單元機組的控制及調(diào)節(jié)

單元機組的控制與調(diào)節(jié)鍋爐發(fā)電機DCS電網(wǎng)燃料水空氣汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件第一節(jié)單元機組的負荷控制一、單元機組負荷控制的特點機組熱控技術已達到了一個嶄新的水平——隨著機組參數(shù)和容量的提高——隨著計算機的采用和控制儀表的進步以DCS為手段的自動控制系統(tǒng)有效地實現(xiàn)機組安全經(jīng)濟運行擔負著：主、輔機參數(shù)控制、回路調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖保護、順序控制、參數(shù)顯示、異常報警、性能計算、趨勢記錄、報表輸出等功能?！且粋€功能齊全的綜合體系汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件單元機組負荷控制系統(tǒng)有27種功能，如圖：（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）（2）模擬量控制系統(tǒng)（CCS）（3）爐膛安全保護系統(tǒng)（FSSS）（4）汽輪機控制系統(tǒng)（DEH）（5）汽輪機監(jiān)測儀表（TSI）（6）汽輪機旁路控制系統(tǒng)（BPCS）（7）發(fā)電機氫水油監(jiān)測系統(tǒng)（8）輔機順序控制系統(tǒng)（SCS）（9）給水泵小汽輪機控制系統(tǒng)（MEH）主要功能有：汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件功能構成示意圖大型機組控制系統(tǒng)-功能構成示意圖2023/2/24遼電大連培訓中心主要功能可以概括為……自動檢測自動保護順序控制連續(xù)控制管理和信息處理汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件二、單元機組負荷控制的主要系統(tǒng)這些系統(tǒng)用以實現(xiàn)機組負荷控制的功能包括：計算機監(jiān)視（數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)機爐協(xié)調(diào)主控制系統(tǒng)鍋爐自動控制系統(tǒng)汽輪機自動控制系統(tǒng)發(fā)電機和電氣控制系統(tǒng)旁路控制系統(tǒng)輔助設備及支持系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)就地控制系統(tǒng)——為一系列的自動化系統(tǒng)汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件1、計算機監(jiān)視系統(tǒng)包括：廠級監(jiān)視用計算機及分散控制系統(tǒng)的數(shù)字采集系統(tǒng)作用：對鍋爐、汽輪機、發(fā)電機及電氣系統(tǒng)生產(chǎn)過程參數(shù)一和設備運行狀態(tài)進行監(jiān)視主要功能：數(shù)字采集處理、越限報警、屏幕顯示、性能計一算、操作指導、打印制表、事故追憶打印和事一件順序記錄和歷史數(shù)據(jù)存儲等特點：1）增強了各儀表控制系統(tǒng)之間的聯(lián)系2）取代了大部分常規(guī)儀表3）提高了對機組的監(jiān)視能力4）存貯了大量的歷史數(shù)據(jù)5）增強了數(shù)據(jù)處理能力汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件2、機爐協(xié)調(diào)主控制系統(tǒng)兩個功能：調(diào)節(jié)功能邏輯判斷功能（異常時聯(lián)鎖保護動作）作用：根據(jù)負荷調(diào)度命令和電力系統(tǒng)頻率，在一單元機組所能承擔負荷的情況下，對汽一輪機自動控制系統(tǒng)和鍋爐自動控制發(fā)出一指揮和控制指令另：按負荷需求和機組運行狀態(tài)采用不同的一運行方式汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件3、鍋爐自動控制系統(tǒng)包括：1）鍋爐的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)（或稱鍋爐主控制器）——給水調(diào)節(jié)；燃料量調(diào)節(jié)；送風量調(diào)節(jié)；爐膛負壓調(diào)節(jié)；過熱汽溫和再熱汽溫調(diào)節(jié)；——為單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成部分2）爐膛安全保護監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）——又稱：“鍋爐燃燒器管理系統(tǒng)”——包括燃燒器管理和安全保護兩大部分——主要功能包括鍋爐運行安全功能、操一作功能、和火焰檢測汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