汽轮机协调控制系统讲解
一、采用协调控制系统的必要性
大功率都采用中间再热和单元制,其控制方式和母管制机组相比有很大区别。从电网角度看,现代单元制机组作为一整体满足电网负荷要求。这种要求一般有三种方式:电网调度的负荷分配指令、机组值班员指令、电网频率要求指令。无论哪种指令改变,都要求机组迅速进行调整,改变出力,适应负荷要求。采用中间再热的单元制机组,庞大的中间再热容积使得汽轮机中低压缸功率滞后,加上锅炉的热惯性大,使得汽轮发电机组的一次调频能力降低。
从运行的角度讲,机组对负荷要求的快速响应能力必须建立在不能危及机组本身运行稳定性的基础上。如果机组自身尚处于不稳定状态,负荷适应能力则无从谈起。机组的不稳定性是由于汽轮机与锅炉的动态特性的差异引起的。锅炉的热惯性大,动态响应速度慢,而汽轮机将热能转变为机械能迅速得多。这种差异使得当外界负荷发生变化时,机前压力迅速降低,破坏机组运行的稳定性。机前压力的波动也和锅炉的蓄热能力有关,锅炉的蓄热能力越大,机前压力波动越小。
为了保证机炉的配合动作,各自发挥其优势,共同满足负荷要求,并保证机炉间的相互兼顾,汽压稳定,应设置协调控制系统。
二、协调控制系统的主要任务及组成部分
协调控制系统的主要任务
(1)根据机炉具体运行状态及控制要求,选择协调控制的方式和恰当的外部负荷指令。
(2)对外部负荷指令进行恰当处理,使之与机炉的动态特性及负荷变化能力相适应,对机炉发出负荷指令。
(3)根据不同的负荷指令,锅炉确定相应的风、水、煤量,汽轮机确定相应的高、中压调节阀开度。
协调控制系统的组成部分
协调控制系统主要有二大部分构成:第一部分是协调控制主控制系统,包括负荷指令处理器和机炉主控制器;第二大部分是机、炉独立控制系统,即:锅炉燃烧率控制系统、锅炉风量控制系统、锅炉给水控制系统、汽轮机阀位控制系统。
三、协调控制系统中负荷指令处理器的作用及组成部分
负荷指令处理器由负荷指令信号运算、机组可能最大出力计算、机组实际出力计算、三部分组成。
负荷指令处理器作用是:
(1)根据机组的运行状态,选择不同的外部负荷指令信号。
(2)根据本机组辅机发生故障的运行状态、运行台数以及燃烧率偏差信号计算出机组最大允许出力。
(3)根据机组金属部件热应力状况计算出达到目标负荷所需要的负荷变化和起始变化幅度。
(4)迫降功能。在运行中,当机、炉部分辅机发生故障时,其最大允许负荷将发生阶跃变化,由于100%降致50%或某一指定值在甩负荷过程中,还根据不同设备的故障类型规定适当的甩负荷速度。
(5)负荷限制功能。当机组运行过程中,达到负荷限制条件时,对机组负荷加以限制。
四、机、炉协调控制的过程
在机炉协调控制的方式中,锅炉与汽轮机控制装置同时接受功率与压力偏差信号。在稳定工况下,机组的实发功率等于给定功率,主汽压力等于给定压力,其偏差均为零。当外界要求机组增加出力时,使给定功率信号(出力指令)加大,出现正的偏差信号,这一信号一方面加到汽轮机主控制器上,会导致汽轮机调速门开大,增加汽轮机出力;另一方面加到锅炉主控制器上,会导致燃料量增加,提高锅炉蒸汽量。汽轮机调速门的开大会立即引起主汽压力下降,这时锅炉虽已增加了燃料,但锅炉汽压的变化有一定的延迟,因而此时会出现正的压力偏差信号(实际汽压低于给定汽压)。压力偏差信号按正方向加在锅炉主控制器上,促使燃料控制阀开得更大;压力偏差信号按负方向作用在汽轮机主控制器上,使调速汽门向关小的方向动作,使得汽压恢复正常。正的功率偏差使调速汽门开大,而开大的结果导致产生正的压力偏差,又使调速汽门关小,因此,这两个偏差对调速汽门作用的结果使调速汽门在开大到一定的程度后停在某一位置上。同时调速汽门在功率偏差和主汽压力恢复的作用下,提高机组负荷,使功率偏差也缩小,最后功率偏差与压力偏差均趋于零,机组在新的负荷下达到新的稳定状态。