مقاله کنترل سطح درام و فشار دیفرنس واحد اشکودای نیروگاه مشهد

بخشی از مقاله

چکیده:

در این مقاله، ابتدا سیستم کنترل سطح درام و فشار دیفرنس واحد اشکوداي نیروگاه مشهد معرفی شده است. سپس معایب سیستم قبلی از قبیل کندي سیستم کنترل سطح درام، مشکل مکانیکی والوها، لختی والوها و عملکرد غیر خطی عملگر والو توضیح داده شده است. در ادامه پدیده هاي Priming و Hammering و مشکلاتی که در صورت لحاظ نشدن آنها در سیستم پیش خواهد آمد، بیان شده است.

پس از بیان اشکالات سیستم، از روش تبدیل لاپلاس و همچنین از طریق نرم افزار MATLAB و الگوریتم n4sid توابع تبدیل سیستم محاسبه شده و نتایج دو روش با هم مقایسه شده و روش بهتر انتخاب شده است. سپس به طراحی کنترلر جدید براي سیستم پرداخته شده است و راهکارهاي مناسب جهت رفع معایب سیستم مطرح شده است.

در این قسمت براي رفع مشکل Priming و Hammering ، از تفاضل دبی آب ورودي و بخار خروجی بجاي سطح درام استفاده شده است. براي افزایش سرعت سیستم کنترل سطح درام با تغییر ضرایب کنترلر تغییرات در دبی آب ورودي بیشتر شده و در نتیجه سیستم کنترل سطح درام سریع تر شده است. براي رفع مشکل مکانیکی والوها از دو کنترلر استفاده شده است.

یک کنترلر هنگامی که متغیر پروسه بالاتر از مقدار مرجع است - این کنترلر داراي گین بیشتري است - و دیگري هنگامی که متغیر پروسه پایینتر از مقدار مرجع است - این کنترلر داراي گین کمتري میباشد - . براي رفع مشکل عملکرد غیر خطی عملگر والوها از پالسهاي بادامنهي کامل - +10 ولت براي باز کردن والو و -10 ولت براي بستن والو - استفاده شده و کنترل سرعت عملگر بوسیلهي تغییر عرض پالس صورت میگیرد. براي رفع مشکل لختی والوها هم از پالس هاي با عرض بیشتر استفاده شده است. در قسمت بعدي مقاله نتایج شبیه سازي کنترلر طراحی شده آورده شده است.

کنترلر طراحی شده توسط PLC روي واحد شماره 1 اشکوداي مشهد تست شد و توانست سیستم را بخوبی کنترل نماید.
.1 مقدمه

هدف از این مقاله کنترل سطح درام و فشار دیفرنس واحد بخار اشکوداي نیروگاه مشهد است. درام مخزنی است که در آن آب و بخار، به صورت اشباع نگهداري میشود. مرجع سطح درام، سطح صفر است. اگر سطح درام بیشتر از 5 سانتیمتر و یا کمتر از -5 سانتیمتر شود، آلارم اول تولید میشود.

در صورت رسیدن سطح به ±15 سانتی متر، آلارم دوم که مهمتر است تولید شده و واحد به سمت تریپ میرود. بدین صورت که اگر سطح درام به -17 سانتیمتر برسد ، واحد تریپ داده می-شود و اگر سطح درام به +17 برسد، پمپ تغذیه تریپ داده می شود ولی واحد همچنان به کار خود ادامه میدهد. بطور کلی براي کنترل سطح درام دو روش وجود دارد :

1.    استفاده از یک پمپ دور متغیر

2.    استفاده از یک پمپ دور ثابت سري شده با یک والو

در نیروگاه مشهد، براي کنترل سطح درام از روش دوم استفاده شده است که در آن از یک پمپ دور ثابت - پمپ تغذیه - به همراه رگولاتور والو استفاده شده است. ولی چون که خروجی پمپ تغذیه داراي فشار حدود 160 اتمسفر است و براي درام فشاري حدود 100 اتمسفر کافیست، از یک والو فشارشکن به نام دیفرنس والو قبل از رگولاتور والو استفاده شده است. استفاده از این دو والو باعث کنترل پذیري بهتر سیستم میشود.

