火力发电机组协调控制系统浅析
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赵志强‘Œ秦 义’
ˆ‘Ž辽宁电力科学研究院Œ辽宁 沈阳 ‘‘•••–›’Ž沈阳供电公司Œ辽宁 沈阳 ‘‘•••“‰
摘要š对火力发电厂协调控制系统进行了概述Œ分析和阐述了协调控制系统各种运行方式的基本控制策略和适用范围Œ并对协调控制系统安全保护功能作了简要介绍" 关键词š协调控制系统›运动方式›保护功能
»中图分类号½´«“’“»文献标识码½¢»文章编号½‘••”•—‘“ˆ’••’‰‘‘•••“••“
火力发电厂的锅炉•汽轮发电机单元机组应能
自动的条件时采用该运行方式" 所谓锅炉不具备投入自动条件包括在低负荷运行工况以及锅炉部分辅机工作异常工况" 另外Œ当锅炉运行不稳定或锅炉异常工况Œ一般也采用这种运行方式Œ由汽机快速维持主汽压力为某一定值Œ使得锅炉系统及各主要运行参数快速恢复稳定运行Œ以便防止事故扩大及排除故障"
113 炉跟机方式ˆ锅炉跟踪方式‰
快速响应负荷变化的需求并参与电网调频Œ同时应能克服来自各方面的扰动Œ确保机组的安全! 稳定! 经济运行Œ因此对单元机组的控制系统提出了更高的要求" 在电力工作者的不断研究! 探索下Œ锅炉•汽轮发电机组协调控制系统目前已形成了相当完善的控制策略Œ并获得了普遍的应用"
1 协调控制系统
目前Œ火力发电厂协调控制系统所采用的控制策略归纳起来有如下–种运行方式" 其中Œ基本方式为低级方式Œ机跟炉方式或炉跟机方式为较高级方式Œ机跟炉协调方式! 炉跟机协调方式! 机炉协调方式为高级方式"
111 基本方式
基本控制策略š锅炉自动调压Œ汽机手动调功" 在该方式下Œ锅炉主控处于自动运行方式Œ汽机主控处于手动运行方式Œ由锅炉来维持主汽压力Œ压力设定值由运行人员手动给定Œ单元机组的输出功率由运行人员手动操作或由¤¥¨承担自动调功的任务"
适用范围š当锅炉运行正常Œ汽机部分设备工作异常或机组负荷受到限制时应用这种方式"
114 机跟炉协调方式ˆ以汽机跟踪为基础的协调
基本控制策略š汽机主控和锅炉主控均处于手动运行方式" 在该方式下Œ单元机组的运行由运行人员进行手动操作Œ主控系统的目标负荷指令则跟踪机组的实发功率Œ为投入协调控制系统的较高级和高级方式做好准备"
适用范围š适用于机组启动及低负荷运行工况Œ在汽机和锅炉辅机工作异常时也应用这种方式"
112 机跟炉方式ˆ汽机跟踪方式‰
方式‰
基本控制策略š汽机自动调压Œ锅炉自动调功Œ并参与电网的一! 二次调频" 在该方式下Œ汽机主控和锅炉主控均处于自动运行方式Œ由汽机来维持主汽压力Œ并接受目标负荷的前馈信号Œ压力设定值由运行人员手动给定或接受自动滑压设定值" 单元机组输出功率的调整任务由锅炉承担Œ锅炉主控还接受目标负荷的前馈信号Œ部分电厂还设计有目标负荷的导前信号等Œ目标负荷由运动人员手动给定或接受电网调度¡¤³负荷分配指令Œ同时参与电网的一! 二次调频"
适用范围š适用于带基本负荷机组"
115 炉跟机协调方式ˆ以锅炉跟踪为基础的协调
基本控制策略š汽机自动调压Œ锅炉手动调功" 在该方式下Œ汽机主控处于自动运行方式Œ锅炉主控处于手动运行方式Œ由汽机来维持主汽压力Œ压力设定值由运行人员手动给定Œ单元机组的输出功率决定于锅炉所能提供的输出负荷Œ而不接受任何负荷要求指令"
