单元机组协调控制系统

单元机组协调控制系统第一节概述一、单元机组控制问题单元机组的输出电功率与电网负荷要求是否一致反映了机组与外部电网之间能量供求的平衡关系，而主蒸汽压力反映了单元机组内的锅炉与汽轮机、发电机之间能量供求的平衡关系。机组的输出电功率PE和主蒸汽压力pT是单元机组控制的两个主要参数。二、单元机组协调控制系统基本组成协调控制级基础控制级机炉主控制器给水空气燃料锅炉汽轮机、发电机锅炉控制系统汽轮机控制系统主蒸汽压力给定值po负荷指令处理回路ADS指令值班员指令外部负荷指令电网频率主蒸汽压力pT实际负荷指令P0机组输出电功率PE图13－1单元机组协调控制系统的组成单元机组负荷控制系统子控制系统进汽量锅炉指令BD汽轮机指令TD三、机组负荷控制系统被控对象动态特性++μBμT++GNT(s)GPT(s)GNB(s)GPB(s)PEpT汽轮机控制系统锅炉控制系统TDBD图13－2负荷被控对象方框图GNT(s)——汽轮机调门开度μT对机组输出电功率PE的传递函数GPT(s)——汽轮机调门开度μT对主蒸汽压力pT的传递函数GNB(s)——燃烧率μB对机组输出电功率PE的传递函数GPB(s)——燃烧率μB对主蒸汽压力pT的传递函数单元机组1.单元机组的动态特性图13－3单元机组被控对象动态特性μTμTμBtttpTtPE（a）ΔμBtΔμTtμBtpTΔpTtPE（b）2.负荷控制系统被控对象动态特性•对于锅炉侧，由于各控制系统的动态过程相对于锅炉特性的迟延和惯性可忽略不计，因此可假设它们配合协调，能及时跟随锅炉指令BD，接近理想随动系统特性，故有μB=BD。•对于汽轮机侧，如果汽轮机控制系统采用纯液压调速系统，则汽轮机指令TD就是调门开度μT，μT＝TD。这样，负荷控制系统的广义被控对象的动态特性与单元机组的动态特性相同。如果汽轮机控制系统采用功频电液控制系统，则汽轮机指令TD就是汽轮机功率指令。这样，广义被控对象的动态特性会有很大改变。－++μBμT+GNT(s)GPT(s)GNB(s)GPB(s)PEpTGT(s)锅炉控制系统TDBD图13－4汽轮机采用功频电液控制系统时广义被控对象方框图GT(s)——功频调节器；nT——汽轮机转速；n0——转速给定值；δn——转速不等率_+－1/δn++n0nT+BDTDtttpTtPE图13－5汽轮机采用功频电液控制系统时广义被控对象动态特性（a）ΔμBtΔμTttpTΔpTtPE（b）TDBD第二节负荷指令处理回路负荷指令处理回路的主要作用是：对外部负荷要求指令进行选择并根据机组运行情况进行处理，使之转变为一个适合于机、炉运行状态的实际负荷指令P0。同时根据机组的运行方式，产生主蒸汽压力给定值po。一、正常工况下负荷指令处理在机组的设备及主要参数都正常的情况下，机组通常接受的三个外部负荷指令为：电网调度所的负荷分配指令ADS、值班员手动指令（就地负荷指令）和电网调频所需负荷指令。正常工况下，负荷指令一般受到以下限制：１．负荷指令变化速率限制２．运行人员所设定的最大、最小负荷限制图13－6正常工况下负荷指令处理原则性方案输出Y＋Ps0%速率限制回路中调指令电网频率就地指令Δf变化率限制值f0频率给定值ADS－aΔf＋＋最小负荷Pmin最大负荷Pmaxf(x)AΔf＞＜AAP0实际负荷指令A变化率限制值MW/min∑1－kN0输出＞输入1速率限制回路原理图（a）（b）T3∫ΔT1T4输出等于输入1输入YT2二、异常工况下的负荷指令处理当机组的主机、主要辅机或设备发生故障，影响到机组的带负荷能力或危及机组的安全运行时，就要对机组的实际负荷指令进行必要的处理，以防止局部故障扩大到机组其他处，以保证机组能够继续安全、稳定地运行。单元机组的主机、主要辅机或设备的故障原因有两类：第一类为跳闸或切除，如某台风机跳闸等，这类故障的来源是明确的，可根据切投状况加以确定。第二类为工作异常，其故障来源是不明确的，无法直接确定，只能通过测量有关运行参数的偏差间接确定。