DE2520649C2 - Thermal power plant with a boiling water reactor - Google Patents

Thermal power plant with a boiling water reactor

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    • G—PHYSICS
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische Kraftanlage gernäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a thermal power plant according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung nimmt damit Bezug auf einen Stand der Technik, wie er sich beispielsweise aus der Zeitschrift »Atom und Strom«, Heft 3/4, März/April 1970, Seiten 53-57, ergibtThe invention thus makes reference to a state of the art, such as can be found, for example, in the magazine "Atom und Strom", volume 3/4, March / April 1970, pages 53-57, results

Regelkreise, bei denen Wert auf besonders schnelle Regelung gelegt wird, bedingen eine hohe Regelverstärkung (vgl. W. Oppelt: Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge; 2. neubearbeitete und erweiterte Auflage; Weinheim, 1956; Seite 355 ff.). Dadurch kommt es in solchen Regelkreisen besonders leicht zu instabilen Vorgängen. Um derartige instabile Regelvorgänge zu verhindern, kann entweder die Regelverstärkung verringert werden (was aber wiederum zu längeren Regelzeiten führt), oder es können zusätzliche Glieder in dem Regelkreis angeordnet werden, die in dem Frequenzbereich» in den die Regelung instabil ist, eine geringe Verstärkung aufweisen.Control loops, in which value is placed on particularly fast control, require a high control gain (cf. W. Oppelt: Small Handbook of Technical Control Processes; 2nd revised and expanded edition; Weinheim, 1956; Page 355 ff.). This makes it particularly easy for such control loops to become unstable Operations. To prevent such unstable control processes, either the control gain can be reduced (which in turn leads to longer control times), or there can be additional links in the Control loop are arranged, which in the frequency range »in which the control is unstable, a low gain exhibit.

So ist beispielsweise aus dem obenerwähnten Buch von W. Oppelt, Seite 382 f., die Verwendung eines Regelgliedes bekannt, das zur Verhinderung einer instabilen Regelung eine mit zunehmender Frequenz linear "^abnehmende Verstärkung aufweistFor example, from the above-mentioned book by W. Oppelt, page 382 f., The use of a control element known that to prevent an unstable control a linear with increasing frequency "^ has decreasing gain

Aus dem DE-Fachärtikel »Die Regelung von Siedewasserreaktoren bei unterschiedlichen Systemschaltungen«, erschienen in der Zeitschrift »Atom und Strom« a.a.O., ist eine thermische Kraftanlage mit einem Siedewasserreaktor bekannt, der ohne Zwischenschaltung Von Wärmetauschern über eine Frischdampfleitung mit einer Dampfturbine verbunden ist Die Auflage weist eine Einrichtung zur Dampfdruckregelung auf, welche einen Meßwertgeber umfaßt, dessen Meßwert in einemFrom the DE specialist article »The regulation of boiling water reactors with different system circuits «, published in the magazine» Atom und Strom « a.a.O., a thermal power plant with a boiling water reactor is known, which without interconnection Is connected to a steam turbine by heat exchangers via a live steam line a device for steam pressure control, which comprises a transducer, the measured value in a

• Vergleichsglied mit einer Führungsgröße verglichen wird. Die Differenz aus Meßgröße und Führungsgröße regelt über einen Verstärker ein Dampfdruckventil.• Comparison element is compared with a reference variable. The difference between the measured variable and the reference variable controls a steam pressure valve via an amplifier.

In einem nicht idealen Regelkreis können nun grundsätzlich mehrere Arten von Schwingungen auftreten, die zur Instabilität des Regelkreises führen:In a non-ideal control loop, several types of vibrations can basically occur, which lead to instability of the control loop:

ίο 1. Regelschwingungen, d.h. Schwingungen, die aufgrund des Rückkopplungssystems entstehen und unter bestimmten Annahmen berechenbar sind. Eine derartige Rechenmethode wäre z.B. die Nyquist-Methode dem Buch von Landgraf, Schneider »Elemente der Regelungstechnik«, 1970, S.ίο 1. Control oscillations, i.e. oscillations due to of the feedback system and are calculable under certain assumptions. One such a calculation method would be e.g. the Nyquist method the book by Landgraf, Schneider "Elements of control engineering", 1970, p.