适用范围š当汽机运行正常Œ锅炉不具备投入
方式‰
基本控制策略š锅炉自动调压Œ汽机自动调
功Œ并参与电网的一! 二次调频" 在该方式下Œ汽机主控和锅炉主控均处于自动运行方式" 由锅炉来维持主汽压力Œ并接受目标负荷的前馈信号Œ部分电厂还设计有目标负荷的导前信号! 能量平衡信号等Œ单元机组输出功率的调整任务由汽机承担" 压力设定值及目标负荷指令的形成与机跟炉协调方式相同"
适用范围š适用于参与电网调峰机组"
116 机炉协调方式
基本控制策略š机炉协调方式实际上是机跟炉协调方式与炉跟机协调方式的合成Œ换句话说Œ从协调控制系统的发展历程来看Œ首先产生的是机炉协调方式Œ由于锅炉和汽机的系统响应特性ˆ迟
延! 惯性等‰大不相同Œ在扰动及变负荷工况Œ机! 炉很难协调一致的动作Œ并且存在动态调节过程中的稳态偏差Œ因此Œ人们在此基础上Œ将其分解为机跟炉协调方式和炉跟机协调方式" 目前Œ机炉协调方式的控制策略普遍采用锅炉调功Œ汽机既调功又调压的运行方式Œ并同时参与电网一! 二次调频" 在该方式下Œ汽机主控和锅炉主控均处于自动运行方式" 汽机既调压又调功Œ一般设置为调功的系数低于调压的系数Œ使其以调压为主! 调功为辅Œ并接受目标负荷的前馈信号及参与电网的一! 二次调频Œ压力设定值由运行人员手动给定或接受自动滑压设定值" 单元机组输出功率的调整任务主要由锅炉承担Œ锅炉主控还接受目标负荷的前馈信号Œ部分电厂还设计有目标负荷的导前信号等Œ目标负荷由运行人员手动给定或接受电网调度¡¤³负荷分配指令Œ同时参与电网的一! 二次调频" 部分单元机组的机炉协调方式也采用锅炉调压Œ汽机既调功又调压的运行方式Œ并同时参与电网一! 二次调频" 在该方式下Œ汽机主控以调功为主! 调压为辅"
适用范围š根据目前现状Œ单元机组如果设计了机炉协调方式Œ一般不再设机跟炉协调方式和炉跟机协调方式Œ因此Œ对于此类机组Œ无论是带基本负荷Œ还是参与电网调峰Œ当单元机组负荷大于最低稳燃负荷后Œ由于没有其他高级协调方式Œ只能投入机炉协调方式" 当然Œ机炉协调方式更适合于带基本负荷机组"
2 协调控制系统的安全保护功能
作为完善的协调控制系统Œ不但要保证在稳定
运行工况及正常负荷变动工况有良好的自动调节品质和快速的响应负荷能力Œ同时要保证当任一重要辅机的部分设备发生故障跳闸或任一重要辅助系统运行工况发生异常时Œ协调控制系统应能够将单元机组负荷快速! 安全! 稳定地调整到某一经济运行负荷工况Œ因此Œ起到安全保护作用的²¢ˆ²µ¢¡£«‰! ²µ¤¯·•²µµ°功能成为协调控制系统必不可少! 而且极为重要的组成部分" ²¢! ²µ¤¯·•²µµ°各功能动作的必要条件是协调控制系统处于高级自动方式Œ同样Œ只有当各项安全保护功能已投入热备用工况后Œ才可以将协调控制系统投入到高级自动方式"
211 ²¢功能
²¢功能Œ即快速返航功能Œ对于不同类型的
火力发电机组Œ所包含的内容也不相同Œ大致包括如下项目š送风机跳闸›引风机跳闸›一次风机跳闸›锅炉给水泵跳闸›炉水循环泵跳闸›凝结水泵跳闸›循环水泵跳闸›空气预热器跳闸›磨煤机跳闸"
当上述任一条件满足Œ²¢功能将被启动Œ££³ˆ协调控制系统‰! ¢-³ˆ锅炉燃烧管理系统‰!
