ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 1423
Скачиваний: 4
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
УДК
621.311
М
.
А
.
ДУЭЛЬ
,
д
-
р
техн
.
наук
;
проф
.
УИПА
,
Харьков
;
Г
.
И
.
КАНЮК
,
д
-
р
техн
.
наук
;
проф
.
УИПА
,
Харьков
;
А
.
В
.
ПРИХОДЬКО
,
инженер
ОАО
«
Южкабель
»;
соискатель
УИПА
,
Харьков
;
Т
.
Н
.
ФУРСОВА
,
канд
.
техн
.
наук
;
ст
.
преп
.
УИПА
,
Харьков
К
ВЫБОРУ
КРИТЕРИЯ
ОПТИМАЛЬНОГО
УПРАВЛЕНИЯ
ЭНЕРГОБЛОКОМ
ТЭС
В
ПУСКОВЫХ
РЕЖИМАХ
Для
энергетики
Украины
актуальна
проблема
повышения
маневренности
энергоблоков
.
В
статье
рассмотрен
вопрос
выбора
критерия
оптимального
управления
энергоблоком
ТЭС
в
пусковых
режимах
,
которые
являются
наиболее
ответственными
технологическими
операциями
на
ТЭС
.
Для
енергетики
України
актуальна
проблема
підвищення
маневреності
енергоблоків
.
У
статті
розглянуто
питання
вибору
критерія
оптимального
керування
енергоблоком
ТЕС
в
пускових
режимах
,
які
є
найбільш
відповідальними
технологічними
операціями
на
ТЕС
.
For energy of Ukraine issue of the day of increase of manoeuvrability of blocks. In the article the question of
choice of criterion of optimal management power unit is considered
ТЕС
in the starting modes that are the most
responsible technological operations on thermal electric stations.
Введение
.
Для
выравнивания
диспетчерских
графиков
и
регулирования
в
широких
пределах
энергосистем
все
чаще
привлекаются
блочные
энергоустановки
,
доля
которых
в
суммарной
установленной
мощности
тепловых
электростанций
непрерывно
увеличивается
.
Отдельные
энергосистемы
из
-
за
большой
недельной
неравномерности
графика
вынуждены
уже
сейчас
останавливать
в
нерабочие
дни
до
50 %
блочных
энергоустановок
.
Особенно
большие
затруднения
возникают
в
период
паводка
,
когда
для
устранения
потери
гидроресурсов
приходится
останавливать
значительную
часть
оборудования
тепловых
электростанций
не
только
в
нерабочие
дни
,
но
и
в
ночные
часы
рабочих
суток
.
Существенные
трудности
возникают
при
пуске
оборудования
и
наборе
нагрузки
в
утренние
часы
,
особенно
в
понедельник
.
В
объединенных
энергосистемах
с
наиболее
неравномерным
графиком
суммарная
нагрузка
тепловых
электростанций
должна
увеличиваться
от
ночного
провала
к
утреннему
максимуму
в
1,5–1,7
раза
.
Таким
образом
,
проблема
повышения
маневренности
блоков
становится
все
более
актуальной
.
Пуск
и
останов
современных
мощных
блоков
являются
наиболее
трудоемкими
и
ответственными
технологическими
операциями
на
тепловых
электростанциях
.
Они
требуют
от
персонала
высокой
оперативности
при
управлении
многими
регулирующими
и
запорными
органами
и
одновременном
контроле
десятков
информирующих
параметров
.
Анализ
работы
энергетических
блоков
мощностью
200
и
300
МВт
показывает
,
что
70 %
вынужденных
простоев
блоков
связано
с
авариями
паро
-
и
турбогенераторов
,
причем
причинами
этих
аварий
часто
являются
температурные
перенапряжения
поверхностей
нагрева
парогенераторов
и
корпусов
турбогенераторов
в
зоне
впуска
пара
из
-
за
неточного
выдерживания
параметров
пара
в
пусковых
режимах
,
а
иногда
ошибочные
действия
персонала
.
