Лабораторная работа №2. Исследование сар яр на малых и больших

уровнях мощности при наличии возмущений.

Цель работы:

Познакомить Вас с двумя важными свойствами САР ЯР: 1) Отказоустойчивостью и 2) Помехоустойчивостью на конкретных примерах.

При проектировании САР ЯР кроме проблемы устойчивости, которая обсуждалась на предыдущем практическом занятии, возникают ещё две очень важные проблемы, без решения которых применение САР ЯР на практике невозможно!

Первая проблема – это свойство отказоустойчивости.

Под Отказоустойчивостью понимается возможность выполнения САР ЯР своих функций при отказе ( выходе из строя) любого из её элементов.

Одним из таких важных элементов является сам автоматический регулятор.

Существует несколько способов полной замены неисправного регулятора:

1.Переход на ручное регулирование ( этот способ Вам предлагается проверить в данной лабораторной работе),

2.Резервирование работающего регулятора вторым, который находится в горячем резерве и не работает до выхода из строя первого,

3.Два или три параллельно работающих регулятора ( на РБМК их 12 штук).

Ваша задача в курсовом проекте количественно обосновать выбор одного из них.

Для решения этой задачи необходимо знать требования, предъявляемые к надёжности САР и его элементам и логико-вероятностный метод анализа, который мы будем изучать в четвертой теме!

Теперь мы перейдем к способам к повышению помехоустойчивости автоматического регулятора, но уже не промышленным помехам, а к шуму реактивности, который всегда присутствует в полезном сигнале.

Вторая проблема – это свойство устойчивости к шумам реактивности.

Под Помехоустойчивостью САР понимают его свойство работать с высокими показателями качества даже при наличии Шумов технологического процесса кроме промышленных Помех от сети 50 гц.

На предыдущем практическом занятии мы рассмотрели способы борьбы с помехами путем экранировки соединительных кабелей, создания предварительных усилителей и применения активных фильтров на операционных усилителях.

Еще один из способов борьбы с шумами и помехами заключается в использовании в тракте САР астатических элементов.

Астатический элемент, его преимущества и недостатки.

Вопрос 12. Расскажите об астатическом элементе, его преимуществах и недостатках применения в сар.

Астатический или интегрирующий элемент

характеризуется наличием оператора “ p “ в знаменателе его передаточной функции.

Примерами таких элементов являются ЯР на малых уровнях мощности и привод двигателя.

Его преимуществами являются :

1.Хорошее сглаживание шумов и помех за счёт наличия логарифмической характеристики со спадом - 20 дб/дек,

2. Наличие нулевого сигнала в установившемся режиме на его входе, что позволяет строить регуляторы с нулевой статической ошибкой, а наличие двух последовательно включенных интеграторов создает и кинетическую ошибку, равную нулю.

3.Число последовательно включенных интегрирующих элементов называют порядком астатизма.

4.Наличие астатических элементов облегчает определение сигналов в установившемся режиме САР без решения дифференциальных уравнений, Это Вы должны научиться делать в своей курсовой работе.

К недостаткам этого элемента является внесение запаздывания -90 градусов в контур регулирования, что снижает запас устойчивости по фазе !

Однако наличие отрицательной обратной связи в контуре этого элемента ( подобно МКР в контуре ЯР на больших уровнях мощности) делает этот элемент статическим, т.е. у него появляется статическая ошибка.

В данной лабораторной работе будут рассмотрены два способа борьбы с шумами реактивности :

1.Старый способ – применение настраиваемой вручную зоны нечувствительности регулятора и

2. Новый способ – автоматически самонастраивающейся зоны нечувствительности САР ЯР, который испытан и запатентован нами совместно с работниками ФЭИ, и в настоящее время используется на ЯР.

Для выполнения этой работы нажмите на ярлык “SUZ”, выберите в меню файл “OLD” и название работы “ L-2bat “.

Прочитайте описание функциональной схемы одного из типов регулятора ЯР ( не ВВЭР) и назначение входящих в эту схему элементов, а также математическую модель этого регулятора

Изучите- как имитируются на ПЭВМ способы

ручного и автоматического регулирования и только после этого приступайте к выполнению заданий.

Для этого рассмотрите математическую модель регулятора и учтите, что на имитаторе можно одновременно управлять ЯР как вручную путем нажатия на клавиатуре по очереди клавишами « + « ( увеличение мощности путем извлечения поглощающего нейтроны стержня из ЯР ) и « -« ( уменьшение мощности), так и автоматически.

Для ручного управления нужно регулятор отключить, установив в меню К₁=0, а для его включения нужно установить К₁ от 1 до 5.

Задача 1.Разработка алгоритма и привитие навыков ручного поддержание заданной мощности 5% при отключенном регуляторе без влияния шума реактивности и при его наличии.

1. Учтите, что отклонение мощности от заданного значения всего на 1% за год дает ущерб в 80 млн. руб. за счёт недодачи электроэнергии в сеть!

2. Прочувствуйте на себе – как трудно долго управлять ЯР при неисправности регулятора.