³£³ˆ顺序控制系统‰等各系统将互相配合协调一
致将单元机组负荷快速! 安全! 稳定降到某一经济运行负荷工况" 对于不同辅机Œ²¢发生后的目标负荷也不相同Œ主要依据是单台辅机的最大带负荷能力" 对于不同辅机Œ当²¢发生后的降负荷率也不相同Œ在参数整定过程中Œ应建立在单元机组带最大负荷工况的基础上Œ根据不同的目标负荷及不同机组的蓄热能力进行设置"
212 R UN D O W N/R UN UP 功能
当单元机组的风量! 燃料量! 给水流量等主要供应系统发生异常时Œ为了防止事故扩大等因素Œ将强迫机组负荷作出相应变动" 以汽包锅炉的给水流量为例š当锅炉给水泵的出力已达最大Œ而实际锅炉给水流量仍然低于锅炉给水流量的需求值Œ为了防止汽包水位逐渐降低而产生-¦´ˆ主燃料跳闸‰Œ²µ¤¯·ˆ迫降‰功能将被启动Œ直至达到锅炉给水流量的供需平衡时Œ²µ¤¯·信号消失Œ此时机组负荷将维持在当前工况下运行" 反之Œ²µµ°ˆ迫升‰功能将被启动Œ强迫机组按照预定速率升负荷Œ直至²µµ°信号消失为止"
²µ¤¯·•²µµ°功能主要包括š锅炉总风
量! 锅炉燃料量! 锅炉给水流量! 凝结水流量Œ部分机组也将炉膛负压等信号作为其保护对象"
’••’年第期
东北电力技术
”‘
3 结论
根据目前的发展状况Œ火力发电机组所采用协调控制系统的运行方式基本上都是上述几种方式的组合Œ对于同‘台机组Œ并不是几种方式同时存在" 在’•世纪•年代以前Œ各火力发电机组的协调控制系统主要为下列”种方式并存为主Œ即基本方式! 机跟炉方式! 炉跟机方式! 机炉协调方式" 由于机炉协调方式存在机! 炉难以协调一致工作并存在动态调节过程中的稳态偏差等缺陷Œ人们在此基础上将其分解为另外两种高级协调分式š机跟炉协调方式和炉跟机协调方式" •年代以后的新建机组和改造机组Œ大部分采用以下•种协调方式的组合Œ即基本方式! 机跟炉方式! 炉跟机方式! 机跟炉协调方式! 炉跟机协调方式"
对于机跟炉协调方式Œ由于压力的控制对象为惯性较小的汽机Œ因此压力波动小Œ机组运行稳定" 负荷的控制对象为迟延和惯性均较大的锅炉Œ并且没有充分利用机组的蓄能Œ负荷响应速度慢Œ尤其对于发生内扰工况Œ没有利用机组蓄能Œ是
/先进后出0的控制方式"
对于炉跟机协调方式Œ是/先出后进0的控制方式Œ充分利用了机组的蓄能Œ负荷响应速度快Œ参与电网调频能力强Œ但是压力波动较大Œ机组运行不稳定"
不难看出Œ上述“种高级协调方式均存在着不同程度的缺陷" 对于机跟炉协调方式和炉跟机协调方式存在着难以补偿的缺陷Œ而对于机炉协调方式Œ通过将动态调节过程中的稳态偏差控制在较小范围内的方法Œ降低内扰对负荷的影响程度Œ使机组负荷更趋于稳定" 通过前馈! 导前及非线性元件的合理应用Œ在充分利用机组蓄能的前提下Œ使机! 炉能够协调一致的工作Œ从而实现既能够维持压力稳定Œ保证机组工作在稳定运行工况Œ又能够充分利用机组的蓄能Œ满足快速的负荷响应能力的要求"
因此Œ在其他控制理论尚未在电站控制领域得以成熟应用之前Œ在经典控制理论的基础上Œ随着前馈! 导前! 交叉及非线性元件的合理应用Œ机炉协调控制方式将具有更为广泛的应用前景" 作者简介š
赵志强ˆ‘––•‰Œ男Œ工程师Œ主要从事电厂热控调试工作"
ˆ收稿日期’••’••—•’–‰
ˆ上接第’•页‰––•ÍÍŒ只能展放钢丝绳Œ利用率很低Œ通过技
改造后的张力机经验收合格Œ立即投入到河南省新濮线路的架线建设中Œ在“—ËÍ的架线过程中
既展放了牵引绳又保证了光缆的架设Œ程项目部认定使用合格"
Ž2 效益比较
Œ增大张力轮直径ŒŒ达到了既能展放钢丝绳又能展放光缆的多用途Œ节约了资金Œ并在取ŒŒ为以后的改造奠定了坚实的理论和实践基"
经财务部门按照机械设备使用折旧管理规定评估得出取得的经济效益" 改造比购买同性能进口张力机节约资金š
’•••••元‰•’“•••元原机资产‰••••元ˆ‰•‘˜••••元
š
»‘½Ž张力架线机械设备和应用»-½Ž北京水利电力出
改造比购买同性能最低价国产张力机节约资金‘’•新机‰‹’•••元‰•‘“•••
Œ‘’年
»’½Ž高压架空输电线路张力架线»-½Ž北京š出版社Œ‘‘年
原机资产‰•”••••元ˆ改造费用‰•–š