139-146,168-178.139-146, 168-178.

2. Schwingungen, die nicht im voraus berechnet werden können und erst nach Fertigstellung der Kraftanlage gemessen werden (im folgenden »Systemschwingungen« bezeichnet). Sie hängen wesentlich vom Aufbau, insbesondere der Leitungsführung etc. ab.2. Vibrations that cannot be calculated in advance and only after completion of the power plant can be measured (hereinafter referred to as "system vibrations"). You depend significantly on the structure, in particular the routing of the cables, etc.

Ausgehend vom Bekannten liegt der Erfindung, wie sie durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet ist die AuE-abe zugrunde, eine stabile Regelung zu schaffen, ohne daß sich der Stabilitätsbereich verändert und sich die Ausregelzeit wesentlich vergrößert und bei der Systemschwingungen in einfacher Weise unterdrückt werden können.The invention, as characterized by the features of claim 1, is based on what is known the AuE-abe is the basis to create a stable regulation without affecting the stability range changes and the settling time increases significantly and in the case of system oscillations in a simple manner can be suppressed.

Wird gemäß der Erfindung ein mechanisch/hydraulischer Saugkreisfilter eingebaut, so erhöht sich wider Erwarten der erreichbare Stabilitätsbereich, ohne daß zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind, und es ergeben sich keine neuen Systemschwingungen.According to the invention, it becomes a mechanical / hydraulic If the suction circuit filter is installed, the achievable stability range increases, contrary to expectations, without additional measures are required and there are no new system oscillations.

Anhand der nachstehenden Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert Es zeigtThe invention is explained by way of example with the aid of the following figures

F i g. 1 schematisch eine Dampfdruckregeleinrichtung einer Siedewasserreaktoranlage,F i g. 1 schematically shows a steam pressure control device a boiling water reactor plant,

F i g. 2 und F i g. 3 zwei verschiedene Ausführungsforinen von Resonanzfiltern, die zur Vermeidung einer instabilen Regelung verwendet werden können.F i g. 2 and F i g. 3 two different execution forms of resonance filters that can be used to avoid unstable regulation.

Siedewasserreaktoren zeichnen sich dadurch aus, daß der Reaktor unmittelbar, also ohne Zwischenschaltung von Wärmetauschern, mit der Turbine verbunden ist Da solche Reaktoranlagen keine Selbststabilisierung aufweisen, werden an die Druckkonstanthaltung und damit auch an die Dampfdruckregelung besonders hohe Anforderungen gestellt Die dadurch bedingten relativ hohen Regelverstärkungen führen häufig zur Anregung von Eigenfrequenzen des Dampfleitungssystems zwischen Reaktor und Turbine. Die Eigenfrequenzen (insbesondere die 1.) der Dampfleitungen bewirken damit ihrerseits, daß die Regelung bei diesen Frequenzen instabil wird.Boiling water reactors are characterized by the fact that the reactor is direct, that is to say without interposition of heat exchangers, connected to the turbine Because such reactor systems do not self-stabilize have, the pressure maintenance and thus also the steam pressure control are particularly high Requirements The resulting relatively high control gains often lead to excitation of natural frequencies of the steam line system between reactor and turbine. The natural frequencies (in particular the 1st) of the steam lines in turn make the regulation unstable at these frequencies will.

