Automatizari in centralele termoelectrice

Automatizari in centralele termoelectrice

Pentru entalpie constanta a aburului la intrarea in blocul turbinei, variatia caderii termice izentropice dH_DS depinde de entropia specifica, de variatia presiunii la intrarea (DP₁) si la iesirea (DP₂) blocului turbinei asa cum rezulta din fig.7.37.

Din (7.187) pentru entalpie constanta i₁la intrare, rezulta:

dH_Ds= - di_2s (7.189)

Conform primului principiu al termodinamicii:

(7.190)

unde T-este temperatura absoluta in K, v-volumul specific, s-entropia iar p-presiunea.

Particularizand relatia (7.190) pentru datele din fig.7.37 rezulta:

Di_2s=T_2S0ds+v_2S0dP₂ (7.191)

unde T_2S0 si v_2S0 reprezinta temperatura absoluta si volumul specific pentru starea izentropica corespunzatoare presiunii p₂₀.

Din (7.190) pentru parametrii aburului la intrarea in blocul studiat (di₁=0) rezulta:

T₁₀ ds=-v₁₀ dp₁ (7.192)

Din (7.192) se determina ds ce se inlocuieste in (7.191), valoarea astfel obtinuta se inlocuieste in (7.189) si rezulta:

(7.193)

Din (7.193) si (7.188) rezulta :

(7.194)

Relatia (7.194) se particularizeaza pentru cele doua blocuri ale turbinei, permitand calculul coeficientilor ce apar in functiile de transfer.

Coeficientul B care apare in relatia (7.154), definit prin relatia (7.155) si (7.141) se poate determina din (7.194) in conditiile de functionare y=y₀=ct (clapeta de admisie a aburului in turbina in pozitie fixa) si dp₂=dp=0 (variatia presiunii aburului pe supraincalzitor neglijabila).

(7.195)

Din (7.181) si (7.195), in regim subcritic, rezulta

si din (7.182), pentru regim critic

Constanta C, ce apare in relatia (7.155), definita prin relatiile (7.142) si (7.158), se poate determina din (7.194) in conditiile dp₂ = dp = 0, y=y₀ = constant, prin calculul valorii derivatei puterii grupului IP in raport cu presiunea p_t.

(5.198)

Din (7.198), (7.158), (7.142) si (7.164, pentru regim subcritic al blocului de inalta presiune, rezulta

si pentru regim critic, tinand cont de relatia (7.168)

(7.200

Valorile necesare in relatiile de mai sus, pentru temperaturi, volume specifice ale aburului si caderi termine izentropice, se pot determina din curbele diagramelor i - s ale destinderii aburului in turbina, conform figurii 7.38, in care punctul A corespunde parametrilor aburului la intrarea in corpul de inalta presiune si se afla la intersectia i-s corespunzatoare presiunii p_t, volumului specific constant v_1I si temperaturii T_1I. Zona A-B a curbei corespunde destinderii politrope a aburului in corpul de inalta presiune al turbinei, zona B - C corespunde incalzirii izobare a aburului in supraincalzitorul intermediar (la presiune constanta) iar zona C - D, corespunde destinderii politrope a aburului in corpul de joasa presiune al turbinei. Curbele A - B si C - D corespund destinderilor izentropice.

Din diagramele din fig. 7.38 se pot determina valorile H_Is0 = i_1I0-i_2Is0, T_2Is0, T_1I0 si v_1I0 necesare determinarii coeficientului C din relatiile (7.199) sau (7.200).

Coeficientul b ce apare in relatiile (7.154) si (7.155) definit cu relatiile (7.156) sau (7.157) se poate calcula cunoscand constantele K_NJp si K_Nip, definite cu relatiile (7.143) si (7.148). Pentru calculul acestor constante, se exprima variatia puterii relative totalece deriva din (7.152).