对机组实际负荷指令的处理方法有四种：负荷返回（RunBack，RB）；快速负荷切断(FastCutBack，FCB，快速甩负荷)；负荷闭锁增/减(BlockIncrease/BlockDecrease，BI/BD)和负荷迫升/迫降(RunUp/RunDown，RU/RD)。其中，负荷返回RB和快速负荷切断FCB是处理第一类故障的，负荷闭锁增／减BI/BD和负荷迫升／迫降RU/RD是处理第二类故障的。1．负荷返回RB负荷返回，又称辅机故障减负荷或甩负荷，其主要作用是：根据主要辅机的切投状况，计算出机组的最大可能出力值。若实际负荷指令大于最大可能出力值，则发生负荷返回，将实际负荷指令降至最大可能出力值，同时规定机组的负荷返回速率。因此，负荷返回回路具有两个主要功能：计算机组的最大可能出力值；规定机组的负荷返回速率。（1）最大可能出力值的计算当锅炉和汽轮发电机组运行正常时，机组的最大可能出力值与主要辅机的切投状况直接有关，主要辅机跳闸或切除，最大可能出力值就会减小。因此机组的最大可能出力由投入运行的主要辅机的台数确定。应随时计算最大可能出力值，并将它作为机组实际负荷指令的上限。机组的主要辅机设备有风机（送、引风机）、给水泵（电动、汽动给水泵）、锅炉循环水泵，空气预热器以及汽轮机或电气侧设备等。因此，负荷返回RB的主要类型包括送风机RB、引风机RB、一次风机RB、给水泵RB、磨煤机RB等。对于某一台辅机，都有一个对应机组容量的负荷百分数。根据共同运行的台数，将它们的负荷百分数相加，即可确定该种辅机所能承担的最大可能出力。例如，一台锅炉配用两台容量百分数为50%的送风机，两台同时运行时，带100%负荷。若其中一台退出运行，则由送风机决定的机组最大可能出力值就减小到50%。又如，配用五台容量百分数为25%的磨煤机，由磨煤机决定的机组最大可能出力值为n×25%，其中n为投人运行的台数。当n≥4时，最大可能出力值为100％。再如，若配用三台给水泵，其中两台容量百分数为50％，一台为30％，则根据不同投运台数的组合，由给水泵决定的机组最大可能出力值有100％、80％、30％几档，其他辅机以此类推。从各种辅机负荷百分数中选出最小值，就是机组的最大可能出力值。FSSS（furnacesafeguardsupervisorysystem）系统根据RB目标值将部分磨煤机切除，保留与机组负荷相适应的磨煤机台数。送风机（或引风机、一次风机）RB发生时，一般需要切掉对应侧的其他风机，以保证炉膛负压稳定。若风机的执行机构动作及时，也可以将对应侧的其他风机快关，以保证机组辅机RB发生之后能够快速恢复正常调节。当发生负荷返回时，会自动切换机组的运行方式。若锅炉辅机发生跳闸而产生负荷返回，则机组将以汽轮机跟随方式运行，这时因为此时锅炉担负机组负荷能力受到限制。同理，若汽轮机辅机发生跳闸而产生负荷返回，则机组将以锅炉跟随方式运行。（2）负荷返回速率的规定当机组的主要辅机跳闸或切除时，最大出力阶跃下降，这对于机组来说是一个较大的冲击，为保证负荷返回过程中机组能安全、稳定地继续运行，所以必须对最大可能出力值的变化速率进行限制。0TTf(x)A送风机A运行∑＜TTA送风机B运行∑f(x)引风机A运行引风机B运行TTA∑f(x)空气预热器A运行空气预热器B运行TTA∑f(x)汽泵A转数2kr/min同时汽泵A出口门开汽泵B转数2kr/min同时汽泵B出口门开TA电泵运行RB目标值（MW）TTA∑f(x)一次风机A运行一次风机B运行＞RB返回速率（MW/min）图13－7负荷返回回路2．负荷快速切断FCB负荷快速切断FCB（又称快速甩负荷）的作用是当机组突然与电网解列（送电负荷跳闸），或发电机、汽轮机跳闸时，快速切断负荷指令，实现机组快速甩负荷。主机跳闸的负荷快速切断通常考虑两种情况：一种是送电负荷跳闸，机组仍维持厂用电运行，即不停机不停炉；另一种是发电机跳闸、汽轮机跳闸，由旁路系统维持锅炉继续运行，即停机不停炉。