Совершенствование алгоритмов управления агрегатом низконапорной ГЭС
|
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОТЕ И УСТРОЙСТВЕ
НОВОСИБИРСКОЙ ГЭС 8
1.1. Общие сведения о Новосибирской ГЭС 8
1.2. Направляющий аппарат 18
1.3 Автоматическая система управления гидроагрегатом (АСУГ) 18
1.4 Электрогидравлический регулятор (ЭГР) 19
1.5 Маслонапорная установка (МНУ) 19
1.6 Золотник аварийного закрытия (ЗАЗ) и аварийная маслонапорная
установка (АМНУ) 21
2 АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ГИДРОАГРЕГАТОМ 22
3 МОДЕРНИЗАЦИЯ АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОАГРЕГАТОМ В АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ 31
4 ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ГИДРОАГРЕГАТА НОВОСИБИРСКОЙ
ГЭС ДЛЯ АНАЛИЗА АЛГОРИТМОВ АСУГ 38
4.1 Разработка имитационной модели ГА 38
4.2 Имитационная модель ГА в программном комплексе MATLAB-Simulink 43
4.3 Анализ аварийных алгоритмов АСУГ ГА на базе имитационной модели 50
4.4 Анализ модернизированных аварийных алгоритмов АСУГ ГА на базе
имитационной модели 52
4.5 Выводы по главе 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 58
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОТЕ И УСТРОЙСТВЕ
НОВОСИБИРСКОЙ ГЭС 8
1.1. Общие сведения о Новосибирской ГЭС 8
1.2. Направляющий аппарат 18
1.3 Автоматическая система управления гидроагрегатом (АСУГ) 18
1.4 Электрогидравлический регулятор (ЭГР) 19
1.5 Маслонапорная установка (МНУ) 19
1.6 Золотник аварийного закрытия (ЗАЗ) и аварийная маслонапорная
установка (АМНУ) 21
2 АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ГИДРОАГРЕГАТОМ 22
3 МОДЕРНИЗАЦИЯ АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОАГРЕГАТОМ В АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ 31
4 ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ГИДРОАГРЕГАТА НОВОСИБИРСКОЙ
ГЭС ДЛЯ АНАЛИЗА АЛГОРИТМОВ АСУГ 38
4.1 Разработка имитационной модели ГА 38
4.2 Имитационная модель ГА в программном комплексе MATLAB-Simulink 43
4.3 Анализ аварийных алгоритмов АСУГ ГА на базе имитационной модели 50
4.4 Анализ модернизированных аварийных алгоритмов АСУГ ГА на базе
имитационной модели 52
4.5 Выводы по главе 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 58
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Гидроэнергетическое оборудование современных крупных ГЭС обычно полностью автоматизировано. Все операции по пуску и останову (нормальному и аварийному), а также большинство функций по оперативному обслуживанию работающих агрегатов выполняются без участия дежурного персонала автоматизированной системой управления. Ручное управление гидроагрегатом сводится к подаче команд автоматического пуска или останова, а также изменения нагрузки или режима работы, после чего все промежуточные операции выполняются автоматизированной системой управления генератором (АСУГ) в необходимой последовательности автоматически.
Основными функциями АСУГ являются:
1. выполнение операций, связанных с режимом работы (пуск, останов, перевод в режим синхронного компенсатора и др.);
2. контроль состояния агрегата, обеспечивающий своевременное обнаружение неисправностей;
3. выполнение необходимых противоаварийных мероприятий в случаях неисправности агрегата или нарушения работы энергосистемы.
На данный момент алгоритмы АСУГ не регламентируются нормативными документами, и разрабатываются для каждой ГЭС индивидуально с участием персонала станции. При этом неизбежно появление неточностей алгоритмов, когда в нестандартных аварийных ситуациях АСУГ выдает неоптимальные или даже способствующие развитию аварии управляющие воздействия.
Например, в АСУГ Новосибирской ГЭС предусмотрены функции формирования аварийного состояния агрегата и автоматического останова. Аварийное состояние агрегата фиксируется, в частности, при снижении уровня масла в маслонапорной установке (МНУ). По факту выявления аварийного состояния агрегата запускается алгоритм аварийного останова, в соответствии с которым подается сигнал на отключение генераторного 6
выключателя и сигнал в регулятор частоты вращения на закрытие направляющего аппарата. При этом оказывается возможна ситуация, когда объем масла в МНУ недостаточен для закрытия направляющего аппарата, и агрегат, отключенный от сети, будет длительно работать на повышенных (угонных) оборотах.
