Аникевич К.П. Автоматический регулятор мощности реактора (АРМ)
Подождите немного. Документ загружается.
Основным регулируемым параметром в режиме "Т" является давление
пара перед турбиной. При повышении давления пара КРРТ вырабатывается
сигнал "меньше", а при понижении давления - сигнал "больше". Эти сигналы
поступают в схему "2 из 3х" и при совпадении сигналов не менее чем от двух
каналов, вызывают движение ОР регулятора в соответствующем направлении,
изменяя мощность реактора. Таким образом, меняется паропроизводительность
парогенераторов, и давление пара перед турбиной возвращается к заданному
значению. Однако, использование только импульса по давлению
нецелесообразно, так как в силу инерционности зависимости давления от
мощности, изменение давления существенно отстает от изменения мощности
реактора и если остановить ОР СУЗ в момент возвращения давления к
заданному значению, мощность будет отличаться от требуемой, и потребуется
длительное движение ОР в противоположном направлении. Во избежание этого
в КРРТ вводится также импульс по нейтронному потоку, благодаря чему ОР
СУЗ останавливаются в момент, когда не давление, а мощность реактора
приблизительно совпадает с требуемым значением, что позволяет получить
высокое качество динамического процесса.
Сигнал по давлению в канале КРРТ формируется блоками У6, СД2 и П6-3.
Управление каналом осуществляется общим для регулятора блоком БУР.
Структурная схема канала формирования сигнала по давлению в канале КРРТ
показана на рисунке 4.
Сигналы положительной полярности от датчика давления Р поступает на
усилитель ИС1 блока У6. На вход усилителя ИС1 также подается
отрицательное напряжение смещения - Р
0
, которое определяет максимальное
значение регулируемого давления. В обратную связь ИС1 параллельно с
сопротивлением включен конденсатор, благодаря чему усилитель также
выполняет роль фильтра, подавляющего высокочастотные помехи.
Усредненный и смещенный относительно Ро сигнал - Рср поступает на
усилитель Э2 блока СД2, где сравнивается с положительным сигналом
заданного напряжения Рз
.
. Это напряжение формируется усилителем Э1 блока
СД2, на вход которого подается отрицательное опорное напряжение -Uо.
Коэффициент усиления Э1 устанавливается регистром УР, работающим
аналогично УР усилителя Э1 блока СН2 канала КРРН. Регистр управляется
пороговым блоком канала КРРТ П6-3.
Перезапись содержимого регистра производится при переводе регулятора
АРМ-5С из режима "горячий резерв" в режим "работа" (независимо от режима
работы "Н" или "Т").
После перезаписи величина Рз устанавливается равной текущему
значению давления второго контура Р
2
, после чего Э1 с УР играет роль памяти,
сохраняя постоянным значение Рз до следующей перезаписи. Сигнал
разбаланса Р = Рср – Рз (1.5) поступает в выходной усилитель КРРТ ИС2,
также как и ИС1, находящийся в блоке У6. На усилителе ИС2 блока У6 сигнал
отклонения давления суммируется с сигналом отклонения нейтронного потока;
выход ИС2 через пороговый блок П6-2 управляет движением ОР (рисунок 5).
Сигнал разбаланса Р также поступает в усилитель Э3 блока СД2, а с него
- на пороговое устройство П6-3. Выходной блок П6-3 выдает следующие
сигналы:
- управления перезаписью регистра в режимах, когда разрешена
перезапись, содержимое УР меняется до тех пор пока разбаланс Р в П6-3 не
сведется к нулю (сигнал 1П, см. рисунок 4);
- о нулевом разбалансе Р в блок управления режимами БУР,
разрешающего включение канала КРРТ в работу из режимов "горячий резерв" и
"Н" (сигнал 2П, см. рисунок 4);
- наличия отклонения давления Р через схему "2 из 3х" в блоки Д2 для
отключения сильной кольцевой обратной связи (в режиме "Т", см. ниже п. 3)
(сигнал 3П, см. рисунок 4);
- превышения отклонения Р над заданным значением в блок БУР для
автоматического перехода из режима "Н" в режим "Т" (сигнал 4П, см. рис.4);
- окончания балансировки УР (наличие нулевого разбаланса) для
разрешения уменьшения коэффициента усиления Э3 в режиме "Н" (сигнал 5П,
см. рисунок 4).
Блок БУР выдает в блоки П6-3 и СД-2 следующие управляющие сигналы:
- разрешения перезаписи УР в блок П6-3 (сигнал 1Б, см. рисунок 4);
- уменьшения коэффициентов усиления Э3 в блок СД2 (в режиме "Н")
(сигнал 2Б, см. рисунок 4).
