DE2520649A1

DE2520649A1 - Regeleinrichtung mit frequenzabhaengigen regelgliedern und anwendung der regeleinrichtung zur dampfdruckregelung von siedewasserreaktoren

Info

Publication number: DE2520649A1
Application number: DE19752520649
Authority: DE
Inventors: Heinz Bloch
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1975-04-16
Filing date: 1975-05-09
Publication date: 1976-10-28
Also published as: GB1541754A; FR2308135A1; DE2520649C2; FR2308135B1; CH583937A5

Description

17/75 P/Ca

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Regeleinrichtung mit frequenzabhängigen Regelgliedern und Anwendung der Regeleinrichtung zur Dampfdruckregelung von Siedewasserreaktoren.

Regelkreise j bei denen Wert auf besonders schnelle Regelung gelegt wird, bedingen eine hohe Regelverstärkung (vgl. W. Oppelt: Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge; 2. neubearbeitete und erweitere 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.

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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 aufweist.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regeleinrichtung anzugeben, bei der eine stabile Regelung ohne wesentliche Vergrösserung der Ausregelzeit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zur Verhinderung einer instabilen Regelung in dem Regelkreis mindestens ein Resonanzfilter angeordnet ist, wobei die Resonanzfrequenz dieses Filters übereinstimmt mit der Frequenz, bei der der Regelkreis ohne Filter instabil werden würde.

Erfindungsgemäss wird diese Regeleinrichtung bei der Dampfdruckregelung von Siedewasserreaktoren verwendet, wobei das Resonanzfilter auf die 1·. Eigenfrequenz des Dampfleitungssystems abgestimmt ist.

Die Filter können je nach Art der Regelung aus mechanischen, elektrischen oder elektronischen Elementen als Sperrkreis oder als Bandsperren im Zuge des Signalflusses oder als Saugkreise

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im Nebenschluss zum Signalfluss ausgebildet werden.

Anhand der nachstehenden Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

Es"zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Dampfdruckregeleinrichtung einer "^edewasserreaktoranlage;

Fig. 2 und Fig. 3 zwei verschiedene Ausführungsformen von Resonanzfiltern, die zur Vermeidung einer instabilen Regelung verwendet werden können.

Siedewasserreaktoren zeichnen sich dadurch aus, dass der Reaktor unmittelbar, also ohne Zwischenschaltung von Wärmeaustauschern, 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 l.)der Dampfleitungen bewirken damit ihrerseits, dass die Regelung bei diesen Frequenzen instabil wird.

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In Fig. 1 ist mit 1 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 F verglichen, wobei die Differenz aus Messgrösse und Führungsgrösse nach Verstärkung mittels eines Verstärkers 6 ein Dampfdruckventil 7 regelt.

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.

Fig. 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 angeordnet .

Bedeutet M die Masse der Flüssigkeitssäule (als Flüssigkeit wird OeI verwendet) über dem Kolben 10 sowie des Kolbens selbst

fi 0 9 8 h U 0 7 0 8

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und C die Konstante der Feder 9, so ergibt sich die Reso nanzfrequenz des Filters aus der Gleichung:

(C/M)^1/2

In Fig. 2b ist die Resonanzkurve des Filters nach Fig. 2a dargestellt. Es ist das Druckverhältnis P_T / P als Funktion

Jj O

der Kreisfrequenz co aufgetragen. Dabei ist P der Flüssigkeitsdruck vor der Blende 12 und P₁. der Flüssigkeitsdruck

hinter dem Filter (vgl. Fig. 2a). Als Flüssigkeit wurde OeI verwendet.