In F i g. 1 ist mit i ein Siedewasserreaktor, der über eine Dampfleitung 2 mit einer Turbine 3 verbunden ist bezeichnet Zur Regelung des Dampfdruckes wird dieser mit Hilfe eines Meßwertgebers 4 gemessen. Dieser Meßwert wird in einem Vergleichsglied 5 mit einer Führungsgröße Fverglichen, wobeidie Differenz aus Meß- S-;., größe und Führungsgröße nach Verstärkung mittels ei- * ."' nes Verstärkers 6 ein Dampfdruckventil 7 regelt ; „In Fig. 1 with i is a boiling water reactor which is connected to a turbine 3 via a steam line 2 To regulate the vapor pressure, this is measured with the aid of a transducer 4. This The measured value is compared in a comparison element 5 with a reference variable F, the difference between the measured S -;., variable and reference variable after reinforcement by means of an *. "' nes amplifier 6 regulates a steam pressure valve 7; "

Zur Verhinderung der durch die Eigenfrequenz der Dampfleitung verursachten Druckschwingungen, die eine instabile Regelung verursachen können, ist beispielsweise zwischen Vergleichsglied 5 und Verstärker 6 ein Resonanzfilter 8 angeordnet.To prevent the pressure oscillations caused by the natural frequency of the steam line, which are a can cause unstable regulation is, for example, between comparator 5 and amplifier 6 Resonance filter 8 arranged.

F i g. 2a zeigt ein derartiges Filter mit mechanisch hydraulischen Elementen. Hierbei bedeuten 9 eine Feder und 10 ein mit der Feder 9 verbundener Kolben, der in einem Hohlzylinder 11 beweglich angeordnet ist. Um den Druck beeinflussen zu können, sind vor und in dem Filter zwei Blenden 12,13 angeordnetF i g. 2a shows such a filter with mechanically hydraulic ones Elements. Here, 9 denotes a spring and 10 a piston connected to the spring 9, which is shown in FIG a hollow cylinder 11 is movably arranged. Around To be able to influence the pressure, two diaphragms 12, 13 are arranged in front of and in the filter

Bedeutet M die Masse der Flüssigkeitssäule (als Flüssigkeit wird Öl verwende!) über dem Kolben 10 sowie des Kolbens selbst und C die Konstante der Feder 9, so ergibt sich die Resonanzfrequenz des Filters aus der Gleichung:If M is the mass of the liquid column (oil is used as the liquid!) Above the piston 10 and the piston itself and C the constant of the spring 9, the resonance frequency of the filter results from the equation:

In Fig.2b ist die Resonanzkurve des Filters nach Fi g. 2a dargestellt Es ist das Dnickverhälims PJP0 als Funktion der Kraisfrequenz ω aufgetragen. Dabei ist P0 der Flüssigkeitsdruck vor der Blende 12 und Pl der Flüssigkeitsdruck hinter dem Filter (vgL Fig.2a). Als Flüssigkeit wurde Öl verwendetIn FIG. 2b, the resonance curve of the filter according to FIG. 2a. The Dnickverhälims PJP 0 is plotted as a function of the Krais frequency ω. Here, P 0 is the liquid pressure in front of the orifice 12 and P1 is the liquid pressure behind the filter (see FIG. 2a). Oil was used as the liquid

Die Resonanzkurve besitzt bei der Frequenz ωο ein Minimum, bei dem The resonance curve has a minimum at the frequency ωο, at which

PJPo- WJ(Wl+ Wo)PJPo- WJ (Wl + Wo)

wird, wobei Wl und W0 hydraulische Widerstände, die durch die Blenden 12 und 13 gebildet werden, bedeuten. Der jeweilige Widerstandswert ergibt sich aus der Gleichung is, where Wl and W 0 hydraulic resistances, which are formed by the diaphragms 12 and 13, mean. The respective resistance value results from the equation

u/ — dAp _ - ν Ap Bq v-Fb u / - dAp _ - ν Ap Bq v-Fb

bzw.respectively.