Уменьшение коэффициента усиления Э3 в режиме "Н" производится для
регулировки уровня срабатывания блока П6-3 при переходе из режима "Н" в
режим "Т" при повышении величины Р. Уменьшая коэффициент усиления
можно добиться срабатывания П6-3 при разбалансе Р не 0,5 кгс/см
2
, как при
работе в режиме "Т", а 1,5 кгс/см
2
и более. При срабатывании П6-3 с
увеличенной зоной нечувствительности производится автоматическое
переключение из режима "Н" в режим "Т" с заданным значением давления,
равным фактическому усредненному сигналу датчиков в момент переключения
(поскольку в этот момент может происходить динамический переходный
процесс, значение установившегося давления может не совпадать с сигналом
датчиков в момент переключения).
Уменьшение коэффициента усиления Э3 происходит при совпадении двух
сигналов: сигнала от БУР "режим Н" и разрешающего сигнала от П6-3 о
нулевом разбалансе на выходе Э3.
3. Формирование сигнала по нейтронному потоку в канале КРРТ
Сигнал по отклонению нейтронного потока формируется блоками ЛГ и Д2.
Управление режимами блока Д2 осуществляется блоками П6-2, П6-3 и УК8.
Структурная схема канала формирования сигнала по нейтронному потоку
в канале КРРТ показана на рисунке 5.
Усредненный сигнал нейтронного потока Nср от блока У5 КРРН поступает
в блок ЛГ, где с помощью усилителей ИС1 и ИС2, имеющих нелинейную
характеристику формирует логарифмический сигнал log (Nср), который затем
усиливается усилителями ИС3 и ИС4 блока.
Усиленный сигнал отрицательной полярности -А log (Nср) (А -
коэффициент пропорциональности) подается на вход суммирующего усилителя
ИС2 блока Д2.
Усилитель ИС2 через инвертор ИС3 и интегратор ИС1 охвачен
отрицательной обратной связью. На входе в интегратор ИС1 установлены реле
К1 и К2, "сильной" и "слабой" кольцевой обратной связи соответственно.
Усилители блока Д2 охвачены сильной и слабой кольцевой обратной
связью с выхода ИС3 на вход ИС1. Сильная связь организована через контакт
реле К1 и резистор R1, а слабая отрицательная связь - через резисторы R3, R26
(рисунок 17).
Сильная связь предусматривается для увеличения помехоустойчивости
устройства АРМ-5С. Наличие этой связи приводит к тому, что возмущения по
нейтронной мощности не вызывают срабатывания канала КРРТ. Размыкается
сильная обратная связь при срабатывании блока П6-2 (отклонение на 0,5
кгс/см
2
в режиме "Т" и отклонение давления на 1,5 кгс/см
2
в режиме "Н"), т.е.
при включении реле К1 или К2 этого блока. На контактах каждого из этих реле
блоков П6-2 собраны по две сборки «два из трех». Две сборки (одна на
контактах реле К1, вторая на контактах реле К2) используются в схеме
управления приводами СУЗ для увеличения или уменьшения мощности
реактора, две оставшиеся сборки используются для сигнализации на пульт
оператора о работе регулятора и для управления обратными связями в блоках
Д2. При срабатывании блока П6-2 сигнал «нулевого» уровня с выхода блока
П6-2 поступает в блок Д2 и включает реле К2. Так как зона нечувствительности
блока П6-3 меньше, чем у блока П6-2, то к моменту срабатывания реле блока
П6-2 реле блока П6-3 уже включено, тем самым в блок Д2 поступает сигнал
«нулевого» уровня от блока П6-3, подготавливающий включение реле К1. При
срабатывании реле К2 блока Д2 включается реле К1 блока Д2. Контакт этого
реле размыкает сильную кольцевую обратную связь (рисунок 17). Она остается
разомкнутой в течении отработки процесса возмущения, так как второй контакт
реле К1 включен в цепь самоподхвата.
Слабая кольцевая связь размыкается только при подаче в систему СУЗ
управляющего воздействия.
В соответствии с описанным алгоритмом работы блока Д2 в статике его
выходной сигнал равен нулю. При отработке возмущений по давлению этот
сигнал изменяется пропорционально изменению логарифма нейтронной
мощности во время движения органов регулирования до величины, численно
равной минус Р.
Соотношение между нейтронной мощностью и давлением
2
/1
%
смкгс
мощности
, то
есть величина, на которую необходимо изменить мощность реактора при
отклонении давления на 1 кгс/см
2
для снятия выходного сигнала блока П6-2,
устанавливается резистором R1 в блоке Д2 (рисунок 17).
