Система автоматического регулирования частоты тока в сети с участием аэс

Изобретение относится к области энергетических систем и комплексов, в состав которых входят атомные электрические станции. Система автоматического регулирования частоты тока в сети с участием АЭС, функционально связанная с парогенератором и турбиной, содержит регулятор изменения мощности турбины, включающий в себя регулирующий клапан, размещенный на регенеративном отборе пара турбины к регенеративному подогревателю; регулятор температуры питательной воды на входе в парогенератор, включающий в себя регулирующий клапан, размещенный на трубопроводе перед масляным теплообменником дополнительно введенной системы аккумулирования тепловой энергии, датчик температуры питательной воды, размещенный в питательном трубопроводе на входе в парогенератор, и задатчик температуры питательной воды. Изобретение позволяет обеспечить возможность участия АЭС в регулировании частоты тока в сети. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области энергетические системы и комплексы, в состав которых входят атомные электрические станции (АЭС) с реакторами типа ВВЭР и системами аккумулирования тепловой энергии (САТЭ).

Изменение мощности энергоблоков АЭС с ВВЭР, работающих в настоящее время при постоянном расходе теплоносителя, ведет к изменению температуры теплоносителя независимо от программы регулирования (см., например, Шальман М.П, Плютинский В.И. Контроль и управление на атомных электростанциях. - М: Энергия, 1979. - 272 с., стр. 146), что в случае работы с частыми изменениями мощности отрицательно сказывается на ресурсе реактора, особенно его активной зоны.

Известно решение, где изменение мощности энергоблока тепловой электростанции(ТЭС) в случае необходимости резкого ее увеличения выше номинального значения выполняется путем закрытия запорной арматуры на регенеративных отборах турбины к подогревателям высокого давления. Это ведет к увеличению расхода пара через проточную часть турбины и, следовательно, к увеличению мощности турбины (см., например, Иванов В.А. Стационарные и переходные режимы мощных паротурбинных установок. - Л.: Энергия. 1971. - 280 с., стр. 206). Недостатком данного способа является то, что на отборах турбины используется запорная арматура, имеющая всего два положения - открыто и закрыто, не обеспечивая промежуточных значений и, в силу этого, возможности плавного изменения мощности паротурбинной установки.

Прототипом предлагаемого изобретения является вариант изменения мощности энергоблока АЭС с ВВЭР в режиме, когда турбина ведет реактор за счет использования присущего данному типу реакторов температурного эффекта реактивности при изменении температуры теплоносителя в активной зоне реактора. Изменение температуры теплоносителя происходит при изменении давления генерируемого пара в парогенераторе вследствие изменения расхода пара на турбину (см. Патент RU №2291503). Недостатком является то, что данный вариант не удовлетворяет требованиям по скорости изменения мощности энергоблока вследствие присущего конструкции ВВЭР транспортного запаздывания теплоносителя первого контура и, как следствие, приводит к низким маневренным характеристикам реакторных установок.

Техническая проблема - неучастие АЭС в регулировании частоты тока в сети по причине низких маневренных характеристик активных зон ядерных реакторов.

Решение проблемы достигается использованием системы автоматического регулирования частоты тока в сети с участием атомной электростанции с реактором типа ВВЭР, функционально связанной с парогенератором и турбиной, отличающейся тем, что содержит регулирующий клапан, размещенный на одном из отборов пара турбины к регенеративному подогревателю и изменяющий величину расхода пара отбора и тем самым мощность турбины по сигналу требуемого ее изменения, и регулятор температуры питательной воды с датчиком температуры на входе в парогенератор и регулирующим клапаном, размещенным на трубопроводе греющей среды и изменяющий ее расход по сигналу отклонения температуры питательной воды от значения, заданного ее задатчиком.

Увеличение доли АЭС в общем производстве электроэнергии и большой износ оборудования ТЭС, привлекаемых к работе в переменных режимах работы, ставит вопрос о привлечении АЭС к регулированию мощности и частоты тока электросети. В настоящее время АЭС работают в основном в стационарном базовом режиме.

Наличие регулятора изменения мощности турбины и регулятора температуры питательной воды предлагаемых конструкций позволяет исключить участие низкоманевренной реакторной установки и обеспечить участие энергоблока АЭС в регулировании частоты тока сети только за счет работы второго контура с системой аккумулирования тепловой энергии. Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить участие энергоблока АЭС с системой аккумулирования тепловой энергии (САТЭ) в регулировании частоты тока сети без изменения мощности реакторной установки.