负荷指令应快速切到0（锅炉仍维持最小负荷运行）。负荷快速切断回路的功能与实现和负荷返回回路相似，只不过减负荷的速率要大得多。3．负荷闭锁增/减BI/BD第二类故障会造成诸如燃料量、空气量、给水流量等运行参数的偏差增大。负荷闭锁增／减指的是，当机组在运行过程中，如果出现下述任一种情况：（1）任一主要辅机已工作在极限状态，比如给风机等工作在最大极限状态；（2）燃料量、空气量、给水流量等任一运行参数与其给定值的偏差已超出规定限值。认为设备工作异常，出现故障。该回路就对实际负荷指令加以限制，即不让机组实际负荷指令朝着超越工作极限或扩大偏差的方向进一步变化，以防止事故的发生，直至偏差回到规定限值内才解除闭锁，这就是所谓的负荷指令闭锁或负荷闭锁。负荷指令闭锁分闭锁增BI（实际负荷指令上升方向被闭锁）和闭锁减BD（实际负荷指令下降方向被闭锁）。引起机组实际负荷指令闭锁的原因主要有：（1）闭锁增BI1）负荷BI：机组实际负荷指令达到运行人员手动设定的最大负荷限制值，或机组输出电功率小于机组实际负荷指令，且二者偏差大于允许值；2）主蒸汽压力BI：汽轮机负荷达到最大值，或在锅炉跟随方式下，机前主蒸汽压力小于给定值，且二者偏差大于允许值；3）燃料BI：燃料指令达到高限（给煤机工作在最大极限状态），或燃料量小于燃料指令，且二者偏差大于允许值；4）给水泵BI：给水泵输出指令达到高限，或给水量小于给水指令，且二者偏差大于允许值；5）送风机BI：送风机输出指令达到高限，或风量小于风量指令，且二者偏差大于允许值；6）引风机BI：引风机输出指令达到高限，或炉膛压力高于给定值，且二者偏差大于允许值；7）一次风机BI：一次风机输出指令达到高限，或一次风压小于给定值，，且二者偏差大于允许值。实际负荷指令为最大负荷限制值BI图13－8负荷闭锁增BI逻辑图输出电功率小于实际负荷指令一定限值汽机负荷达到最大锅炉跟随方式主蒸汽压力小于给定值一定限值燃料指令达到高限燃料量小于燃料指令一定限值给水泵输出指令达到高限给水量小于给水指令一定限值送风机输出指令达到高限送风量小于风量指令一定限值引风机输出指令达到高限炉膛压力高于给定值一定限值一次风机输出指令达到高限一次风压小于给定值一定限值≥1≥1≥1≥1≥1≥1≥1≥1&•4．负荷迫升、迫降RU/RD对于第二类故障，采取负荷闭锁增/减BI/BD措施是机组安全运行的第一道防线。当采用BI/BD措施后，监测的燃料量、空气量、给水流量等运行参数中的任一参数依然偏差增大，这样需采取进一步措施，使负荷实际负荷指令减小／增大，直到偏差回到允许范围内。从而达到缩小故障危害的目的。这就是实际负荷指令的迫升／迫降RU/RD，负荷迫升/迫降是机组安全运行的第二道防线。通常，下列情况之一发生，则产生实际负荷指令迫降RD：1）燃料RD：燃料指令达到高限（给煤机工作在最大极限状态），同时燃料量小于燃料指令的偏差大于允许值；2）给水RD：给水泵输出指令达到高限（给水泵工作在最大极限状态），同时给水量小于给水指令的偏差大于允许值；3）送风机RD：送风机输出指令达到高限（送风机工作在最大极限状态），同时风量小于风量指令，且二者偏差大于允许值；4）引风机RD：引风机输出指令达到高限（引风机工作在最大极限状态），同时炉膛压力高于给定值，且二者偏差大于允许值；5）一次风机RD：一次风机输出指令达到高限（一次风机工作在最大极限状态），同时一次风压小于给定值，且二者偏差大于允许值。调频投入PmaxYADSA手动设定PminBDBIRURB速率RD/RU速率热应力限制手动速率fP0RB目标值＜AA＞T＜TTRDT速率限制回路TRBTRD或RU＜A∑Tf(x)A0%T＞＜图13－9负荷指令处理回路原则性构成功能框图YNNAA100%0%ΣAY第三节机炉主控制器机炉主控制器是由汽轮机主控制器(TM，TurbineMaster)和锅炉主控制器（BM，BoilerMaster）两部分组成。机炉主控制器主要作用是：（1）根据机组运行的条件和要求，选