После остановки ОР выходной сигнал блока Д2 уменьшается в результате
замыкания слабой кольцевой связи усилителей ИС1…ИС3 блока. Постоянная
времени интегратора ИС1 устанавливается резистором R26 модуля
(регулировка длительности паузы). Длительность импульса определяется
величиной зоны возврата порогового блока П6-2 и коэффициентом усиления
ИС2 блока Д2.
Таким образом на катушку реле К1 подается сигнал от сборки "2 из 3х",
управляемой выходными сигналами разбаланса блоков П6-3 всех трех каналов
КРРТ. Контакт реле К1 замкнут, если сигнал отклонения давления на выходе
блоков СД2, по крайней мере, двух каналов не превосходит порога
срабатывания блока П6-3; при этом "сильная" кольцевая обратная связь
включена. Если на катушку К1 подается сигнал, то контакт реле размыкается и
"сильная" обратная связь отключается.
Контакт реле К2 в нормальном состоянии разомкнут и "слабая" связь
включена. При появлении сигнала на выходе сборки "2 из 3х", управляемой
выходными сигналами блоков П6-2 всех трех каналов КРРТ, контакт реле К2
замыкается, вход блока ИС1 закорачивается, и "слабая" связь отключается.
Работа блока Д2 происходит следующим образом. В стационарном
состоянии обе связи в регуляторе включены и при наличии разбаланса на
выходе ИС2 выходное напряжение интегратора ИС1 меняется до тех пор, пока
оно не сбалансирует напряжение, поступающее с выхода блока ЛГ и
интегрирование прекратится. Таким образом в установившемся состоянии
сигнал на выходах усилителей ИС2 и ИС3 равен нулю. При изменении
напряжения на входе в блок Д2 (для простоты рассмотрим скачок, отклонение
его от стационарного значения) через усилитель ИС2 пройдет с
противоположным знаком на выход блока Д2 (с коэффициентом усиления
блока ИС2, равным 5).
Если хотя бы одна из кольцевых связей замкнута, напряжение на выходе
интегратора ИС1 будет изменяться, уменьшая тем самым напряжение на
выходе ИС2, которое будет изменяться по экспоненциальному закону:
U = -5 • (Uвх - U
0
) • exp(-t / T), (1.6)
где U - напряжение на выходе ИС2;
U
0
- напряжение на входе в ИС2 в стационарном состоянии;
Uвх - напряжение на входе в ИС2 после скачка;
t - текущее время;
T - постоянная времени.
Как известно, динамическая система, реакция которой на скачок входной
величины описывается таким уравнением, в теории автоматического
регулирования называется реально дифференцирующим звеном. График такой
зависимости показан на рисунке 6.
Значение постоянной времени T зависит от того, какая кольцевая связь
включена. Она равна:
T = Tин / K, (1.7)
где K - общий коэффициент усиления ИС2 и ИС3, равный 10; Tин = C • Rвх -
постоянная времени интегрирования (Rвх - сопротивление на входе в
интегратор, C -емкость в обратной связи интегратора).
Значение емкости С=10 мкФ. Входное сопротивление Rвх сильной
обратной связи равно 5 кОм, таким образом постоянная времени равна 5мс, т.е.
при включенной сильной кольцевой обратной связи выходное напряжение
блока Д2 при скачке на входе спадает до нуля практически мгновенно.
Минимальное эквивалентное входное сопротивление слабой кольцевой
обратной связи равно 8 МОм. С помощью переменного резистора R26 модуля
МД2 блока Д2 оно может быть увеличено в несколько раз. Таким образом,
постоянная времени T при включенной слабой и отключенной сильной
кольцевой обратной связи может устанавливаться при настройке
приблизительно от 8 до 100 с.
Если обе кольцевые обратные связи отключены, напряжение на выходе
интегратора не меняется и после скачка на выходе напряжение на выходе ИС2
будет постоянным.
В процессе регулирования блок П6-2 часто работает в пульсирующем
режиме, при котором слабая кольцевая обратная связь периодически
включается и отключается. При этом интегратор ИС1 также работает в
переменном режиме, то сохраняя постоянное напряжение (связь отключена), то
изменяя его в соответствии с выходным сигналом блока ИС3.