Статистика
показывает
,
что
при
ручных
пусках
блоков
на
выполнение
одинаковых
операций
затрачивается
разное
время
.
Так
,
на
трех
мощных
электростанциях
юго
-
запада
страны
с
блоками
по
200
МВт
прогрев
парогенератора
и
8’2012
95
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
паропроводов
занимает
от
1,5
до
6
ч
,
а
длительность
разворота
турбогенератора
в
большинстве
случаев
составляет
от
15
мин
до
1
ч
[1, 2].
Автоматизация
пусковых
режимов
блочных
энергоустановок
позволяет
выполнять
все
операции
в
кратчайшее
время
по
оптимальным
программам
и
увеличивает
надежность
работы
энергооборудования
за
счет
улучшения
режимов
и
устранения
ошибок
,
допускаемых
персоналом
при
ручном
управлении
.
Общий
критерий
оптимального
управления
энергоблоком
.
Экономически
наивыгоднейшим
режимом
работы
энергосистемы
называется
такой
режим
,
при
котором
потребители
получают
необходимую
энергию
допустимого
качества
при
наименьших
затратах
на
ее
производство
,
передачу
и
распределение
.
По
аналогии
назовем
экономически
наивыгоднейшим
режимом
работы
энергоблока
на
электростанции
такой
режим
,
который
удовлетворяет
наивыгоднейшему
режиму
работы
энергосистемы
в
целом
.
Рассмотрим
критерии
применительно
к
задачам
оперативного
управления
энергоблоком
в
различных
режимах
его
работы
.
По
признакам
стабильности
нагрузки
в
заданном
интервале
времени
и
состоянию
энергооборудования
в
работе
энергоблока
могут
быть
выделены
три
характеристики
режима
:
нестационарный
(
пуск
,
остановка
,
большие
возмущения
),
нормальный
и
аварийный
.
В
общем
случае
на
основании
исходной
информации
после
ее
первичной
обработки
(
перевод
в
цифровую
форму
,
фильтрация
,
отбраковка
,
сжатие
и
т
.
п
.)
вычисляется
критерий
оптимальности
,
а
затем
по
алгоритму
оптимального
управления
вырабатываются
управляющие
воздействия
.
Из
общего
определения
критерия
можно
выделить
две
составляющие
:
–
внешнюю
(
с
точки
зрения
потребителя
) –
требование
выдавать
необходимую
энергию
качества
;
–
внутреннюю
(
с
точки
зрения
производителя
) –
требование
наименьших
затрат
на
ее
производство
.
Эти
составляющие
можно
рассматривать
отдельно
,
так
как
они
,
как
правило
,
входят
в
критерий
аддитивно
.
Переходя
к
анализу
внешней
составляющей
общего
критерия
,
необходимо
,
прежде
всего
,
выделить
группу
управляющих
воздействий
,
которые
по
технологическому
процессу
относятся
ко
всей
станции
в
целом
(
например
,
распределение
электрической
нагрузки
и
вида
топлива
между
блоками
).
Оптимизация
этих
управлений
должна
решаться
по
общему
критерию
,
но
их
,
следует
учитывать
при
решении
задач
оптимизации
управления
отдельными
блоками
.
Оптимальное
распределение
электрической
нагрузки
в
крупных
энергосистемах
не
гарантирует
совпадения
диспетчерской
нагрузки
энергоблока
с
нагрузкой
,
обеспечивающей
минимальную
себестоимость
электроэнергии
,
вырабатываемой
этим
блоком
.
Поэтому
при
его
эксплуатации
требуется
обеспечение
длительной
работы
с
максимальной
экономичностью
при
соблюдении
диспетчерского
графика
нагрузки
.
Специфика
производства
электроэнергии
на
современных
энергоустановках
исключает
возможность
ее
запаса
.
Поэтому
невыполнение
диспетчерского
графика
данным
энергоблоком
влечет
за
собой
замещение
его
другими
энергоблоками
данной
ТЭС
или
энергосистемами
.