件4、汽輪機自動控制系統(tǒng)汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)（調(diào)速系統(tǒng)，對轉(zhuǎn)速和負荷連續(xù)調(diào)控）汽輪機保護系統(tǒng)（保護動作時自動關閉主汽門，停機）超速保護低真空保護其執(zhí)行機構是自動主汽門汽輪機監(jiān)視系統(tǒng)（固有保護裝置之外的安全監(jiān)視、保護）包括：汽輪機轉(zhuǎn)速；軸向位移；相對膨脹；軸承振動；轉(zhuǎn)子撓度；推力軸瓦和支持軸瓦溫度；汽輪機自啟停控制系統(tǒng)（保證機組安全短時啟、停）——控制熱應力、延長機組壽命、實現(xiàn)壽命管理汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件5、發(fā)電機和電氣控制系統(tǒng)圖（1）發(fā)電機組自動控制系統(tǒng)——勵磁系統(tǒng)控制發(fā)電機電壓和無功功率——調(diào)速系統(tǒng)控制發(fā)電機轉(zhuǎn)速和有功功率——自動同期并列裝置和斷路器控制同期并列——自控系統(tǒng)控制經(jīng)濟運行組合和分配（2）廠用電控制系統(tǒng)——確保廠用電不致中斷——廠用電包括備用電源和緊急直流電源——設有備用電源自動投入裝置、蓄電池、UPS汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件6、輔助設備及各支持系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)——火電廠輔助系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)大多屬于順序控制系統(tǒng)作用：保證這些系統(tǒng)的安全運行包括：——輸煤控制系統(tǒng)；——鍋爐吹灰控制系統(tǒng)；——鍋爐補給水處理控制系統(tǒng)；——給水啟停控制；——風機啟?？刂?；——鍋爐啟停系統(tǒng)控制；——煤粉制備系統(tǒng)控制；汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件火電廠電氣自動控制：汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件三、汽輪發(fā)電機組負荷的調(diào)節(jié)（一）有功負荷與頻率調(diào)節(jié)概述通過控制發(fā)電機有功出力來跟蹤電力系統(tǒng)負荷變化，從而維持頻率等于額定值，同時滿足互聯(lián)電力系統(tǒng)之間按計劃要求交換功率通常稱為：電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制或：電力系統(tǒng)負荷與頻率控制汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件有功功率和頻率自動控制主要任務：一次調(diào)頻——使系統(tǒng)的總發(fā)電出力滿足系統(tǒng)一總負荷的要求——主要由汽輪機的調(diào)速控制實現(xiàn)二次調(diào)頻——使電力系統(tǒng)運行頻率與額定頻一率之間的誤差趨于零——由調(diào)節(jié)發(fā)電機的頻率特性實現(xiàn)合理分配發(fā)電出力——在電力系統(tǒng)各成員之一間使聯(lián)絡線交換的功率滿一足預先商定的計劃值——以此保證運行水平和各方利益汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件另外：有功功率和頻率的調(diào)節(jié)控制還涉及：——機組調(diào)速器的結構和工作原理；——調(diào)速系統(tǒng)的工作特性；——電力系統(tǒng)負荷的頻率特性；——電力系統(tǒng)的調(diào)頻方法；有功功率和頻率的調(diào)節(jié)控制還與電力系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度控制（電力系統(tǒng)運行方式）密切相關汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件（二）單元機組的有功功率控制電力系統(tǒng)綜合負荷（1）隨機分量（2）脈動分量（3）持續(xù)分量時間負荷PLPL3PL2PL11、電力系統(tǒng)的有功功率平衡——系統(tǒng)負荷功率變化是隨機的PL1——是持續(xù)負荷分量，變化緩慢、幅一度大，取決于生產(chǎn)和生活規(guī)律PL3——是隨機負荷分量，變化快、幅一度很小，引起頻率偏移很小，可一有一次調(diào)頻來調(diào)節(jié)PL2——是脈動負荷分量，變化幅度大，一引起的頻率偏移較大，須通過二一次調(diào)頻來調(diào)節(jié)——調(diào)節(jié)的機組功率與PL2、PL3一