ωοι=* (L2C2Y*1*ωοι = * (L 2 C 2 Y * 1 *

Die Resonanzkurve eines derartigen Doppelwellenfüters ist in Fig.3b wiedergegeben. Dabei wurde das Spannungsverhältnis UJU0 (UL = Spannung am Eingang des Filters, Ul = Spannung hinter dem Filter) als Funktion der Kreisfrequenz ω aufgetragen.The resonance curve of such a double wave filter is shown in Fig.3b. The voltage ratio UJU 0 (U L = voltage at the input of the filter, Ul = voltage behind the filter) was plotted as a function of the angular frequency ω.

Bei den beiden Frequenzen am, cooi besitzt die resultierende Resonanzkurve zwei ausgeprägte Minima, bei welchen:At the two frequencies am, cooi the resulting resonance curve has two distinct minima, at which:

~ RJ(R2 + Rl) ~ RJ (R 2 + Rl)

bzw.respectively.

~ RJ(R2 + Rl)
wird,wobti:~ RJ (R 2 + Rl)
will, wobti:

Ri = der ohmsche Parallel-Ersatz'nderstand des Resonanzkreises L\, C\ Ri = the ohmic parallel equivalent resistance of the resonance circuit L \, C \

R2 = der ohmsche Parallel-Ersatzwiderstap.d des Resonanzkreises L2, C2 R 2 = the ohmic parallel equivalent resistance d of the resonance circuit L 2 , C 2

Rl = der ohmsche Eingangswiderstand des am Ausgang des Filters liegenden RegelgliedesRl = the ohmic input resistance of the control element located at the output of the filter

bedeuten.mean.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

wobei q die durch die Blende strömende Ölmenge, Fb die Fläche der Blendenöffnung, μ die Ausflußkennzahl und Δ ρ die Druckdifferenz des Öls vor und hinter der Blendenöffnung bedeuten. In Fig.2a entspricht demnach der Blende 12 mit dem Querschnitt Fb0 der Widerstand Wo und der Blende 13 mit dem Querschnitt Fbl der Widerstand IVi,where q is the amount of oil flowing through the orifice, Fb is the area of the orifice opening, μ is the flow rate and Δ ρ is the pressure difference of the oil in front of and behind the orifice opening. In FIG. 2a, the diaphragm 12 with the cross section Fb 0 corresponds to the resistance Wo and the diaphragm 13 with the cross section Fbl corresponds to the resistance IVi,

Im allgemeinen geht man so vor, daß zunächst die Eigenfrequenz ωο des Dampfleitungssystems — ohne Resonanzfilter - gemessen wird. Dann wird das Filter, beispielsweise durch Veränderung der Konstanten C der Feder 9 auf einem Prüfstand auf die gewünschte Frequenz <oq abgestimmt und die gewünschte Steilheit der Resonanzkurve durch Änderung der Drosselwiderstände W0 und WL eingestellt Anschließend wird dann das Filter in dem Regelkreis angeordnetIn general, one proceeds in such a way that first the natural frequency ωο of the steam line system - without a resonance filter - is measured. Then the filter is tuned to the desired frequency <oq, for example by changing the constant C of the spring 9 on a test stand, and the desired steepness of the resonance curve is set by changing the choke resistances W 0 and W L. The filter is then placed in the control loop

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel lag die Eigenfrequenz der Dampfleitung bei 1,5 Hz. Nach dem Einbau eines Filters gemäß F i g. 2a konnte die Regelverstärkung noch über dem Sollwert (der eine ausreichende schnelle Regelung garantiert) erhöht werden, ohne daß störende Druckschwingungen in dem Regelkreis auftraten.In a practical embodiment, the natural frequency of the steam line was 1.5 Hz Installation of a filter according to FIG. 2a, the control gain could still be above the setpoint (which is a sufficient fast regulation guaranteed) without disturbing pressure fluctuations in the control loop occurred.