Естественно
,
что
если
распределение
нагрузки
было
оптимальным
с
точки
зрения
критерия
энергосистемы
,
то
нарушение
графика
ведет
к
потере
экстремума
,
хотя
по
внутренней
составляющей
для
критерия
энергоблока
оно
может
привести
к
выигрышу
.
Целесообразно
было
бы
отнести
эти
потери
к
внешней
составляющей
критерия
энергоблока
W
.
Так
,
если
изменение
внутренней
составляющей
в
результате
нарушения
равно
∆
W
1
,
а
внешней
∆
W
2
,
то
изменение
критерия
8’2012
96
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
∆
W
=
∆
W
1
+
∆
W
2
.
Очевидно
,
что
при
оптимальном
распределении
нагрузки
∆
W
2
< 0
и
∆
W
< 0,
нарушение
диспетчерского
графика
не
должно
привести
к
выигрышу
для
энергоблока
.
Оценку
величины
∆
W
2
можно
произвести
,
например
,
в
виде
штрафа
за
нарушение
графика
[1]:
( )
(
)
N
N
N
N
W
W
∆
λ
ε
∆
∆
∆
=
∆
∗
,
,
,
Sign
,
2
2
,
где
∆
N
=
N
–
N
*
–
величина
нарушения
графика
;
N
*
–
заданная
по
диспетчерскому
графику
нагрузка
для
энергоблока
;
N
–
текущая
нагрузка
;
ε
–
коэффициент
использования
для
ТЭС
;
λ
(
∆
N
) –
величина
штрафа
.
Внутренняя
составляющая
общего
критерия
оптимального
управления
энергоблоком
и
станцией
в
целом
–
это
себестоимость
отпускаемой
электроэнергии
.
Составляющие
себестоимости
(
прежде
всего
расходы
на
топливо
,
амортизацию
оборудования
,
текущий
ремонт
и
заработную
плату
персонала
электростанции
)
являются
функционалами
от
управления
.
Схема
связи
себестоимости
вырабатываемой
электроэнергии
с
основными
функциями
системы
управления
энергоблоком
приведена
в
работе
[1].
Таким
образом
,
для
реализации
общего
критерия
оптимального
управления
энергоблоком
необходимо
знание
моделей
технологического
процесса
,
прогнозирование
диспетчерского
графика
,
а
также
измерение
текущих
значений
параметров
и
сводных
технико
-
экономических
показателей
(
ТЭП
).
К
настоящему
времени
наиболее
полно
разработана
лишь
методика
построения
математических
моделей
наиболее
важного
технологического
процесса
энергоблока
-
генерации
пара
в
парогенераторах
при
нормальном
режиме
.
При
решении
задач
оптимизации
пуска
энергоблока
разрабатывались
модели
прогрева
турбоустановки
;
при
оптимизации
процесса
горения
-
модель
топки
и
т
.
д
.,
однако
задачи
связи
между
всеми
отмеченными
выше
моделями
пока
не
решены
.
Особенности
пусковых
режимов
энергоблоков
.
Пуск
и
последующее
нагружение
блока
можно
подразделить
на
три
основных
этапа
[2]:
–
подготовка
к
началу
пуска
установки
;
–
подготовка
к
подъему
параметров
пара
,
толчку
ротора
турбины
,
набору
оборотов
и
последующему
нагружению
турбогенератора
;
–
собственно
пуск
,
включающий
непосредственно
выполнение
отмеченных
выше
операций
вплоть
до
синхронизации
и
полного
набора
нагрузки
турбогенератором
.
На
первом
этапе
пуска
блока
производится
общий
осмотр
оборудования
,
опробование
различных
защит
и
блокировок
,
проверка
исходной
тепловой
схемы
,
сборка
схем
питания
электроприводов
арматуры
и
т
.
п
.
Как
правило
,
эти
операции
не
особенно
трудоемки
.
При
полной
автоматизации
этих
операций
возможен
некоторый
выигрыш
во
времени
пуска
блока
.
Однако
он
может
быть
реализован
лишь
в
случае
применения
сложных
и
дорогостоящих
систем
управления
,
что
в
настоящее
время
не
является
целесообразным
.