Die Resonanzkurve besitzt bei der Frequenz cJ ein Minimum, bei dem

LO L LO

wird, wobei W. und W_Q hydraulische Widerstände, die durch die Blenden 12 und 13 gebildet werden, bedeuten. Der jeweilige Widerstandswert ergibt sich aus der Gleichung:

wobei η die durch die Blende strömende Oelmenge, F die Fläche der Blendenöffnung, A/ die Ausflusskennzahl und Δ ρ die Druckdifferenz des OeIs vor und hinter der Blendenöffnung bedeuten. In Fig. 2a entspricht demnach der Blende 12 mit dem

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- ο -

Querschnitt F_n der Widerstand W und der Blende 13 mit dem

DO O

Querschnitt F__T der Widerstand W₁. .
□l l·

Im allgemeinen geht man so vor, dass zunächst die Eigenfrequenz to 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 tu abgestimmt und die gewünschte Steilheit der Resonanzkurve durch Aenderung der Drosselwiderstände W und W₁. eingestellt. Anschliesnend wird dann das

O Jj

Filter in dem Regelkreis angeordnet.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiele lag die Eigenfrequenz der Dampfleitung b'ei 1,5 Hz. Nach dem Einbau eines
Filters gemäss Fig. 2a konnte die Regelverstärkung noch über dem Sollwert (der eine ausreichende schnelle Regelung garantiert) erhöht werden, ohne dass störende Druckschwingungen
in dem Regelkreis auftraten.

Fig. 3a zeigt ein Beispiel für ein Doppelwellenfilter eines elektrischen bzw. elektronischen Regelkreises. Mit einem der artigen Filter werden zwei Frequenzen to , undu _? (bzw. wenn diese Frequenzen genügend nahe beieinander liegen das ganze zwischen ihnen liegende Frequenzband) weggefiltert. Bedeuten

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die Induktivität eines ersten Schwingkreises, C die Kapazität dieses Schwingkreises und Lp die Induktivität eines zweiten Schwingkreises sowie C„ dessen Kapazität, so gilt:

^ öl ^{= (L}1 ⁰O ^bZW· ^Mo2 = ^(L2 ^C2⁾

Die Resonanzkurve eines derartigen Doppelwellenfilters ist in Fig. 3b wiedergegeben. Dabei wurde das Spannungsverhältnis U_T / U (U_T = Spannung am Eingang des Filters, U = Span-

L O Lj Li

nung hinter dem Filter) als Funktion der Kreisfrequenz cj aufgetragen.

Bei den beiden Frequenzen /J , , ^₂ besitzt die resultierende Resonanzkurve zwei ausgeprägte Minima, bei welchen:

IL / U ~ R_T /. (R_n + R_T ) bzw. — R_T / (R₀ + R_T ) wird,

JjOJLj J. Lj L d Li

wobei: R = der ohmsche Parallel-Ersatzwiderstand des Resonanzkreises L₁ , C

Rp = der ohmsche Parallel-Ersatzwiderstand des Resonanzkreises Lp, Cp

R^ = der ohmsche Eingangswiserstand des am Ausgang des Filters liegenden Regelgliedes

bedeuten.

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Claims

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Patentansprüche

1.) Regeleinrichtung mit frequenzabhängigen Regelgliederri, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verhinderung einer instabilen Regelung in dem Regelkreis mindestens ein Resonanzfilter (8) angeordnet ist, wobei die Re.sonanzfrequenz (uj , Oo _ol» u> p) dieses Filters (8) übereinstimmt mit der Frequenz, bei der der Regelkreis ohne'Filter instabil werden würde.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanzfilter (8) mechanisch hydraulische Elemente enthält (Fig. 2a).

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanzfilter aus einem Hohlzylinder (11) besteht, und dass sich im Inneren des Hohlzylir.ders ein Kolben (10) befindet, der mittels einer Feder (9) um eine Gleichgewichtslage beweglich angeordnet ist.

k. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Resonanzfilter um ein passives oder aktives elektrisches oder elektronisches Filter handelt.

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5. Anwendung der Regeleinrichtung gemäss Anspruch 1 bei der Dampfdruckregelung von Siedewasserreaktoren (Pig. I).

6. Anwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanzfilter auf die Eigenfrequenz des Dampfleitungssystems abgestimmt ist.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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