(7.201)

si utilizand relatiile (7.137) si (7.146) transformate similar ca la determinarea constantei C

Cu aceste expresii se exprim[ variatia relativa totala a puterii grupului

(7.202)

Din (7.172) si (7.174) rezulta variatia relativa a presiunii P:

(7.203)

Din (7.203) si (7.202) rezulta :

(7.204)

Din (7.204) pentru p_t=p_to=ct (dp_t=0) rezulta :

(7.205)

Conform relatiilor (7.178), (7.156),(7.177) si (7.179), relatia (7.205) devine:

1= B +K_M 

Tinand cont de (7.180) si (7.157) si (7.206) coeficientul b devine :

b = K_M = 1-B  (7.207)

Tinand cont de (7.207) din (7.154) rezulta ca:

N (0)=B+b=1 (7.208)

Din (7.159) si (7.157) si (7.206) rezulta :

(7.209)

In concluzie constantele care apar in functiile de transfer H_Ny(s) si H_Npt(s) se pot determina complet cu relatiile: B cu (7.196), b cu (7.207),C cu (7.200), c cu (7.209) si T_N cu (7.166) daca se cunoaste K_M, ce se determina cunoscand panta curbei de incarcare a turbinei conform relatiei (7.179).

In cazul in care nu se dispune de diagrama de incarcare a turbinei coeficientul K_M se poate determina teoretic .In ipoteza ca randamentul termodinamic al ambelor blocuri ale turbinei in regim normal de functionare nu se schimba si entalpia aburului la intrarea altor blocuri se considera constanta, variatiile dN_I si dN_J se pot determina cu relatia (7.194). Pentru presiune constanta la intrarea in blocul de inalta presiune P_t=ct din (7.194) rezulta:

(7.210)

si similar pentru presiune constanta la iesirea din blocul de joasa presiune :

(7.211)

Pentru turbinele cu condensatie, tinand cont de relatiile anterioare:

si

si din (7.210) si (7.211), pentru p_t=p_to, rezulta:

Din (7.212), tinand cont de definitia lui K_M, rezulta :

(7.213)

unde parametrii ce apar in (7.212) se determina din diagrama i-s a turbinei cu supraincalzitor prezentata in fig. 7.38;

7.7.3. Structura sistemului de reglare al frecventei turbogeneratoarelor

S-a obtinut in subcapitolul 7.6.2 modelul matematic al turbinei de abur si schema bloc corespunzatoare pentru mici variatii ale parametrilor in jurul valorilor de regim stationar ,avand ca marimi de iesire viteza unghiulara si puterea N a turbinei functie de presiunea in tambur ,marimea de comanda a admisiei aburului in turbina si puterea sarcinii deci puterea livrata de generatorul electric.

In capitolul 6 s-a determinat modelul matematic si schema bloc (vezi fig.6.10) al unui generator cuplat la aria energetica avand ca marimi de intrare cuplul activ dezvoltat de motorul primar (in cazul de fata turbina de abur) M_T(s) si frecventa in aria energetica si ca marimi de iesire frecventa generatorului f_G si puterea activa P_G debitata in aria energetica .Pentru a putea utiliza cele doua scheme bloc , ale turbinei si ale generatorului trebuie stabilita in primul rand dependenta intre puterea interna a turbinei si viteza unghiulara pe de o parte si cuplul activ transmis la arborele generatorului .

In conformitate cu definitia puterii interne rezulta :

N(t)=M_T(t)(t) (7.214)

sau, trecand la variatii in jurul valorilor de regim stationar .

DN(t)=N_T0D DM_T(t)

de unde :

M_T(t)= N(t)-M_T0

Din (7.214), pentru regim stationar se exprima M_To si se inlocuieste in (7.215) trecandu-se totodata la variatii adimensionale:

M_T(t)=

sau: M_T(s)= (X_N(s)-X(s)) (7.216)

Variatia puterii de sarcina N_S, in conditiile impuse in functionarea grupului turbogenerator , se poate considera ca fiind proportionala cu variatia puterii active a generatorului P_G(t).

