CC BY
37
УДК 62-83:621.9
Ю.П. Кузнецов, директор, (495) 608-24-35, [email protected] (Россия, Москва, НПЦ «Энергоатом»), Г.В. Карпова, зам. директора, (495) 608-28-76, [email protected] (Россия, Москва, НПЦ «Энергоатом»), П.М. Лиморенко, гл.научный сотрудник, (495) 608-24-25, [email protected] (Россия, Москва, НПЦ «Энергоатом»), Е.А. Никифоров, зам. директора, (495) 608-21-94, [email protected] (Россия, Москва, НПЦ «Энергоатом»), А.Г. Придатков, (495) 608-21-75,
[email protected] (Россия, Москва, НПЦ «Энергоатом»),
A.В. Бирюков, зам. директора по научной работе, (495) 608-21-75, [email protected] (Россия, Москва, НПЦ «Энергоатом»), Л.А. Прокофьева, старший науч. сотр., (495) 608-21-75, [email protected] (Россия, Москва, НПЦ «Энергоатом»),
B.И. Кузькин, директор, (495) 721-11-51, [email protected] (Россия, Москва, ЗАО «ЭЛСИЭЛ»),
Б.А. Тескин, 8-153242376, [email protected] (Кольская АЭС), Б.В. Рябинин, 8-153242376, [email protected] (Кольская АЭС),
C.В. Тарасов, 8-153242376, [email protected] (Кольская АЭС), Г.Ф. Титов, 473-6473303, [email protected] (НВАЭС),
С.В. Пискунов, зам. директора, 4922-53-44-11, [email protected] (Россия, Владимир, ОАО «НИПТИЭМ»)
СОВРЕМЕННЫЕ РЕШЕНИЯ ПО МОДЕРНИЗАЦИИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ КРАНОВ МАШИННЫХ И РЕАКТОРНЫХ ЗАЛОВ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ
Специфические условия эксплуатации грузоподъёмных механизмов реакторных залов АС требуют комплексного подхода к разработке технических решений, удовлетворяющих современным требованиям ядерной безопасности.
Ключевые слова: электрооборудование, система управления.
Одним из сложных компонентов электрооборудования АЭС, являются крановые механизмы, грузоподъёмностью от 2 до 400 тс, в частности, перегрузочные машины, выполняющие операции по перегрузке (загрузке -выгрузке) реактора тепловыделяющими сборками (ТВС) и их транспортирования в зону хранения (бассейна), а также проведения работ по ремонту и обслуживанию зоны перегрузки.
В большинстве своём указанное оборудование устарело и требует модернизации с учётом новых требований нормативных документов по ядерной безопасности при работе с тяжёлыми и ядерно-опасными грузами.
В соответствии с программой модернизации ОАО «Электропривод» выполнил комплекс работ по разработке, изготовлению и вводу в эксплуа-
тацию электрооборудования перегрузочных машин ПМ-230 и ПМ-213 реактора ВВЭР-440 Кольской АЭС, а также специального крана 250 т реакторного зала.
Для формирования научно обоснованных требований к созданию новых систем управления электрооборудованием проведён большой объём теоретических и экспериментальных исследований, включающих в себя:
-обследование состояния механической и электрической частей оборудования крановых механизмов;
-испытание электроприводов переменного тока и постоянного тока;
-разработка новых алгоритмов систем управления.
Основные технические решения были согласованы с ОАО «Концерн Росэнергоатом» и «Ростехнадзором» России с учётом новых подходов к ядерной безопасности.
Все перечисленные работы дали возможность получить объективную информацию, анализ которой позволил сформировать научно обоснованные требования по модернизации электрооборудования перегрузочных машин и специальных кранов.