Напряжение на выходе ИС2 при скачке напряжения на его входе в случае
пульсирующей работы П6-2 характеризуется сочетанием экспоненциальных
участков (обратная связь включена и ИС1 интегрирует сигнал ИС3) и участков
с постоянным напряжение (когда реле К2 отключает ИС3 от входа
ИС1).Приближенно этот процесс также может быть описан формулой (1.6),
если в качестве постоянной времени T принято эквивалентное значение Tэ:
Tэ = T • (1+0,25a) / (1 - a), (1.8)
где a - скважность сигнала блока П6-2, т.е. среднее отношение длительности
интервала, когда обратная связь отключена, ко всему интервалу переходного
процесса.
На представленном рисунке 7 показано изменение выходного напряжения
усилителя ИС2 при подаче скачка напряжения на вход в блок Д2 при
различных скважностях (а) сигнала на выходе блока П6-2. Принято, что
обратная связь размыкается периодически при 0, 10, 20 с и остается
незамкнутой в течение 10 секунд (т.е. 0с, 4с, 8с, 10с).
Кроме сигнала от ИС3 на вход интегратора ИС1 (см. рисунок 5) подается
сигнал с выхода блока У6. Обратная связь подключается блоком УК8, если
имеется сигнал запрета на движение органов регулирования в одном из
направлений ("Б" или "М"). При этом подключается только один диод и,
соответственно пропускается сигнал только одной полярности. Если, например,
имеется запрет на движение ОР в сторону "Б", пропускается сигнал,
требующий движения именно в этом направлении и, после интегрирования
усилителем ИС1, сигнал с выхода блока У6 исчезнет. Если же на выходе У6
имеется сигнал, требующий движения в сторону "М", то и при запрете на
движение в сторону "Б" он будет нормально управлять движением "ОР" в
сторону "М". При запрете движения ОР в сторону "М" картина обратная.
Наличие блока ЛГ связано с необходимостью формирования сигнала не
абсолютного, а относительного отклонения нейтронного потока (преимущества
использования относительного сигнала при регулировании нейтронного потока
см. в описании канала РРН). Пусть установившееся значение Nср равно Nо.
Тогда с выхода блока ЛГ на усилитель ИС2 поступает сигнал
B• ln(No) = A• log(No), (1.9)
где B - коэффициент пропорциональности;
ln - натуральный логарифм.
Этот сигнал балансируется равным ему по абсолютной величине сигналом,
поступающим с выхода усилителя ИС1. При скачке входного напряжения
Nср = Nо + N, (1.10)
на выходе усилителя ИС2 (при отключенных кольцевых обратных связях)
появится напряжение:
B• ln(Nо+N) - B• ln(No) = B• ln((Nо+N) / Nо) (1.11)
Как известно, при малых "х" можно приближенно считать: ln(1+х) = х,
откуда:
B• ln((Nо+N) / Nо) = B• N / Nо (1.12)
Т.е. при скачке напряжения на входе в блок ЛГ напряжение на выходе
блока Д2 пропорционально относительному приращению нейтронного потока.
4. Формирование сигнала, управляющего перемещением органов
регулирования
Формирование сигнала, управляющего перемещением органов
регулирования, показано на рисунке 5. Управляющий сигнал формируется
усилителем ИС2 блока У6 как разность сигнала отклонения давления Р,
поступающего с блока СД2 и сигнала отклонения нейтронного потока,
поступающего с усилителя ИС2 блока Д2. Таким образом на выходе блока У6
образуется сигнал:
U6 = - (К1• Pср - К2• N / N), (1.13)
где К1 и К2 - настроечные коэффициенты пропорциональности.
На входе в усилитель ИС2 включена диодная цепочка, благодаря чему,
даже при значительном разбалансе Р, напряжение, подаваемое на вход ИС2,
ограничено. Разбаланс, сформированный на усилителе ИС2 подается на
пороговый блок П6-2, который при превышении разбалансом установленного
предела (при нулевом (N/N), соответствующим отклонению P 0,5 кгс/см
2
)
вырабатывает сигнал "Б" или "М" на перемещение ОР в соответствующую
сторону.
Кроме того, дискретный сигнал отклонения любого знака с блока П6-2
поступает на отдельную сборку "2 из 3х", отключающую слабую кольцевую
обратную связь подачей напряжения на катушку реле К2.
Сигналы "Б" и "М" от трех каналов собираются схемами "2 из 3х" и
подаются на управление органами регулирования реактора. Схема "2 из 3х"
АРМ показана на рисунке 8.
Структурная схема канала КРРТ показана на рисунке 9.
5. Работа КРРТ
Работа КРРТ происходит следующим образом (рисунок 4). В
установившемся состоянии как сигнал Р, так и сигнал N равны нулю. Для
определенности рассмотрим случай увеличения мощности турбины.