На фигуре 1 представлена функциональная схема системы.

На фигуре 2 представлены графики изменения основных параметров турбины в режиме регулирования частоты тока при мощности энергоблока 115% NНОМ в режиме разрядки САТЭ.

Функциональная схема предлагаемой системы автоматического регулирования частоты тока сети состоит из следующих элементов:

1- турбина;

2 - групповой регулятор частоты тока в сети;

3 - ПИ-регулятор изменения мощности турбины;

4 - регулирующий клапан мощности турбины;

5 - регенеративный подогреватель низкого давления;

6 - система аккумулирования тепловой энергии;

7 - задатчик температуры питательной воды;

8 - сумматор заданной и текущей температуры питательной воды;

9 - ПИ-регулятор температуры питательной воды;

10 - парогенератор;

11 - деаэратор;

12 - датчик температуры питательной воды;

13 - регулирующий клапан температуры питательной воды;

14 - масляный теплообменник;

15 - стопорно-регулирующий клапан турбины;

16 - текущая мощность турбогенератора, где элементы под номерами:

(3, 4, 7, 8, 9, 12, 13, 16) - являются элементами системы автоматического изменения мощности турбины при регулировании частоты тока сети в режиме разрядки;

(1, 2, 5, 6, 10, 11, 14, 15) - являются элементами рассматриваемого энергоблока АЭС.

Действие системы осуществляется следующим образом.

Изменение нагрузки сети приводит к изменению частоты тока в энергосистеме. Групповой регулятор сети (2) распределяет требуемые изменения мощности между всеми энергоблоками, участвующими в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме, в соответствии с их номинальными мощностями и статическими характеристиками турбин «частота-мощность». Сигнал требуемого изменения мощности (ΔN) для рассматриваемого энергоблока АЭС (далее энергоблока) в режиме разрядки САТЭ (6) подается на ПИ-регулятор изменения мощности турбины (3), изменяющий положение штока регулирующего клапана (4), расположенного на регенеративном отборе пара турбины (1) к выбранному регенеративному подогревателю низкого давления (5). Это приводит к изменению расхода пара в отборе и, соответственно, изменению расхода пара через проточную часть турбины (1), что ведет к изменению мощности турбины (1).Тем самым обеспечивается участие энергоблока в регулировании частоты тока в сети с широким диапазоном значений мощности и требуемой нормативными документами скоростью ее изменения.

В свою очередь изменение расхода пара на регенеративный подогреватель низкого давления (5) приводит к изменению температуры основного конденсата на выходе из него (на входе в деаэратор (11), в котором поддерживается постоянное давление пара). В сумматор заданной и текущей температуры питательной воды (8) подаются значения текущей температуры питательной воды на входе в парогенератор (10) от датчика температуры питательной воды (12) и заданной (номинальной) температуры от задатчика температуры питательной воды (7). Сигнал рассогласования (ΔT) от сумматора (8) подается на ПИ-регулятор температуры питательной воды (9), изменяющий положение штока регулирующего клапана (13) на масляном трубопроводе САТЭ (6), что влечет за собой изменение расхода греющего масла через теплообменник (14) САТЭ (6).Это приводит к изменению температуры питательной воды на выходе из масляного теплообменника (14) (на входе в парогенератор (10)) до номинального значения.

Изменение мощности реактора в связи с температурным эффектом реактивности исключается путем поддержания постоянных значений расхода и давления пара перед турбиной (1). Поддержание постоянного значения давления пара в парогенераторе (10) обеспечивается поддержанием постоянной температуры питательной воды на входе в парогенератор (10) за счет использования аккумулированной тепловой энергии САТЭ (6). Постоянное значение расхода пара в турбину обеспечивает стопорно-регулирующий клапан (15) турбины (1).

Работоспособность предлагаемой системы автоматического изменения мощности турбины при участии энергоблока АЭС в регулировании частоты тока в сети подтверждена расчетами по созданной математической модели динамики паротурбиной установки в режиме разрядки САТЭ, приведенными в статье "Исследование работы АЭС с аккумуляторами тепловой энергии при регулировании мощности турбины в режиме разрядки"// В.В. Бажанов, И.И. Лощаков, А.П. Щуклинов // НТВСПбГПУ: сб. статей. - СПб., 2015. - №4(231). - С.47-58.