В основу систем управления электрооборудованием перегрузочных машин и специальных кранов были положены следующие принципы:
- повышение надёжности и стабильности управления скоростями перемещения всех механизмов за счёт применения тиристорных электроприводов и устранения длинных управляющих кабельных связей;
- внедрение системы регистрации всех операций, выполняемых механизмами;
- внедрение системы отображения положения основных механизмов обеспечивающей эргономичность и безопасность управления;
- запрет выполнения непредусмотренных или запрещённых операций, предназначенный для повышения безопасности путём снижения влияния человеческого фактора;
- внедрение системы тестирования и диагностики, обеспечивающих своевременное предупреждение и быстрый поиск неисправностей при эксплуатации и техническом обслуживании;
- оптимальное расположение электрооборудования и аппаратуры системы управления для уменьшения количества кабельных связей, снижения массогабаритных показателей, удобства ремонтов и технического обслуживания;
- требования к эргономике пультов управления.
С целью повышения эксплуатационной надёжности питание систем управления перегрузочных машин и специальных кранов осуществляется от двух независимых вводов четырёхпроводной сети переменного тока с глухо-заземлённой нейтралью, с номинальным линейным напряжением 380 В.
Переключение вводов, в случае пропадания одного из них осуществляется быстродействующим бесконтактным переключающим устройством типа ТКЕП, разработанным ОАО «Электропривод» и успешно эксплуатируемым в течение 25 лет практически на всех АЭС Российской Федерации и ближнего зарубежья.
Высокое быстродействие ТКЕП (не более 8 мс) позволяет сохранить функционирование всех систем, включая управляющую часть, в случае перерыва питания на одном из вводов.
В системах управления перегрузочных машин и специальных кранов для исполнения команд управления всеми механизмами используется два равноправных логических контроллера.
Управляющая команда на любой механизм подается обоими контроллерами, соединенными последовательно по принципу «два из двух», что позволяет избежать выполнения ложной команды при отказе одного из контроллеров.
Местоположение любого механизма определяется с помощью абсолютных многооборотных кодовых датчиков. Применение таких датчиков позволило повысить точность измерения и сохранение значения местоположения механизмов при отключении питания системы.
Сигналы с аварийных конечных путевых выключателей всех механизмов и других датчиков в контроллеры для использования в алгоритме формирования управляющих команд и сигналов индикации на пульт управления. Помимо этого аварийные путевые выключатели задействованы в схемах отключения электродвигателей соответствующих механизмов.
В цифровой форме, в абсолютных значениях с размерностью в миллиметрах и градусах, индикация о местоположении механизмов и весе на рабочей штанге перегрузочной машины или крюке крана выдается на пульт управления.
Применение в системах управления новых методов измерения положения механизмов и обработки информации позволило значительно повысить надежность работы, а выполнение автоматических блокировок перемещения механизмов, реализованное в логических контроллерах, исключило несанкционированное вмешательство обслуживающего персонала.
Использование в системах управления промышленного компьютера позволило реализовать некоторые дополнительные сервисные функции, такие как:
- тестовый прогон, предназначенный для подтверждения работоспособности перед началом;
- логический контроль над действиями оператора и выдача сообщений, касающихся достижения механизмами заданных состояний, конечных положений, ошибочных действий оператора и т.п.;
- допуск оператора в начале смены посредством пароля и назначе-
ние ему определенных прав доступа, ограничивающих возможности оператора по управлению;
- хранение архива выполненных операций с возможностью просмотра в графическом виде записанных данных, а также ведение журнала аварийных сообщений;
- выдачу распечатки выполненных операций.
Перегрузочные машины АЭС представляют сложную электромеханическую систему кранового типа, работающую в особых условиях с жёсткими технологическими требованиями.
В зону перегрузки входят: ядерный энергетический реактор (аппарат), бассейн выдержки ТВС, транспортный коридор, связывающий зоны аппарата и бассейна, и транспортный чехол, применяющийся при групповой транспортировке ТВС.
На рис. 1 представлена блок-схема приводов перегрузочной машины ПМ-230 Кольской АЭС.
Осн. ввод Рез. ввод
Рис. 1. Блок-схема приводов перегрузочной машины ПМ-230
Кольской АЭС
Система предназначена для управления всеми механизмами перегрузки и выполняет:
- ручное наведение перегрузочной машины на заданную координа-
ту (управление движением моста и тележки) с автоматической остановкой на границах зоны перегрузки;
- ручное управление перемещениями и поворотами рабочей штанги и телевизионной штанги с автоматической остановкой на границах рабочей зоны на заданных углах поворота;
- автоматическое выполнение блокировок перемещения всех механизмов.