Графически переходные процессы при работе КРРТ показаны на рисунке 10.
Увеличение мощности турбины приведет к уменьшению давления пара,
что уменьшит сигнал на входе усилителя ИС1 блока У6. При этом значение
сигнала Рз на выходе усилителя Э1 блока СД2 будет постоянным и на выходе
усилителей Э2 и Э3 блока СД2 появится сигнал разбаланса Р. Сигнал с
усилителя Э3 поступает на блок П6-3, который отключает сильную кольцевую
обратную связь в блоке Д2.
Сигнал с усилителя Э2 поступает на усилитель ИС2 блока У6, который
вызывает срабатывание блока П6-2, выдающего через схему "2 из 3х" сигнал на
движение ОР вверх, одновременно отключая слабую кольцевую обратную
связь в блоке Д2.
Движение ОР приводит к практически линейному нарастанию мощности.
Поскольку при этом обратные связи в блоке Д2 отключены, на выходе
усилителя ИС2 блока Д2 будет формироваться сигнал U
Д2
, равный
относительному отклонению мощности (N/No) от значения Nо, которое было
до момента нанесения возмущения:
U
Д2
= k2• (N-Nо) / Nо = k2• N / Nо (1.14)
Сигнал U
Д2
вычитается в усилителе ИС2 блока У6 из сигнала Р, поэтому
сигнал U
У6
на выходе ИС2 через некоторое время станет равным нулю и
исчезнет сигнал "Б" на выходе блока П6-2. Отметим, что исчезновение сигнала
произойдет до того, как давление достигнет заданного значения. При
правильной настройке регулятора, нейтронная мощность в момент остановки
ОР будет приблизительно такой, чтобы привести в соответствие
паропроизводительность ЯППУ и потребление турбин и в дальнейшем
значение N будет постоянным или слабо меняться.
При остановке ОР и снятии сигнала П6-2 включится слабая обратная связь
в блоке Д2 и напряжение U
Д2
начнет уменьшаться. В зависимости от
соотношения скоростей роста давления (уменьшения сигнала Р) и падения
напряжения U
Д2
сигнал U
У6
может быть нулевым (П6-2 не срабатывает),
отрицательным (П6-2 выдает сигнал "Б") или положительным (П6-2 выдает
сигнал "М"). В любом случае общее изменение N будет невелико.
При достижении давлением стационарного значения равного заданному
включится сильная обратная связь и регулятор перейдет в исходное
стационарное состояние при нулевых значениях Р и N.
В устройстве АРМ-5С предусмотрен автоматический переход из режима
«Н» в режим «Т» при превышении давления в ГПК заданного значения.
При работе устройства АРМ-5С в режиме «Н» в каналы КРРН и КРРТ из
блока БУР поступают сигналы на включение в рабочий режим блоков П6-1 и
П6-3. После балансировки задатчиков каналы включаются в рабочий режим, но
в блок П6-2 разрешения на работу не поступает. Контакт реле К блока СД2
подключает к входу усилителя Э3 делитель, который позволяет уменьшать
крутизну выходного напряжения усилителя Э3, которое подается на блок П6-3.
Тем самым увеличивается уровень сигнала отклонения давления от заданного,
при котором происходит срабатывание блока П6-3. Величина этого уровня
регулируется резистором R25 блока СД2.
При увеличении давления в паровых коллекторах до уровня срабатывания
блоков П6-3 в этих блоках включаются реле К2. Со сборки «два из трех»,
собранной на контактах реле К2 блоков П6-3 в блоки БУР поступает сигнал
нулевого уровня, переключающий реле К2 блоков БУР в состояние,
соответствующее режиму «Т». Этот же сигнал поступает через замкнутый
контакт реле К1 блока УК8 в блок П6-2 и блок Д2, разрешая тем самым каналу
КРРТ производить разгрузку реактора по давлению в паровых коллекторах.
Реле К в блоке СД2 выключается после снятия нулевого сигнала от блока
БУР, что приводит к отключению делителя на входе усилителя Э3 блока СД2
Разгрузка реактора будет продолжаться до тех пор, пока не выключатся
реле К2 блоков П6-3, т.е. давление не будет равно заданному. Тогда с блока П6-
2 снимется разрешающий сигнал нулевого уровня и выключится реле К1 блока
УК8. В этом случае разрешающий сигнал поступает на блок П6-2 через контакт
реле К1 блока УК8 с блока П6-3. После этого блок П6-2 включится в рабочий
режим.
6. Блокировки, участвующие в работе АРМ-5С