陈 震ˆ‘—–•‰Œ男Œ‘年毕业于沈阳工业大学Œ助理工程师"
收稿日期 ’••’••—•‘•‰
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火力发电机组协调控制系统浅析
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摘要š对火力发电厂协调控制系统进行了概述Œ分析和阐述了协调控制系统各种运行方式的基本控制策略和适用范围Œ并对协调控制系统安全保护功能作了简要介绍" 关键词š协调控制系统›运动方式›保护功能
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火力发电厂的锅炉•汽轮发电机单元机组应能
自动的条件时采用该运行方式" 所谓锅炉不具备投入自动条件包括在低负荷运行工况以及锅炉部分辅机工作异常工况" 另外Œ当锅炉运行不稳定或锅炉异常工况Œ一般也采用这种运行方式Œ由汽机快速维持主汽压力为某一定值Œ使得锅炉系统及各主要运行参数快速恢复稳定运行Œ以便防止事故扩大及排除故障"
113 炉跟机方式ˆ锅炉跟踪方式‰
快速响应负荷变化的需求并参与电网调频Œ同时应能克服来自各方面的扰动Œ确保机组的安全! 稳定! 经济运行Œ因此对单元机组的控制系统提出了更高的要求" 在电力工作者的不断研究! 探索下Œ锅炉•汽轮发电机组协调控制系统目前已形成了相当完善的控制策略Œ并获得了普遍的应用"
1 协调控制系统
目前Œ火力发电厂协调控制系统所采用的控制策略归纳起来有如下–种运行方式" 其中Œ基本方式为低级方式Œ机跟炉方式或炉跟机方式为较高级方式Œ机跟炉协调方式! 炉跟机协调方式! 机炉协调方式为高级方式"
111 基本方式
基本控制策略š锅炉自动调压Œ汽机手动调功" 在该方式下Œ锅炉主控处于自动运行方式Œ汽机主控处于手动运行方式Œ由锅炉来维持主汽压力Œ压力设定值由运行人员手动给定Œ单元机组的输出功率由运行人员手动操作或由¤¥¨承担自动调功的任务"
适用范围š当锅炉运行正常Œ汽机部分设备工作异常或机组负荷受到限制时应用这种方式"
114 机跟炉协调方式ˆ以汽机跟踪为基础的协调
基本控制策略š汽机主控和锅炉主控均处于手动运行方式" 在该方式下Œ单元机组的运行由运行人员进行手动操作Œ主控系统的目标负荷指令则跟踪机组的实发功率Œ为投入协调控制系统的较高级和高级方式做好准备"
适用范围š适用于机组启动及低负荷运行工况Œ在汽机和锅炉辅机工作异常时也应用这种方式"
112 机跟炉方式ˆ汽机跟踪方式‰
方式‰
基本控制策略š汽机自动调压Œ锅炉自动调功Œ并参与电网的一! 二次调频" 在该方式下Œ汽机主控和锅炉主控均处于自动运行方式Œ由汽机来维持主汽压力Œ并接受目标负荷的前馈信号Œ压力设定值由运行人员手动给定或接受自动滑压设定值" 单元机组输出功率的调整任务由锅炉承担Œ锅炉主控还接受目标负荷的前馈信号Œ部分电厂还设计有目标负荷的导前信号等Œ目标负荷由运动人员手动给定或接受电网调度¡¤³负荷分配指令Œ同时参与电网的一! 二次调频"
适用范围š适用于带基本负荷机组"
115 炉跟机协调方式ˆ以锅炉跟踪为基础的协调
基本控制策略š汽机自动调压Œ锅炉手动调功" 在该方式下Œ汽机主控处于自动运行方式Œ锅炉主控处于手动运行方式Œ由汽机来维持主汽压力Œ压力设定值由运行人员手动给定Œ单元机组的输出功率决定于锅炉所能提供的输出负荷Œ而不接受任何负荷要求指令"
适用范围š当汽机运行正常Œ锅炉不具备投入
方式‰
基本控制策略š锅炉自动调压Œ汽机自动调
功Œ并参与电网的一! 二次调频" 在该方式下Œ汽机主控和锅炉主控均处于自动运行方式" 由锅炉来维持主汽压力Œ并接受目标负荷的前馈信号Œ部分电厂还设计有目标负荷的导前信号! 能量平衡信号等Œ单元机组输出功率的调整任务由汽机承担" 压力设定值及目标负荷指令的形成与机跟炉协调方式相同"
适用范围š适用于参与电网调峰机组"
116 机炉协调方式
基本控制策略š机炉协调方式实际上是机跟炉协调方式与炉跟机协调方式的合成Œ换句话说Œ从协调控制系统的发展历程来看Œ首先产生的是机炉协调方式Œ由于锅炉和汽机的系统响应特性ˆ迟