Для
второго
этапа
пуска
характерны
многочисленные
и
разноплановые
логические
операции
(
включение
дымососов
и
вентиляторов
,
розжиг
мазутных
8’2012
97
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
форсунок
,
подача
пара
на
уплотнения
,
включение
эжектора
и
набор
вакуума
,
прогрев
главного
паропровода
и
т
.
п
.).
Операция
на
этом
этапе
должны
выполняться
по
возможности
одновременно
,
что
не
только
приводит
к
сокращению
общего
времени
пуска
блока
,
но
и
к
уменьшению
потерь
тепла
и
электроэнергии
при
пуске
.
Для
своевременного
и
качественного
выполнения
операций
второго
этапа
при
ручном
пуске
требуется
дополнительное
количество
обслуживающего
персонала
.
Кроме
того
,
следует
отметить
напряженную
и
не
всегда
правильную
работу
персонала
при
выполнении
таких
операций
,
как
прогрев
паропровода
,
подача
пара
на
уплотнения
и
др
.
При
операциях
такого
рода
регулируемые
параметры
пара
,
скорости
изменения
температур
металла
и
соответствующие
разности
температур
могут
выходить
за
допустимые
предельные
значения
,
что
приводит
к
снижению
надежности
работы
оборудования
и
увеличению
общего
времени
пуска
.
Необходимо
также
учитывать
,
что
даже
значительный
объем
технологических
защит
и
блокировок
современного
энергоблока
совершенно
недостаточен
для
предотвращения
ошибочных
действий
персонала
при
пуске
.
Опыт
показывает
,
что
отмеченные
выше
операции
,
особенно
при
сложных
тепловых
схемах
энергоблоков
,
очень
длительны
и
трудоемки
.
В
связи
с
этим
автоматизация
этой
группы
операций
пуска
блока
является
вполне
оправданной
даже
при
использовании
относительно
сложной
и
дорогостоящей
аппаратуры
.
На
третьем
этапе
пуска
блока
операции
,
выполняемые
последовательно
одна
за
другой
,
следует
рассматривать
в
виде
единого
комплекса
действий
системы
управления
в
наиболее
трудных
и
ответственных
условиях
.
Во
время
подъема
параметров
пара
,
набора
оборотов
и
последующего
нагружения
турбогенератора
особенно
необходимы
качественное
регулирование
параметров
и
тщательный
контроль
за
скоростями
изменения
температур
пара
и
металла
.
В
связи
с
этим
целесообразность
автоматизации
операций
на
третьем
этапе
пуска
блока
не
вызывает
сомнений
.
Накопленный
к
настоящему
времени
опыт
частичной
автоматизации
пусковых
режимов
энергоблоков
мощностью
200
и
300
МВт
относится
к
автоматизации
операций
именно
третьего
этапа
пуска
[1–4].
В
одной
из
этих
работ
рассмотрены
определенные
уровни
автоматизации
современных
энергоблоков
,
через
которые
проходит
процесс
развития
систем
автоматического
управления
блоками
во
всех
режимах
,
а
также
намечены
пути
создания
и
совершенствования
необходимой
для
этого
аппаратуры
.
Автоматизация
на
любом
из
этих
уровней
существенно
зависит
от
подготовленности
основного
оборудования
,
отработанности
пусковых
схем
и
режимов
энергоблоков
,
а
также
от
наличия
соответствующей
аппаратуры
регулирования
и
контроля
.
Выбор
общего
критерия
оптимального
управления
блоком
в
нестационарных
режимах
,
который
бы
учитывал
помимо
перечисленных
выше
факторов
еще
и
стоимость
средств
автоматизации
,
условия
их
эксплуатации
,
подготовленность
оборудования
,
режимы
его
работы
,
в
настоящее
время
практически
невозможен
.
Однако
весьма
полезно
наметить
единый
методологический
подход
к
оценке
всех
этих
факторов
,
которые
,
в
конечном
счете
,
связаны
с
себестоимостью
вырабатываемой
блоком
электроэнергии
.