Для решения этой задачи установите сначала в меню следующие параметры:

а) Возмущения по мощности и реактивности =0,

б) Температурные коэффициенты =0,

в) Амплитуда шума реактивности =0.

г) Мертвая зона равна нулю.

д) Поглотительная способность стержня по

Вашей курсовой работе,

е) Скорость привода К_{привода} по курсовой работе

ж) Время решения 80 сек.

з) Регулятор отключен ( К₁=0).

После нажатия клавиши « Ввод» клавишей +

увеличивайте мощность до 5%, глядя на показания мощности в таблице решения.

Для уменьшения мощности нажмите на клавишу -.

Величина отклонения мощности зависит от времени нажатия на клавишу, а её скорость зависит от заданной величины К_{привода}.

Для разработки правильного закона изменения реактивности нарисуйте сначала заданный закон относительного отклонения мощности 5%, а под ним – рассчитанный Вами закон изменения реактивности по формуле:

ΔР ( t ) ( в%) = 100 Δρ ( β ) + 10 t Δρ ( β )

Эта формула справедлива для малых уровней мощности, а для энергетических:

ΔР ( t ) ( в%) = Δρ ( β ) / К_МКР

где: К_МКР –мощностной МКР для Вашей КР.

Задача 2. Тот же эксперимент, только введите

величину шума реактивности по КР.

Задача 3. Оставьте те же параметры только

при r_ШУМА=0 , К₁=3 ,

заданную мощность 5%, а возмущение по реактивности=0.

Это соответствует отработке регулятора без шумовой реактивности. Затем проверьте его работу при наличии шума.

В отличие от борьбы с помехами 50 гц, с шумами очень низкой частоты ( 0,01 рад/ сек и ниже), которые связаны с температурными флуктуациями теплоносителя и через ТКР – с флуктуациями реактивности ,бороться путем применения активных фильтров в регуляторах или астатических элементов –очень трудно. При этом снижается запас устойчивости.

Поэтому один из старых способов борьбы с шумами технологического процесса в регуляторах является введение зоны нечувствительности ( мертвой зоны) на входе в регулятор или на вход его исполнительного органа, который сильно изнашивается от этих помех и требуется его замена. В САР энергетических ЯР это возможно только один раз в год ( во время ППР) с большой потерей времени и средств.

Однако введение зоны нечувствительности приводит к появлению статической ошибке регулятора, равной величине этой зоны ( она может доходить до 3-5% ), а это приводит к экономическим потерям в 240-400 млн.руб. в год на каждом энергоблоке !

Поэтому настройка зоны нечувствительности САР ЯР является очень актуальной задачей на АЭС и Вы убедитесь в этом путем подбора двух параметров: 1) величиной зоны и 2) коэффициента усиления регулятора.

Вам также будет интересно познакомиться с

оригинальной схемой самонастраивающейся САР ЯР, запатентованной в России.

Задача4.

Настройка зоны нечувствительности на цифровом имитаторе САР ЯР на малых и больших уровнях мощности.

Для настройки зоны нечувствительности необходимо по очереди дать два возмущения :

1) по мощности 5% и 2) по реактивности 0,05b.

сначала на малых, а потом –на больших уровнях мощности.

Для этого необходимо задать время решения 100 сек, а шаг решения 1 сек.

Индикатором настройки является число переключений привода V( t ), величина которых не должна превышать 3-4.

При настройке для получения удовлетворительной погрешности регулирования желательно задать зону нечувствительности 1,5%, а саму настройку производить подбором коэффициента усиления регулятора К в диапазоне от 1 до 5.

Результаты настройки привести в отчёте по курсовому проекту в таблице самые лучшие варианты Поэтому желательно поддерживать заданный уровень мощности не хуже 1% как при ручном, так и автоматическом управлении !

В связи с такой актуальностью задачи оценим – какую ошибку при ручном управлении вносит человек – оператор и может ли он соперничать с автоматическим регулятором?

.

Вопросы к билетам по теме № 3.

Один общий вопрос ко всем билетам – оформить отчёт по домашней курсовой работе.

Вопросы к лекции №7. Кибернетические методы управления.

Вопрос 1. Почему Кибернетика возникла в 20 веке, а практическое её применение началось только в 21 веке?

Вопрос 2. Чем отличается обычная САР от кибернетической и какие её преимущества?

Вопрос 3. Расскажите, как впервые в 1956г аварийный опыт эксплуатации реактора ВВЭР

повлиял на требования модернизации СУЗ ЯР , когда ещё не было принципа системного подхода к проектированию.

Вопрос 4. В каких случаях при управлении ЯР возникают ядерные аварии и чем они отличаются от аварийных ситуаций ?

Вопрос 5. Расскажите о 4 методах реализации принципов, которых нужно придерживаться при проектировании АЭС.

Вопрос 6. Расскажите о системном подходе при проектировании СКУЗ ЯР АЭС.

Вопрос 7.Сравните между собой три понятия – цели, принципы и методы управления применительно к АЭС:

Вопрос 8 : Сравните между собой цели, методы и технические средства, которые используются в теории автоматического регулирования и в кибернетике ?

