов. - М.: Энергоиздат, 1981.-368 с.]. Основною задачею автоматизованого управління нагнітачами є регулювання витрати робочого тіла з мінімумом втрат енергії. Зміна параметрів витрати робочого тіла сприймається відповідними датчиками та змінюються частота обертання нагнітача та/або ступінь відкриття регулюючої засувки. Важливими вимогами, які ставляться до АСУ нагнітачами є забезпечення надійної та безпечної роботи електрообладнання та інформаційна сумісність з АСУ вищих рангів для можливості обміну необхідної інформації. З фізичної точки зору процес управління параметрами нагнітача наступний: в разі необхідності зміни витрати робочого тіла, команда з датчиків витрати робочого тіла потрапляє в систему обробки інформації, а далі на виконавчі органи, які в залежності від схеми управління та згідно з отриманим сигналом збільшують або зменшують частоту обертання робочого колеса та/або ступінь відкриття дросельної засувки. При регулюванні дроселюванням (регулюючою засувкою), шляхом зміни характеристики мережі збільшується гідравлічний опір мережі, при цьому зменшення подачі щодо номінального значення супроводжується зменшенням коефіцієнта корисної дії. Оскільки при характерному для основних експлуатаційних режимів теплоенергетичних установок турбулентному режимі руху робочого середовища має місце квадратична залежність втрат напору від витрати, то збільшення втрат напору при дроселюванні відбувається більш інтенсивно, ніж зменшення подачі, тому сумарні втрати збільшуються. Дотепер накопичений багатий науковий матеріал теорії автоматизованого управління нагнітачами. Основні положення якісної теорії автоматизованого управління нагнітачами розвинені Г.П. Плетневим [Плетнев Г.П. Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций. Уч. пособие для ВУЗов. - М.: Энергоиздат, 1981.-368 с.]. Потім М.О. Дуель та І.Г. Шелепов проаналізували сучасний стан теорії автоматизованого управління, упорядкували та провели аналіз сфер застосування АСУ нагнітачами [Дуель М.О., Шелепов І.Г. Автоматизация теплоэнергетических установок тепловых и атомных электростанций. - Харьков, 2007.-312 с.] Значний внесок в теорію АСУ ТГУ внесли Артюх С.Ф., Антонович В.А., Горелік А.Х., Ястребенецький М.А. та інші. Виявлено, що важливими експлуатаційними характеристиками АСУ нагнітачами є їх ефективна робота, а саме енергоефективність, тобто мінімум втрат усіх видів енергій під час нормальної експлуатації нагнітача. При цьому виникає необхідність враховувати надійність, швидкодію та стабільність роботи систем АСУ. У зв'язку з цим, розробка АСУ нагнітачами, яка б працювала за принципом мінімуму втрат енергії (максимум енергозбереження) та зберігала б основні інші необхідні показники 1 UA 82815 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 (швидкодія, надійність, стабільність та інші) у заданих межах, є однією з актуальних задач систем автоматизованого управління енергетичними об'єктами теплових та атомних електричних станцій. Прототипом є автоматизована система управління "Комплекс-АСВТ" для теплових електростанцій та автоматизована система управління "Комплекс-Титан 2" для атомних електростанцій [Дуель М.О. Автоматизированное управление объектами и технологическими процессами тепловых и атомных электростанций. - Харьков, 2010.-448 с.[. Недоліком існуючих АСУ нагнітачами є те, що принцип енергозбереження виконується побічно, а при регулюванні відкриттям дросельної засувки може не виконуватись взагалі, що збільшую втрати енергії та підвищує витрати електроенергії на власні потреби та підвищує собівартість електричної енергії, що виробляється на теплових та атомних електростанціях. В основу корисної моделі поставлена задача зменшення втрат енергії та підвищення енергоефективності нагнітачів шляхом використання енергозберігаючої АСУ, що включає датчики витрати робочого тіла, датчики частоти обертання робочого колеса, датчики активної потужності, яка споживається нагнітачем, датчики напруги живлення, датчики частоти електричного струму, датчики електричного струму, датчики положення дросельної засувки, регулятора. Поставлена задача вирішується тим, що енергозберігаюча автоматизована система управління нагнітачами електростанцій, що складається з датчиків витрати робочого тіла, датчиків частоти обертання робочого колеса, датчиків активної