سیکل نیروگاه بخار در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل .1 سیکل نیروگاه بخار

در این سیستم کنترل، هشت ورودي آنالوگ، یک ورودي دیجیتال، دو خروجی آنالوگ و دو خروجی دیجیتال داریم که در ادامه توضیح داده میشوند:

ورودي هاي آنالوگ عبارتند از:

سطح درام، اختلاف فشار دو سر رگولاتور والو - فشار دیفرنس - ، دبی آب ورودي، دبی بخار خروجی، موقعیت رگولاتور والو، موقعیت دیفرنس والو، مرجع سطح درام و مرجع فشار دیفرنس.

ورودي دیجیتال سیستم، سلکتور انتخاب حالت کنترل اتومات یا دستی است.

خروجی هاي آنالوگ عبارتند از:

خروجی جهت باز و بسته کردن رگولاتور والو و نیز دیفرنس والو.

خروجی هاي دیجیتال عبارتند از:

خروجی جهت آزاد کردن ترمز رگولاتور والو و ترمز دیفرنس والو.

.2 معایب سیستم کنترل قبلی

.1-2 پدیده هاي Priming و Hammering

این دو پدیده در طراحی سیستم قبلی بخوبی در نظر گرفته نشده اند. در ادامه به توضیح این دو پدیده و اثرات نامطلوب آنها می-پردازیم.

.1-1-2 پدیدهي Priming

وقتی که دبی بخار خروجی به طور ناگهانی افزایش مییابد، فشار در قسمت بالاي محفظهي درام افت میکند و سطح درام بطور کاذب بالا میآید. لذا کنترلر فرمان میدهد تا دبی آب ورودي کاهش یابد تا سطح پایین بیاید. حال آنکه با افزایش بخار خروجی، میبایست سطح درام افت کند و دبی آب ورودي نیز افزایش یابد.

پس از لحظاتی که فشار درام طی حلقهي کنترلی جداگانهي خود به حالت اول برمیگردد و اثر این پدیدهي زودگذر از بین می-رود، چون که هم دبی بخار خروجی به شدت افزایش یافته و هم کنترلر به اشتباه فرمان کاهش دبی آب ورودي را صادر کرده، سطح درام افت شدیدي خواهد کرد که براي جبران آن دوباره کنترلر باید فرمان بدهد تا دبی آب ورودي افزایش یابد.

بنابراین با یک تغییر ناگهانی در دبی بخار خروجی - تغییر ناگهانی در بار - مشاهده میکنیم که سیستم به دلیل صادر کردن فرمان اشتباه، تا حدي نوسانی میشود

به این پدیده ، پدیدهي Priming میگوییم.

شکل .2 پدیدهي Priming

.2-1-2 پدیدهي Hammering

پدیدهي Hammering در نقطهي مقابل پدیدهي Priming است.

پدیده هاي فوق، پدیدههایی گذرا هستند و به این دلیل به وجود میآیند که سنسور سطح سنج درام بر مبناي اختلاف فشار بین بالاترین و پایین ترین سطح آب در محفظهي درام عمل میکند.

تغییرات ناگهانی بخار منجر به نوسانات فشار میشود و سنسور اطلاعات نادرستی میدهد. چنانچه کنترلر فقط بر مبناي سطح درام تصمیم گیري کند، همانند بالا دستورات اشتباهی صادر می-کند.

.2-2 کند بودن سیستم کنترل سطح درام

پاسخ کنترلر قبلی سیستم کنترل سطح درام کند است - مثلاً اگر سطح درام 5 سانتیمتر افت داشته باشد، براي جبران این سطح در حدود 5 دقیقه زمان لازم است - و این امر باعث میشود تا در شرایط بحرانی که تغییرات سریع داریم، کنترلر نتواند عملکرد مطلوبی را از خود نشان دهد.

در بررسی هاي دقیقتر مشخص میشود که این کندي، مربوط به ذات سیستم میباشد و نه کنترلر سطح درام. به بیان دیگر، براي کنترل سطح درام، تنها پارامتري که در اختیار است فلوي آب ورودي به درام میباشد و با کم و زیاد کردن آن میتوان سطح درام را کنترل نمود. حال محدودیت در فلوي آب ورودي است که باعث کندي پاسخ سیستم کنترل سطح درام شده است. - فلوي آب ورودي میتواند بین 90 تا 270 تن بر ساعت، تغییرات داشته باشد و اگر از این بازه خارج شود، یک آلارم فعال خواهدشد. -

در سیستم قبلی کنترل سطح درام، تفاضل دبی آب ورودي و دبی بخار خروجی محاسبه شده و ضریبی از آن با سطح درام جمع -شده و نتیجهي حاصل به کنترلر سطح درام اعمال میشد