之和相平衡的——須有足夠的“熱備用”汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件2、電力系統(tǒng)頻率特性與頻率變化基本無關的負荷，如：照明、電熱、整流與頻率成正比的負荷，如：機床、球磨機、往復水泵——負荷特點是阻力矩為常數(shù)與頻率2次方成正比的負荷，如：鐵心渦流；份額小與頻率3次方成正比的負荷，如：泵與風機與頻率更高次方成正比的負荷，如：特殊泵將上述各類負荷綜合，可得有功功率與頻率的關系為：其相對值：汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件3、發(fā)電機組的功率調(diào)節(jié)控制特性——負荷變化與轉(zhuǎn)速變化之間的關系總框圖：ΔPD－ΔPG+Δω發(fā)電機及負荷原動機調(diào)速器ΔPR+－傳遞函數(shù)汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件（1）發(fā)電機組特性轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn)速ω0運行時：輸入的機械轉(zhuǎn)矩TG

=輸出的電磁轉(zhuǎn)矩Te輸入功率PG（=ω0TG）

=輸出功率Pe（

=

ω0

Te）有擾動時，加速轉(zhuǎn)矩、角速度偏移和相位的關系為：轉(zhuǎn)動慣量Δω=ω-ω0若轉(zhuǎn)速變化不大，可以近似地認為：則：汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件發(fā)電機特性框圖：其中：——衡量負荷調(diào)節(jié)效應的大小為負荷的頻率調(diào)節(jié)系數(shù)ΔPGΔPD+-Δω-ΔPGΔPD+-Δω即：汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件（2）發(fā)電機組的調(diào)速特性轉(zhuǎn)速測量（離心飛錘）錯油門油動機同步器蒸汽壓力油——由調(diào)速器實現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)速（頻率）的調(diào)整如圖：為一液壓調(diào)速器，包括測量、放大、執(zhí)行和整一定環(huán)節(jié)其調(diào)節(jié)原理為：……為“有差調(diào)節(jié)”反饋系數(shù)為：模型框圖為：Δω-ΔP-即：ΔωΔP汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件（3）發(fā)電機組的靜態(tài)調(diào)節(jié)特性PGaPGbabfPGΔPGΔff0fafb——發(fā)電機輸出功率和頻率的靜態(tài)關系如圖：可用調(diào)差系數(shù)（調(diào)差率）表示其傾斜程度。其定義為：又或相對值調(diào)差率：表示機組負荷變化時相應一的頻率（轉(zhuǎn)速）偏差。其倒數(shù)：其相對值：汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件（4）電氣液壓調(diào)速器即：“電調(diào)”，如下圖：為一功頻電液調(diào)速器，有三部分組成：若設置汽壓給定和真空給定，可改善調(diào)節(jié)性能2023/2/224遼電大連培訓中心調(diào)差特性的實現(xiàn)：——有多種不同的方法可將油動機行程經(jīng)位移傳感器反饋到頻率偏差的輸入端或用功率變送器的輸出信號作為調(diào)差反饋環(huán)節(jié)的輸入信號，如圖：大功率機組必須采用直接功率反饋控制——因為蒸汽壓力對機組處理的影響很大2023/2/225遼電大連培訓中心（5）調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū)也稱：“遲緩率”如圖：存在一個“失靈區(qū)”，其寬度為“Δfw”，可用ε表示：即：稱之為調(diào)節(jié)器的“遲緩率”與調(diào)差率（速度變動率）的關系為：注意：1）δ*不能取得太小，否一則功率分配誤差大2）失靈區(qū)太小對機組不一利，應適當汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件（6）原動機的特性汽容量影響：由于調(diào)節(jié)閥門與第一級噴嘴之間存在一定的空間，當閥門開度變動時，進汽兩的變化不能促使汽壓立即改變，形成機械功率滯后于閥門開度變化的現(xiàn)象。——機組容量越大，汽容影響越大。——可用一個慣性環(huán)節(jié)來表示——其時間常數(shù)為TCH，一般為0.2~0.3s——再熱式汽輪機還要考慮再熱段一的充汽時延汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件（三）電力系統(tǒng)頻率控制1、頻率的一次調(diào)整：——當電力系統(tǒng)負荷變化引起系統(tǒng)頻率變化時，系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運行機組的調(diào)速器會根據(jù)電力系統(tǒng)頻率變化自動調(diào)節(jié)進入它所控制的原動機的動力元素，，改變輸入原動機的功率，使系統(tǒng)頻率維持在某一值運行，一次調(diào)頻：電力系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運行機組的調(diào)速器在沒一有手動和自動調(diào)節(jié)裝置參與調(diào)節(jié)的情況一下，自動調(diào)節(jié)原動機的輸入功率與系統(tǒng)一負荷功率變化相互平衡來維持電力系統(tǒng)一頻率的一種調(diào)節(jié)即：圖中由A點到D點再到C點的過程……汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓課件一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)過程：PG（f）為電力系統(tǒng)等效發(fā)電機組靜態(tài)調(diào)節(jié)特性曲線PL（f）為電力系統(tǒng)負荷的靜態(tài)頻率特性曲線——兩條曲線的交點即為系統(tǒng)的運行點PT為原動機輸入功率若：PTA=PGA=PLA，則系統(tǒng)穩(wěn)定

A點運行若電力系統(tǒng)負荷突然增加ΔPL，則開始頻率不變，機組將轉(zhuǎn)子中儲存的一部分動能轉(zhuǎn)換成電能；達到

A點。同時轉(zhuǎn)速下降，又到

C點。圖若沒有調(diào)速器調(diào)節(jié)，負荷增加完全由負荷頻率特性調(diào)節(jié)，則系統(tǒng)穩(wěn)定在B

點運行。汽