потужності, яка споживається нагнітачем, датчиків напруги живлення, датчиків частоти електричного струму, датчиків електричного струму, датчиків положення дросельної засувки, регуляторів, додатково містить блок еталонної моделі нагнітача, блок формування функції втрат енергії, блок формування функції мінімуму втрат енергії, блок регулювання. Використання еталонної математичної моделі нагнітача, яка в режимі реального часу може змінювати свої параметри в залежності від конкретних умов, дозволяє більш точніше та повно визначати функцію втрат енергії в будь-який час, та виявляти шляхи їх зменшення без порушення основних технологічних показників роботи насосів та вентиляторів електростанцій. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де схематично зображена структурна функціональна схема енергозберігаючої автоматизованої системи управління нагнітачами електростанцій з блоком еталонної моделі нагнітача, блоком формування функції втрат енергії в нагнітачі, блоком формування функції мінімуму втрат енергії в нагнітачі та блоком регулювання. Енергозберігаюча автоматизована система управління нагнітачем складається з нагнітача 1, блока еталонної моделі нагнітача 2, датчика витрати робочого тіла 3, датчика активної потужності 4, яка споживається приводом нагнітача, датчика частоти обертання нагнітача 5, блока формування функції втрат 6, блока формування функції визначення мінімальних втрат 7, блока регулювання 8, регулятора напруги 9, датчика напруги 10, регулятора струму 11, датчика струму 12, регулятора частоти електричного струму 13, датчика частоти електричного струму 14, регулятора положення дросельної засувки 15, датчика положення дросельної засувки 16. Пристрій працює таким чином: нагнітач 1 приводить в рух робоче тіло, витрата якого визначається датчиком витрати робочого тіла 3, активна потужність, яка споживається нагнітачем - датчиком активної потужності 4, частота обертання робочого колеса - датчиком частоти обертання 5, оцифровані сигнали з яких порівнюються з відповідними еталонними сигналами, які генеруються в блоці еталонної моделі нагнітача 2 та визначаються різниці відповідних сигналів, за величинами цих сигналів та сигналу з датчика напруги 10, датчика струму 12, датчика частоти електричного струму 14, датчика положення дросельної засувки 16 в блоці еталонної моделі 2 генерується сигнал, який потрапляє в блок формування функції втрат 6, а далі в залежності від рівня втрат, сигнал потрапляє в блок формування функції мінімуму втрат 7, сигнал з якого потрапляє в блок регулювання 8, який дає команди на регулятор напруги 9, регулятор частоти електричного струму 13 та регулятор положення дросельної засувки 15, підтримуючи роботу нагнітача в максимально енергоефективному режимі. Позитивний ефект: зменшуються втрати потужності та енергії в нагнітачі, підвищується енергоефективність роботи нагнітача, зменшується собівартість електричної енергії, що виробляється на теплових та атомних електричних станціях. Джерела інформації: 1. Муравьев В.И. Разработка и анализ технических решений по рационализации конденсационных систем низкопотенциального комплекса ТЭС и АЭС: монография [Текст] / В.И. Муравьев, Д.В. Михайский, М.И. Суханов и др. - Харьков: ХУВС, 2010.-122 с. 2 UA 82815 U 5 2. Плетнев Г.П. Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций. Уч. пособие для ВУЗов. - М.: Энергоиздат, 1981.-368 с. 3. Дуель М.О., Дуель Т.Л., Шелепов І.Г. Оптимальное управление теплоэнергетическими установками электростанций. - Харьков, 2002.-308 с. 4. Дуель М.О. Автоматизированное управление объектами и технологическими процессами тепловых и атомных электростанций. - Харьков, 2010.-448 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Енергозберігаюча автоматизована система управління низькопотенційним комплексом електростанцій, що складається з датчика витрати конденсату, датчика тиску конденсату, датчика температури конденсату, датчика пару, датчика витрати циркуляційної води, датчика витрати конденсату, датчика витрати пару крізь ежектори, регуляторів, яка відрізняється тим, що додатково містить блок еталонної моделі низькопотенційного комплексу, блок формування функції втрат енергії, блок формування функції мінімуму втрат енергії, блок регулювання. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3