Целью работы является совершенствование алгоритмов автоматизированного управления агрегатами ГЭС.
Для достижения цели предполагается решить следующие задачи:
1. выявление недостатков в существующих алгоритмах управления;
2. выработка рекомендаций по изменению алгоритмов с целью устранения недостатков;
3. опробование модернизированных алгоритмов на математической модели гидроагрегата.
Результатами работы является: проведенный анализ аварийных алгоритмов АСУГ и определение области их устойчивой работы; проведенная модернизация аварийных алгоритмов работы; разработанная математическая имитационная модель ГА Новосибирской ГЭС для исследования нормальных и аварийных режимов работы; анализ стандартных и модернизированных алгоритмов на базе математической модели.
Основными функциями АСУГ являются:
1. выполнение операций, связанных с режимом работы (пуск, останов, перевод в режим синхронного компенсатора и др.);
2. контроль состояния агрегата, обеспечивающий своевременное обнаружение неисправностей;
3. выполнение необходимых противоаварийных мероприятий в случаях неисправности агрегата или нарушения работы энергосистемы.
На данный момент алгоритмы АСУГ не регламентируются нормативными документами, и разрабатываются для каждой ГЭС индивидуально с участием персонала станции. При этом неизбежно появление неточностей алгоритмов, когда в нестандартных аварийных ситуациях АСУГ выдает неоптимальные или даже способствующие развитию аварии управляющие воздействия.
Например, в АСУГ Новосибирской ГЭС предусмотрены функции формирования аварийного состояния агрегата и автоматического останова. Аварийное состояние агрегата фиксируется, в частности, при снижении уровня масла в маслонапорной установке (МНУ). По факту выявления аварийного состояния агрегата запускается алгоритм аварийного останова, в соответствии с которым подается сигнал на отключение генераторного 6
выключателя и сигнал в регулятор частоты вращения на закрытие направляющего аппарата. При этом оказывается возможна ситуация, когда объем масла в МНУ недостаточен для закрытия направляющего аппарата, и агрегат, отключенный от сети, будет длительно работать на повышенных (угонных) оборотах.
Целью работы является совершенствование алгоритмов автоматизированного управления агрегатами ГЭС.
Для достижения цели предполагается решить следующие задачи:
1. выявление недостатков в существующих алгоритмах управления;
2. выработка рекомендаций по изменению алгоритмов с целью устранения недостатков;
3. опробование модернизированных алгоритмов на математической модели гидроагрегата.
Результатами работы является: проведенный анализ аварийных алгоритмов АСУГ и определение области их устойчивой работы; проведенная модернизация аварийных алгоритмов работы; разработанная математическая имитационная модель ГА Новосибирской ГЭС для исследования нормальных и аварийных режимов работы; анализ стандартных и модернизированных алгоритмов на базе математической модели.
В данной работе выполнен анализ ряда технологических процессов Новосибирской ГЭС. В частности рассмотрены гидрологические характеристики водохранилища, характеристики стока р. Обь, режимы эксплуатации водохранилища, проведен анализ технологического процесса регулирования работы ГА. Детальное внимание уделено АСУГ и устройствам, обеспечивающим регулирование и эксплуатацию ГА Новосибирской ГЭС.
Проведенный анализ алгоритмов АСУГ позволил выявить недостатки в аварийных режимах работы. При возникновении аварийных сигналов в АСУГ выполняется формирование сигнала аварийного состояния ГА. По этому сигналу выполняется моментальный сброс нагрузки ГА отключением от сети с последующим аварийным остановом. Такой способ выполнения аварийного останова приводит к забросу частоты вращения ГА и длительной работе на повышенных оборотах.
Для устранения выявленных недостатков в работе предложены модернизированные аварийные алгоритмы АСУГ. Основная идея предложенной модернизации состоит в разделении аварийных сигналов на две группы, каждая из которой формирует свое аварийное состояние: «Аварийное состояние 1» и «Аварийное состояние 2»; разделение осуществляется по принципу потенциальной опасности данных сигналов для развития аварийных последствий в ГА. К сигналам, вызывающим формирование состояния «Аварийное состояние 1» отнесены сигналы в электрической части ГА, в случае возникновения которых требуется незамедлительное отключение от сети; к сигналам, формирующим «Аварийное состояние 2» - сигналы в механической части ГА, которые допускают отключение от сети с выполнением предварительной разгрузки. В случае формирования сигнала «Аварийное состояние 2» аварийный останов ГА будет осуществляться с выполнением предварительной разгрузки. Предварительная разгрузка позволит исключить заброс частоты, работу ГА на повышенных оборотах, повышенный износ ГА и вспомогательного оборудования.