8’2012
98
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
Частные
критерии
оптимальности
управления
.
При
решении
частных
задач
желательно
применение
таких
критериев
,
глобальные
экстремумы
которых
были
бы
достаточно
близки
к
глобальному
экстремуму
общего
критерия
по
принятому
для
оптимизации
вектору
управления
.
Помимо
этого
должны
выполняться
и
другие
требования
,
предъявляемые
к
частным
критериям
оптимизации
[1].
Внешняя
составляющая
частных
критериев
совпадает
по
форме
с
внешней
составляющей
общего
критерия
;
в
некоторых
случаях
ее
удобнее
учитывать
в
виде
ограничений
.
Внутренние
составляющие
некоторых
частных
критериев
оптимального
управления
энергоблоком
в
базовом
режиме
рассмотрены
в
работах
[1, 2].
Ниже
рассмотрен
частный
критерий
оптимального
управления
энергоблоками
в
пусковых
режимах
.
Выбор
системы
автоматического
управления
пусковыми
операциями
на
любом
уровне
автоматизации
конкретного
объекта
производится
на
основе
соответствующего
технико
-
экономического
анализа
.
Применяемые
в
настоящее
время
методы
этого
анализа
крайне
несовершенны
.
Обычно
проводят
только
сопоставление
затрат
на
внедрение
и
последующую
эксплуатацию
системы
управления
с
возможной
эффективностью
.
При
этом
,
как
правило
,
учитываются
далеко
не
все
факторы
,
действующие
на
стадии
внедрения
и
эксплуатации
системы
управления
(
например
,
надежность
работы
,
простота
или
сложность
в
обслуживании
,
подготовленность
основного
оборудования
к
автоматизации
и
т
.
п
.).
Кроме
того
,
многие
факторы
из
-
за
отсутствия
достоверных
статистических
данных
и
результатов
необходимых
промышленных
испытаний
оцениваются
весьма
произвольно
в
довольно
широком
диапазоне
.
Технико
-
экономический
эффект
при
автоматизации
нестационарных
режимов
блока
обуславливается
следующими
основными
факторами
:
повышением
надежности
работы
оборудования
;
экономией
топлива
и
электроэнергии
за
счет
уменьшения
времени
пуска
;
уменьшением
затрат
на
капитальный
и
текущий
ремонты
оборудования
;
увеличением
маневренности
блока
;
возможным
сокращением
обслуживающего
персонала
.
Минимизация
себестоимости
является
основной
задачей
управления
энергоблоком
,
в
том
числе
и
при
пусковых
режимах
.
К
числу
основных
составляющих
себестоимости
вырабатываемой
электроэнергии
,
зависящих
от
схем
управления
и
подлежащих
минимизации
при
автоматизации
этих
режимов
,
относятся
,
прежде
всего
,
расходы
на
топливо
,
амортизацию
оборудования
,
текущий
ремонт
и
зарплату
обслуживающего
персонала
.
Примерная
схема
связи
между
этими
составляющими
себестоимости
и
автоматическим
управлением
блоком
в
пусковых
режимах
приведена
на
рисунке
.
Из
этой
схемы
могут
быть
определены
основные
составляющие
частного
критерия
оптимального
управления
при
пуске
энергоблока
.
При
этом
должны
учитываться
:
–
топливная
составляющая
себестоимости
,
которая
непосредственно
зависит
от
среднего
значения
КПД
энергоблока
и
косвенно
от
уменьшения
аварийных
простоев
блока
;
–
составляющая
себестоимости
по
затратам
на
текущий
ремонт
оборудования
,
которая
зависит
от
условий
работы
металла
турбогенератора
и
парогенератора
,
а
также
от
ошибочных
действий
персонала
и
связанного
с
ними
роста
аварийности
блока
;
–
составляющая
себестоимости
но
зарплате
,
которая
зависит
от
численности
персонала
,
участвующего
в
выполнении
пусковых
операций
,
а
также
от
затрат
на
обслуживание
системы
управления
;
8’2012
99