延! 惯性等‰大不相同Œ在扰动及变负荷工况Œ机! 炉很难协调一致的动作Œ并且存在动态调节过程中的稳态偏差Œ因此Œ人们在此基础上Œ将其分解为机跟炉协调方式和炉跟机协调方式" 目前Œ机炉协调方式的控制策略普遍采用锅炉调功Œ汽机既调功又调压的运行方式Œ并同时参与电网一! 二次调频" 在该方式下Œ汽机主控和锅炉主控均处于自动运行方式" 汽机既调压又调功Œ一般设置为调功的系数低于调压的系数Œ使其以调压为主! 调功为辅Œ并接受目标负荷的前馈信号及参与电网的一! 二次调频Œ压力设定值由运行人员手动给定或接受自动滑压设定值" 单元机组输出功率的调整任务主要由锅炉承担Œ锅炉主控还接受目标负荷的前馈信号Œ部分电厂还设计有目标负荷的导前信号等Œ目标负荷由运行人员手动给定或接受电网调度¡¤³负荷分配指令Œ同时参与电网的一! 二次调频" 部分单元机组的机炉协调方式也采用锅炉调压Œ汽机既调功又调压的运行方式Œ并同时参与电网一! 二次调频" 在该方式下Œ汽机主控以调功为主! 调压为辅"
适用范围š根据目前现状Œ单元机组如果设计了机炉协调方式Œ一般不再设机跟炉协调方式和炉跟机协调方式Œ因此Œ对于此类机组Œ无论是带基本负荷Œ还是参与电网调峰Œ当单元机组负荷大于最低稳燃负荷后Œ由于没有其他高级协调方式Œ只能投入机炉协调方式" 当然Œ机炉协调方式更适合于带基本负荷机组"
2 协调控制系统的安全保护功能
作为完善的协调控制系统Œ不但要保证在稳定
运行工况及正常负荷变动工况有良好的自动调节品质和快速的响应负荷能力Œ同时要保证当任一重要辅机的部分设备发生故障跳闸或任一重要辅助系统运行工况发生异常时Œ协调控制系统应能够将单元机组负荷快速! 安全! 稳定地调整到某一经济运行负荷工况Œ因此Œ起到安全保护作用的²¢ˆ²µ¢¡£«‰! ²µ¤¯·•²µµ°功能成为协调控制系统必不可少! 而且极为重要的组成部分" ²¢! ²µ¤¯·•²µµ°各功能动作的必要条件是协调控制系统处于高级自动方式Œ同样Œ只有当各项安全保护功能已投入热备用工况后Œ才可以将协调控制系统投入到高级自动方式"
211 ²¢功能
²¢功能Œ即快速返航功能Œ对于不同类型的
火力发电机组Œ所包含的内容也不相同Œ大致包括如下项目š送风机跳闸›引风机跳闸›一次风机跳闸›锅炉给水泵跳闸›炉水循环泵跳闸›凝结水泵跳闸›循环水泵跳闸›空气预热器跳闸›磨煤机跳闸"
当上述任一条件满足Œ²¢功能将被启动Œ££³ˆ协调控制系统‰! ¢-³ˆ锅炉燃烧管理系统‰!
³£³ˆ顺序控制系统‰等各系统将互相配合协调一
致将单元机组负荷快速! 安全! 稳定降到某一经济运行负荷工况" 对于不同辅机Œ²¢发生后的目标负荷也不相同Œ主要依据是单台辅机的最大带负荷能力" 对于不同辅机Œ当²¢发生后的降负荷率也不相同Œ在参数整定过程中Œ应建立在单元机组带最大负荷工况的基础上Œ根据不同的目标负荷及不同机组的蓄热能力进行设置"
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/先进后出0的控制方式"
对于炉跟机协调方式Œ是/先出后进0的控制方式Œ充分利用了机组的蓄能Œ负荷响应速度快Œ参与电网调频能力强Œ但是压力波动较大Œ机组运行不稳定"
不难看出Œ上述“种高级协调方式均存在着不同程度的缺陷" 对于机跟炉协调方式和炉跟机协调方式存在着难以补偿的缺陷Œ而对于机炉协调方式Œ通过将动态调节过程中的稳态偏差控制在较小范围内的方法Œ降低内扰对负荷的影响程度Œ使机组负荷更趋于稳定" 通过前馈! 导前及非线性元件的合理应用Œ在充分利用机组蓄能的前提下Œ使机! 炉能够协调一致的工作Œ从而实现既能够维持压力稳定Œ保证机组工作在稳定运行工况Œ又能够充分利用机组的蓄能Œ满足快速的负荷响应能力的要求"
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Œ增大张力轮直径ŒŒ达到了既能展放钢丝绳又能展放光缆的多用途Œ节约了资金Œ并在取ŒŒ为以后的改造奠定了坚实的理论和实践基"
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