Для исследования алгоритмов АСУГ разработана математическая модель ГА на основании эксплуатационных гидравлических характеристик реального ГА и входящего в состав вспомогательного оборудования МНУ, НА, водовод, ЭГР, ЗАЗ, АМНУ и др. Адекватность работы модели проверена на основе экспериментальных данных, полученных для ряда режимов работы реального ГА. Сравнение результатов моделирования и экспериментальных данных показало достаточную для выполнения качественного анализа степень совпадения результатов.
Математическая модель позволила проведение исследований аварийных алгоритмов АСУГ. Исследование выявило, что аварийное отключение стандартными алгоритмами ГА, работающему с номинальной нагрузкой, приводит к забросу частоты вращения, составляющему 145 % номинального значения, формированию защиты «Разгон I ступени», длительной работе на повышенных оборотах (частота вращения выше 115 % номинального значения в течение 51 с).
Исследование модернизированных алгоритмов на базе разработанной имитационной модели показало, что в случае аварийного останова ГА модернизированными алгоритмами с отключением ГА от сети и выполнением предварительной разгрузки, исключает недостатки стандартного алгоритма. Работа модернизированных аварийных алгоритмов АСУГ полностью устраняет заброс частоты вращения ГА, работу на повышенных оборотах, таким образом, минимизирует негативные последствия отключения ГА от сети. При этом модернизация аварийных алгоритмов АСУГ не требует значительных изменений в существующей системе АСУГ, и использует в своем составе ранее разработанные и проверенные алгоритмы.
Проведенный анализ алгоритмов АСУГ позволил выявить недостатки в аварийных режимах работы. При возникновении аварийных сигналов в АСУГ выполняется формирование сигнала аварийного состояния ГА. По этому сигналу выполняется моментальный сброс нагрузки ГА отключением от сети с последующим аварийным остановом. Такой способ выполнения аварийного останова приводит к забросу частоты вращения ГА и длительной работе на повышенных оборотах.
Для устранения выявленных недостатков в работе предложены модернизированные аварийные алгоритмы АСУГ. Основная идея предложенной модернизации состоит в разделении аварийных сигналов на две группы, каждая из которой формирует свое аварийное состояние: «Аварийное состояние 1» и «Аварийное состояние 2»; разделение осуществляется по принципу потенциальной опасности данных сигналов для развития аварийных последствий в ГА. К сигналам, вызывающим формирование состояния «Аварийное состояние 1» отнесены сигналы в электрической части ГА, в случае возникновения которых требуется незамедлительное отключение от сети; к сигналам, формирующим «Аварийное состояние 2» - сигналы в механической части ГА, которые допускают отключение от сети с выполнением предварительной разгрузки. В случае формирования сигнала «Аварийное состояние 2» аварийный останов ГА будет осуществляться с выполнением предварительной разгрузки. Предварительная разгрузка позволит исключить заброс частоты, работу ГА на повышенных оборотах, повышенный износ ГА и вспомогательного оборудования.
Для исследования алгоритмов АСУГ разработана математическая модель ГА на основании эксплуатационных гидравлических характеристик реального ГА и входящего в состав вспомогательного оборудования МНУ, НА, водовод, ЭГР, ЗАЗ, АМНУ и др. Адекватность работы модели проверена на основе экспериментальных данных, полученных для ряда режимов работы реального ГА. Сравнение результатов моделирования и экспериментальных данных показало достаточную для выполнения качественного анализа степень совпадения результатов.
Математическая модель позволила проведение исследований аварийных алгоритмов АСУГ. Исследование выявило, что аварийное отключение стандартными алгоритмами ГА, работающему с номинальной нагрузкой, приводит к забросу частоты вращения, составляющему 145 % номинального значения, формированию защиты «Разгон I ступени», длительной работе на повышенных оборотах (частота вращения выше 115 % номинального значения в течение 51 с).
Исследование модернизированных алгоритмов на базе разработанной имитационной модели показало, что в случае аварийного останова ГА модернизированными алгоритмами с отключением ГА от сети и выполнением предварительной разгрузки, исключает недостатки стандартного алгоритма. Работа модернизированных аварийных алгоритмов АСУГ полностью устраняет заброс частоты вращения ГА, работу на повышенных оборотах, таким образом, минимизирует негативные последствия отключения ГА от сети. При этом модернизация аварийных алгоритмов АСУГ не требует значительных изменений в существующей системе АСУГ, и использует в своем составе ранее разработанные и проверенные алгоритмы.