F i g. 3a zeigt ein Beispiel für ein Doppelwellenfilter eines elektrischen bzw. elektronischen Regelkreises. Mit einem derartigen Filter werden zwei Frequenzen ωο\ und W02 (bzw. v/enn diese Frequenzen genügend nahe beieinander liegen ,das ganze zwischen ihnen liegende Frequenzband) weggefiltertiBedeuten L\ die Induktivität eines ersten Schwingkreises, Ci die Kapazität dieses Schwingkreises und L2 die Induktivität eines zweiten Schwingkreises sowie C2 dessen Kapazität, so gilt:F i g. 3a shows an example of a double wave filter of an electrical or electronic control circuit. With such a filter, two frequencies are ωο \ and W 02 (or v / hen these frequencies sufficiently close to each other, the whole lying between them frequency band) weggefiltertiBedeuten L \ is the inductance of the first oscillatory circuit, Ci is the capacitance of this resonant circuit and L 2, the Inductance of a second resonant circuit and C 2 its capacitance, then the following applies:

(L1 Q)-'(L 1 Q) - '

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Thermische Kraftanlage mit einem Siedewasserreaktor (i), der ohne Zwischenschaltung von Wärmetauschern über eine Frischdampfleitung (2) mit einer Dampfturbine (3) verbunden ist, und eine Einrichtung zur Dampfdruckregelung aufweist, weiche einen Meßwertgeber (4) für den Dampfdruck umfaßt, dessen Meßwert in einem Vergleichsglied (5) mit einer Führungsgröße verglichen wird und die Differenz aus Meßgröße und Führungsgröße mittels eines Verstärkers (6) ein Dampfdruckventil (7) regelt, dadurch gekennzeichnet, daß an die Frischdampfleitung (2) ein mechanisch/hydraulisches Saugkreisfilter (8) angeschlossen ist, das auf die Eigenfrequenz der Frischdampfleitung (2) zwischen Siedewasserreaktor (1) und Dampfturbine (3) abgestimm* ;st-1. Thermal power plant with a boiling water reactor (i), which is connected to a steam turbine (3) without the interposition of heat exchangers via a live steam line (2), and has a device for steam pressure control, which includes a transducer (4) for the steam pressure, whose The measured value is compared with a reference variable in a comparison element (5) and the difference between the measured variable and the reference variable is regulated by an amplifier (6) by a steam pressure valve (7), characterized in that a mechanical / hydraulic suction circuit filter (8) is connected to the live steam line (2). is connected, which is tuned to the natural frequency of the main steam line (2) between the boiling water reactor (1) and the steam turbine (3) * ; st- 2. Kraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugkreisfilter (8) einen Hohlzylinder (11) aufweist, in welchem ein federbelasteter Kolben (10) beweglich geführt ist, der vom Dampfdruck in der Frischdampfleitung (2) beaufschlagt ist.2. Power plant according to claim 1, characterized in that that the suction circuit filter (8) has a hollow cylinder (11) in which a spring-loaded Piston (10) is movably guided, which is acted upon by the steam pressure in the main steam line (2). 3. Kraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Kolben (10) eine Flüssigkeitssäule, vorzugsweise öl, steht, weiche vom Dampfdruck in der Frischdampfleitung (2) beaufschlagt ist3. Power plant according to claim 1 or 2, characterized in that above the piston (10) a Column of liquid, preferably oil, is soft is acted upon by the steam pressure in the main steam line (2) 4. Kraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Frischdampfleitung (2) und/oder im Filter (8; Blenden (12, 13) zur Einstellung der Filterchav akteristik vorgesehen sind.4. Power plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the live steam line (2) and / or in the filter (8; diaphragms (12, 13) for Adjustment of the filter chav acteristics are provided.
DE2520649A 1975-04-16 1975-05-09 Thermal power plant with a boiling water reactor Expired DE2520649C2 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19846637A1 (en) * 1998-10-09 2000-04-13 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Automatic control method for parameters of fast response digital speed controller, involves using filter group

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DE19846637A1 (en) * 1998-10-09 2000-04-13 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Automatic control method for parameters of fast response digital speed controller, involves using filter group

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