Для управления регулируемыми приводами применены устройства пуска и регулирования электродвигателями с фазным ротором типа УПРФ-25, разработанные ОАО «Электропривод». Устройства УПРФ-25 позволяют осуществлять регулирование скорости с диапазоном 1:60. Такой широкий диапазон регулирования скорости обеспечивает позиционирование механизмов на доводочной скорости с заданной точностью ± 3 мм.
Система управления обеспечивает плавный пуск и торможение регулируемых механизмов (мост, тележка, реечная ступень, тросовая ступень), с возможностью выполнения точной остановки на доводочной скорости.
Требуемая скорость движения механизмов задается оператором с пульта управления.
Система управления автоматически, вне зависимости от заданной оператором скорости, ограничивает скорость до доводочной в определенных зонах перегрузки, например, при подходе к границам зоны обслуживания.
Управление механизмами перегрузочной машины осуществляется оператором с пульта управления, установленного в кабине на мосту, рядом с пультом физика. Общий вид пультов представлен на рис. 2.
Рис. 2. Общий вид пультов
170
В системе управления на базе промышленного компьютера выполнена задача графического отображения рабочей зоны.
На пульте управления установлен монитор, позволяющий оператору, в зависимости от выбранного масштаба изображения, видеть всю рабочую зону или отдельные ее части. На мониторе в реальном масштабе времени отражено местоположение и перемещение всех механизмов. При возникновении аварийных ситуаций или неправильных действиях оператора на мониторе появляется сообщение.
Разработанные принципы и технические решения, использованные при модернизации ПМ-230, обладают высокой степенью общности по отношению и другим типам грузоподъёмных механизмов, используемых на АЭС, независимо от типа используемого электропривода: асинхронный привод с фазным ротором, асинхронный с частным управлением, привод постоянного тока.
Грузоподъёмные краны для объектов использования атомной энергии (ОИАЭ) по классификации НП-043 относятся к специальным кранам, для которых установлены повышенные требования обеспечения безопасной эксплуатации.
Система управления краном обеспечивает плавный пуск и торможение, с возможностью выполнения точной остановки на установочной скорости, регулируемых механизмов (мост, тележка, главный подъём, вспомогательный подъём, таль).
Система управления краном предназначена для управления всеми механизмами крана и обеспечивает:
ручное управление перемещением крана в заданную координату (управление движением моста и тележки) с автоматической остановкой на границах рабочей зоны;
ручное управление перемещением главного или вспомогательного подъёмов с автоматической остановкой на границах рабочей зоны;
ручное управление перемещением тали с автоматической остановкой на границах рабочей зоны;
ручное управление механизмом поворота вилки крюка с автоматической остановкой на границах рабочей зоны;
ручное управление механизмом выдвижения оси с автоматической остановкой на границах рабочей зоны;
автоматическое перемещение крана по заданной траектории при транспортировке ядерно-опасных грузов;
автоматическое выполнение блокировок перемещения всех механизмов; контроль положения механизмов;
контроль нагрузки на главном и вспомогательном подъёмах; графическое представление местоположения крана в реакторном зале по данным координатных измерителей с изображением характерных участков;
тестовый прогон по траекториям, предназначенный для подтверждения работоспособности перед началом перемещения ядерно-опасных грузов.
В системе управления краном используются три пульта. Управление механизмами возможно только с одного пульта. Выбор пульта, с которого будет вестись управление, осуществляется установкой ключа ПУЛЬТ В РАБОТЕ в соответствующее положение. Ключ один на три пульта, выдаётся мастеру смены, и извлекается из пульта только в положении «выключенного из управления пульта». Цифровая и световая индикация и отображение на дисплее осуществляется на всех пульта вне зависимости от положения ключа ПУЛЬТ В РАБОТЕ.