Вопрос 9. Расскажите о истории возникновения и развития кибернетических САУ,

Вопрос 10 . Чем отличаются термины от понятий? Приведите примеры.

Вопрос 11. Чем отличаются понятия Возмущение, Нарушение и Авария ?

Вопрос 12. Перечислите причины необходимости применения предупредительного контроля и

управления в СКУЗ ЯР АЭС.

Вопрос 13. Приведите примеры опасности задержек в сборе информации об объекте управления.

Вопрос 14. Приведите примеры опасности влияния отказов элементов СКУЗ на нарушение параметров технологического процесса ЯР и способы использования СПУ.

Вопрос 15. Что такое принцип Защитных Барьеров на пути развития аварии?

Вопрос 16. Почему разработка новых методов технической кибернетики для АЭС является важной для нашего правительства?

Вопрос 17. Расскажите – чем отличаются системы предупредительной защиты от систем предсказательного управления ?

Вопрос 18. Какие же принципы и методы кибернетического управления полезно применять в СКУЗ ЯР АЭС нового поколения на АЭС ?

Вопросы к лекции № 3. Основы технической кибернетики.

Вопрос 1. Чем отличается реальный физический контролируемый параметр от электрического сигнала, который используется в кибернетических системах для управления?

Вопрос 2. Что означает термин идентификация в технической кибернетике ?

Вопрос 3. Можно ли дискретный сигнал рассматривать как непрерывный ( аналоговый) при большой частоте дискретизации и пользоваться методами анализа устойчивости в кибернетических системах как в непрерывных?

Вопрос 4.Что понимают под термином Кибернетическая система и чем она отличается от непрерывных САУ?

Вопрос 5.Какая цифровая система управления лучше - разомкнутая или замкнутая ?

Вопрос 6. Какие отдельные дисциплины включает в себя кибернетика и чем они занимаются?

Вопрос 7. Чем сдерживалось практическое внедрение теории технической кибернетики в 20 веке?

Вопрос 8.Расскажите о преимуществе распределенной системы управления.

Вопрос 9. Какие же принципы и методы кибернетического управления полезно применять в СКУЗ ЯР АЭС нового поколения на АЭС ?

Лекция 9. Технические средства кибернетических СКУЗ ЯР АЭС.

Вопрос 1. Какие бывают структуры управления и почему распределенная структура лучше? Вопрос 2. Чем отличаются кибернетические СКУЗ ЯР четвертого поколения от аналоговых СКУЗ ЯР третьего поколения и почему ?

Вопрос 3. Расскажите о структуре распределенного управления СКУЗ ЯР по вертикали и горизонтального распределения управления режимами работы по горизонтали.

Вопрос 4. Расскажите о новых требованиях ГОСТ, которые предъявляются к сроку службы, к обслуживанию и выполняемым функциям СКУЗ ЯР четвертого поколения.

Вопрос 5. Расскажите о принципе работы реального цифрового регулятора АРМ-5С.

Вопрос 6. Что мы называем измерительным каналом ( ИК АКНП ) в СКУЗ ЯР АЭС?

Вопрос 7. Чем отличаются Шумы от Помех и какие существуют способы борьбы с ними ?

Вопрос 8. Почему отказоустойчивость является главным показателем качества для магистрального канала АКНП ?

Вопрос 9. В чем причина низкой надёжности элементов, входящих в один канал АКНП и

почему его нужно резервировать?

Вопрос 10. Продемонстрируйте методику создания фильтра апериодического инерционного звена на операционном усилителе для ослабления помехи 50 гц с амплитудой 1В в 1000 раз !

Вопрос 11. Какие способы резервирования измерительных каналов Вы знаете и сравните их между собой если вероятность аварийно-опасного отказа одного канала равна Q _ИК =10^-3 , а требования к вероятности аврийно-опасного отказа должны быть меньше

5х 10^-7 .

Вопросы к лабораторным работам.

Вопросы и ответы по первому режиму « L–1 bat «

Вопрос 1.Почему при мгновенном скачке реактивности в 1β даже при наличии мощностных коэффициентов реактивности произойдёт взрыв ЯР, а при вводе этой же реактивности за время больше 100 сек этого не будет?

Ответ: При медленном вводе реактивности она компенсируется отрицательными эффектами реактивности обратной связи ЯР и чем меньше эта скорость, тем безопаснее управление.

Вопрос 2. Какова предельно допустимая скорость введения положительной реактивности по нормам ядерной безопасности ( ПБЯ ) и чем она определяется ?

Ответ: Она должна быть менее 0,07 b/сек по той же причине, как в первом вопросе.

Вопрос 3. Почему нормами ПБЯ запрещается давать скачок Δρ= 0,3β ?

Ответ Вы найдёте в графиках изменении нейтронной мощности, средних температур урана и воды, а также температуры воды на выходе из реактора с учётом предельно допустимых значений нейтронной мощности и уставок срабатывания аварийной защиты, температуры плавления топлива и пленочного закипания теплоносителя на стенке тепловыделяющих элементов.