N_S(s)= (7.217)

unde este randamentul global al generatorului.

In concluzie, relatiile (7.216) si (7.217) permit interconectarea schemelor bloc al turbinei de abur si generatorului sincron pentru sinteza si analiza sistemelor de reglare automata ale grupurilor turbogeneratoare.

Una dintre conditiile esentiale, impuse de functionarea grupurilor turbogeneratoare cuplate la o arie energetica, este data de limitele de variatie a frecventei generatorului electric impuse pentru sistemul energetic national la 0,2H_Z respective 0,4%. Intre frecventa generatorului f_G si turatia n a rotorului cuplat rigid cu turbina exista dependenta:

(7.218)

unde : p- este numarul de perechi de poli ai generatorului electric, iar este turatia turbogeneratorului in [rot/min]

Din (7.218) rezulta ca pentru a mentine frecventa in sistem intre limitele admise este necesara mentinerea turatiei turbinei intre niste limite impuse. Astfel pentru variatii ale frecventei cu rezulta variatii ale turatiei pentru turbine cu n = 3000 rot/min (P=l), Dn = ± 12 rot/min = ± 0,4%. Puterea interna a turbinei depinde de turatie si comanda X_VR (vezi fig. 7.39). Pentru mentinerea constanta a turatiei turboagregatului la valoarea n in cazul variatiei puterii sarcinii (N -N) se modifica X_VR la valoarea X'_VR pentru a egala din nou puterile N'(X'_VR )=N'_s(n) (punctul B pe curba N(x'_VR )). Deoarece frecventa generatorului, asa cum rezulta din fig.7.10, mai depinde si de frecventa ariei energetice, se impune analiza ansamblului turbina-generator si stabilirea structurii sistemului de reglare automata a turatiei turbinei, care sa asigure mentinerea frecventei generatorului in limitele admise. Pentru aceasta, se va analiza schema bloc a ansamblului turbina-generator conform schemelor bloc din figurile (6.10) si (7.35) interconectate conform relatiei (7.216) (vezi fig.7.40).

Din analiza schemei bloc rezulta ca o reglare numai a turatiei turbinei (reactia RA dupa X) nu asigura performantele dorite pentru variata frecventei generatorului decat la variata presiunii aburului la intrarea in turbina. Compensarea variatiei frecventei generatorului ca urmare a variatiei frecventei in aria energetica (cauzata de variatia puterii consumate in arie) nu poate fi compensata datorita functiilor de transfer diferite pe canalele respective (calea directa f_s - f_g si reactia prin

In acest caz se va asigura reactia inversa principala in raport cu f_G ce asigura in principal compensarea variatiei frecventei f_s a ariei energetice si o reactie interna dupa x_w care asigura compensarea variatiilor puterii cauzate de variatiile presiunii aburului p_t si de variatiile puterii active debitate de generator P_G. Structura sistemului de reglare este prezentata in figura 7.40. Toate marimile de reactie pot fi masurate cu traductoare adecvate (tahogeneratoare pentru turatie si frecventmetre pentru frecventa). Elementul de executie pentru admisia aburului in turbina contine de obicei un servomotor pneumatic sau hidraulic, cu dublu efect, deci va avea o comportare de tip integrator. Deoarece in aceasta bucla exista deja un element integrator, pentru a nu apare fenomene de instabilitate, elementul de executie este prevazut cu un pozitioner.

Presiunile mari de lucru pentru aburul introdus in turbina impune etansari corespunzatoare, deci apar forte de frecare mari intre elementele in miscare ale elementului de executie. Acest lucru conduce la o caracteristica stationara cu histerezis a elementului de executie fapt compensat aproape total de pozitioner, daca acesta se monteaza in bucla inchisa pe elementul de executie.

Pentru calculul parametrilor de acordare, se aplica metodele cunoscute din literatura de specialitate, specifice sistemelor de urmarire in cazul regulatorului R₁ si pentru sisteme de stabilizare pentru regulatorul R₂