На фигуре 2 представлены в качестве примера результаты расчета изменения мощности турбины при регулировании частоты тока сети для начальной мощности турбины 11 5%Nhom, где Nтек - текущая мощность турбины, МВт, Nceти - мощность сети, МВт, w - частота вращения ротора турбины, рад/с, G4отб - расход пара через 4 регенеративный отбор, кг/с. Изменение мощности турбины (как для АЭС, так и для ТЭС) при регулировании частоты тока в любую сторону независимо от величины этого изменения должно по нормативным требованиям (см. ГОСТ 55890-2013 Оперативно-диспетчерское управление. Регулирование частоты и перетоков активной мощности. Нормы и требования. - М.: Стандартинформ, 2014. - С.42) производиться не более чем за 30 с, причем 50% изменения этой мощности должно производиться за первые 15 с. В качестве возмущения в проведенном расчете принималось скачкообразное изменение частоты тока в сети на величину±0,05 Гц (на графиках представлена эквивалентная частота вращения ротора турбины w [рад/с]). Как следует из представленных графиков, предлагаемая система полностью обеспечивает изменение мощности турбины с требуемой по нормативам скоростью при постоянной мощности реактора во всем диапазоне разрядки САТЭ.

Совокупность регуляторов и их связь с основным оборудованием энергоблока АЭС с САТЭ дают возможность участия АЭС в регулировании частоты тока сети без задействования низкоманевренных реакторных установок.

Система автоматического регулирования частоты тока в сети с участием АЭС, функционально связанная с парогенератором и турбиной, отличающаяся тем, что содержит регулятор изменения мощности турбины, включающий в себя регулирующий клапан, размещенный на регенеративном отборе пара турбины к регенеративному подогревателю; регулятор температуры питательной воды на входе в парогенератор, включающий в себя регулирующий клапан, размещенный на трубопроводе перед масляным теплообменником дополнительно введенной системы аккумулирования тепловой энергии, датчик температуры питательной воды, размещенный в питательном трубопроводе на входе в парогенератор, и задатчик температуры питательной воды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам повышения маневренности и безопасности АЭС. В эксплуатационном режиме в период ночного провала электрической нагрузки, газотурбинная установка (ГТУ) 12 отключается, дополнительная паротурбинная установка 17 работает на пониженном режиме за счет незначительного снижения расхода свежего пара на основную турбоустановку 1.

Предлагаемый способ управления теплосиловой установкой относится к области электроэнергетики и может быть использован на атомных электрических станциях (АЭС). Технический результат заключается в высокой маневренности установки при ее упрощении в целом и, как следствие, сокращение сроков окупаемости теплосиловой установки.

Изобретение относится к способам расхолаживания водоохлаждаемого реактора при полном обесточивании атомной электростанции (АЭС). АЭС содержит паропроизводящую установку с ядерным энергетическим водоохлаждаемым реактором, пароэнергетическую турбогенераторную установку, дополнительную паровую турбину, систему производства и хранения водорода и кислорода, систему расхолаживания паропроизводящей установки.

Изобретение относится к технике ядерных реакторов, а именно к способам улучшения радиационной обстановки на АЭС и снижения дозовых нагрузок на обслуживающий персонал.

Изобретение относится к энергетике, а именно к энергосистемам переменного электрического тока, в состав которых входят атомные электростанции с реакторами ВВЭР-1000.

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к способам определения парового коэффициента реактивности на атомных электростанциях с ядерными реакторами типа РБМК.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно - к автоматическому управлению мощностью ядерной энергетической установкой с реактором водо-водяного типа. .

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к способам останова энергетического ядерного реактора, и может быть использовано для повышения радиационной безопасности и снижения дозозатрат при проведении ремонтных работ на реакторном оборудовании, для снижения дефектности оболочек ядерного топлива.

Изобретение относится к области энергетических систем и комплексов, в состав которых входят атомные электрические станции. Система автоматического регулирования частоты тока в сети с участием АЭС, функционально связанная с парогенератором и турбиной, содержит регулятор изменения мощности турбины, включающий в себя регулирующий клапан, размещенный на регенеративном отборе пара турбины к регенеративному подогревателю; регулятор температуры питательной воды на входе в парогенератор, включающий в себя регулирующий клапан, размещенный на трубопроводе перед масляным теплообменником дополнительно введенной системы аккумулирования тепловой энергии, датчик температуры питательной воды, размещенный в питательном трубопроводе на входе в парогенератор, и задатчик температуры питательной воды. Изобретение позволяет обеспечить возможность участия АЭС в регулировании частоты тока в сети. 2 ил.

Наверх