Розроблення системи автоматизованого керування частотою обертання ротора парової турбіни K-300-240-2
Автор: Лойко Олександр Андрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерно-інтегровані системи керування виробництвами
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Лойко О.А., Брилинський Р.Б. (керівник). Розроблення системи автоматизованого керування частотою обертання ротора парової турбіни K-300- 240-2. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2025. Розширена анотація Стабільність функціонування об’єднаної енергетичної системи України безпосередньо залежить від здатності генеруючих потужностей підтримувати частоту електричного струму на рівні 50 Гц. В умовах зміни навантаження та необхідності забезпечення енергетичної незалежності, особливої ваги набуває модернізація систем регулювання енергоблоків теплових електростанцій. Парова турбіна К-300-240-2, що працює на надкритичних параметрах пари, є складним об’єктом керування з великою інерційністю [1]. Існуючі гідромеханічні системи регулювання не повною мірою відповідають сучасним вимогам щодо швидкодії, точності та надійності, що зумовлює актуальність впровадження мікропроцесорних засобів автоматизації. Об’єктом дослідження магістерської кваліфікаційної роботи є технологічний процес регулювання частоти обертання ротора парової турбіни К- 300-240-2. Предметом дослідження є методи та технічні засоби автоматизації, алгоритмічне та програмне забезпечення системи керування частотою обертання ротора парової турбіни К-300-240-2. Метою роботи є розроблення та дослідження системи автоматизованого керування (САК) частотою обертання ротора турбіни для підвищення її маневрових характеристик та надійності експлуатації. У першому розділі роботи проведено системний аналіз технологічного процесу та конструктивних особливостей турбіни як об’єкта керування. Встановлено, що перехід на надкритичні параметри пари вимагає підвищеної 5 точності стабілізації частоти обертання, оскільки відхилення цього параметра призводить до порушення синхронізації з мережею та аварійних ситуацій. У другому та третьому розділах виконано аналіз динамічних властивостей об’єкта та розроблено функціональну схему автоматизації. Обґрунтовано перехід до електрогідравлічної системи регулювання, де керуючі впливи формуються програмованим логічним контролером (ПЛК). Синтезована структура САК охоплює контури регулювання частоти, потужності, тиску пари та підсистему технологічних захистів [2]. Четвертий розділ присвячено вибору технічних засобів автоматизації. У якості керуючого ядра обрано платформу Modicon M580 від Schneider Electric, яка підтримує гаряче резервування процесорів та наскрізну Ethernet-комунікацію [3]. Для забезпечення метрологічної точності вимірювань обрано інтелектуальні давачі тиску, індуктивні давачі переміщення сервомоторів та високоточні тахометричні перетворювачі. У п’ятому розділі розроблено прикладне програмне забезпечення контролера у середовищі EcoStruxure Control Expert. Реалізовано алгоритми ПІД- регулювання, логіку захистів та процедури безударного перемикання режимів керування. Для людино-машинного інтерфейсу (HMI) розроблено мнемосхеми в SCADA-системі Wonderware InTouch, що забезпечують візуалізацію параметрів процесу, ведення журналів аварійних подій. Шостий та сьомий розділи присвячені конструкторській реалізації системи. Розроблено принципові електричні схеми з’єднань модулів вводу- виводу серії Modicon X80 (BMXAMI0810, BMXDDO1602 та ін.), схеми живлення та заземлення. Спроектовано конструкцію щита контролю та керування з урахуванням вимог електричної сумісності, а також розроблено схеми зовнішніх підключень кабельних ліній. У восьмому розділі проведено математичне моделювання системи автоматичного регулювання. На основі експериментальних кривих розгону ідентифіковано передавальні функції об’єкта керування. Розраховано оптимальні параметри налаштування ПІД-регуляторів для одноконтурної та 6 каскадної схем керування, використовуючи методи теорії автоматичного керування [4]. Результати моделювання підтвердили, що розроблена система забезпечує необхідні показники якості перехідних процесів при збуреннях по навантаженню та завданню. Завершальна частина роботи містить детальний опис розгорнутої функціональної схеми та специфікацію обладнання. Впровадження розробленої системи дозволить підвищити надійність роботи енергоблоку, зменшити експлуатаційні витрати та забезпечити інтеграцію турбіни в сучасні системи диспетчерського керування енергосистемою. Ключові слова: парова турбіна, частота обертання, Modicon M580, електрогідравлічна система регулювання. Перелік джерел посилання: 1. Книга 3. Розвиток теплоенергетики та гідроенергетики. Розділ 3.2. Основні елементи сучасних парових турбін. URL: http://energetika.in.ua/ua/books/book-3/part-1/section-3/3-2. 2. Парова турбіна К-300-240 ХТГЗ / За ред. Ю. Ф. Косяка. – Харків, 2018. 3. Modicon M580. URL: https://download.schneider- electric.com/files?p_enDocType=Catalog&p_File_Name=DIA6ED2151012EN.pdf& p_Doc_Ref=DIA6ED2151012EN. 4. Методичні вказівки для самостійної роботи та виконання курсової роботи з дисципліни "Теорія автоматичного керування" / уклад. Г.Б. Крих, Ф.Д. Матіко. Львів: Національний університет "Львівська Політехніка", 2023. 31 с.