Для сокращения количества кабелей, соединяющих изделия системы управления краном, каждый контроллер состоит их четырёх частей. Одна часть, установленная в пульте ПО, содержит центральный процессор и модули ввода - вывода сигналов с/на пульт ПО. Вторая и третья части, установленные в пультах ПП1 и ПП2, содержат модули ввода - вывода сигналов с/на пульты ПП1 и ПП2. Четвёртая часть, установленная в шкафу ША, содержит модули ввода сигналов с датчиков и приводов механизмов и модули вывода сигналов на привода механизмов.
Все части контроллеров обмениваются между собой информацией по шине РКОБЮиЗ №1 и РКОБГОиЗ №2. Контроллеры обмениваются между собой информацией по шине РКОБЮиЗ №3.
Управляющая команда на механизмы подается обоими контроллерами, соединенными последовательно по принципу «два из двух».
Для возможности завершения операции при неисправности одного из контроллеров введена команда блокирующая неисправный контроллер и тогда управление механизмами выполняется одним контроллером.
В системе управления краном предусмотрено два режима работы: с обычным грузом и с ядерно-опасным грузом.
При работе с ядерно-опасным грузом разрешено движение только одним механизмом, строго в пределах заданной траектории и на определённой высоте для конкретного груза. При попытке крановщика дать команду на управление двумя механизмами на дисплее появится предупреждающая надпись, о невозможности управления.
Ключ доступа в переключателе «ВЫБОР ГРУЗА» один на все пульты, выдаётся мастеру смены. Ключ вынимается в любом положении и должен быть изъят из пульта после выбора требуемого груза.
Выводы: 1. Успешная эксплуатация модернизированных систем управления перегрузочных машин и специального крана подтвердила правильность технических решений, принятых на стадии разработки.
2. Использование современных средств силовой электроники и вычислительной техники позволило повысить функциональные характеристики электрооборулования, увеличить эксплуатационную надежность и энергономичность управления.
3. Сокращение габаритов электрооборудования позволило упростить его компоновку и конструкцию, и существенно сократить число кабельных связей, одного из источников отказов.
4. Разработанные принципы и технические решения обладают высокой степенью общности по отношению к другим типам грузоподъёмных механизмов, используемых на АЭС.
В настоящее время завершается изготовление электрооборудования двух кранов грузоподъёмностью 125 т с использованием приводов переменного тока на базе двигателей с короткозамкнутым ротором с частотно-токовым управлением.
Uy. Kuznetsov, G. Karpova, P. Limorenko, E. Nikiforov, A. Pridatkov, A. Biruykov, L. Prokofieva, V. Kuzkin, B. Teskin, B. Ruabinin, S. Tarasov, G. Titov, S. Piskunov
Modern decisions on modernization of systems of automation of electric drives of cranes of machine and reactor halls of nuclear stations
Specific conditions of exploitation of hoisting mechanisms reactor halls AU requires an integrated approach to developing technical solutions satisfying the current requirements of nuclear safety.
Keywords: electrical, management system.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:621/.69
Л.Н. Макаров, д-р техн. наук, чл.-корр. РАЭН, ген. конструктор,
ген. директор, (499) 559-99-07, [email protected] (Россия, Москва,
концерн «РУСЭЛПРОМ», ОАО «РУСЭЛПРОМ-НИПТИЭМ»),
С.Н. Флоренцев, канд. техн. наук, ген. директор, (499) 559-99-07,
[email protected] (Россия , Москва, ООО «Русэлпром-Электропривод»),
Д.Б. Изосимов, канд. техн. наук., зам. ген. директора по науке,
(499) 559-99-07, [email protected]
(Россия , Москва, ООО «Русэлпром - Электропривод»)
РАЗВИТИЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА В КОНЦЕРНЕ «РУСЭЛПРОМ»
Рассматриваются режимы работы тягового привода, вопросы проектирования и оптимизации электрических машин и электромеханических систем, системы векторного управления асинхронным двигателем. Приводятся характеристики тяго-во-энергетического оборудования гибридного автобуса, сельскохозяйственного трактора, других разработок транспортных средств в концерне «Русэлпром».
Ключевые слова: системы векторного управления асинхронным двигателем, гибридный автобус, тягового привод.
Введение
Комбинированные энергоустановки (КЭУ) с ДВС являются наиболее реальным путем достижения высоких показателей транспортных
