【文章內(nèi)容簡介】 行人員的勞動強度，確保機組的安全運行。為了達到上述幾方面的功能要求，大型單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)必須完成下列主要任務(wù)：（1）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能協(xié)調(diào)機、爐的控制，在—定的負荷范圍內(nèi)響應(yīng)來自電網(wǎng)調(diào)度的負荷指令或機組運行人員就地設(shè)定的負荷指令，對機組進行負荷控制，并參與電網(wǎng)調(diào)頻，同時保證機組的穩(wěn)定運行，維持運行參數(shù)不超出允許的變化范圍。（2）對某些需要在整個負荷變化范圍內(nèi)進行控制的過程變量，采用全程控制、以盡可能減少運行人員的勞動強度。（3）在機組設(shè)備異常或事故情況下，CCS越過保護、連鎖等邏輯控制回路，確保機組安全地繼續(xù)遠行，或使生產(chǎn)設(shè)備處于安全狀態(tài)而不致造成損害。（4）當機組主要輔機，如送風(fēng)機、引風(fēng)機、磨煤機、給水泵、爐水循環(huán)泵、一次風(fēng)機等發(fā)生故障而不能滿足機組出力要求時，CCS的負荷指令處理回路能產(chǎn)生負荷快速返回信號，使機組實際負荷指令降至機組的最大可能出力值，以確保機組的安全運行。（5）對設(shè)計有足夠容量的汽輪機旁路系統(tǒng)的機組，當汽輪機或電氣故障致使汽輪機快速甩負荷時，鍋爐有必要維持最低的燃燒率繼續(xù)穩(wěn)定運行，使機組帶廠用電遠行或停機不停爐，以便故障消除后能快速帶上負荷。（6）當機組運行參數(shù)，如燃料量、空氣量、給水量等，其實際值與給定位的偏差超出規(guī)定的允許值范圍，或執(zhí)行機構(gòu)位置達到預(yù)先設(shè)定的最大或最小限值時，CCS的負荷指令處理回路能產(chǎn)生負荷增／減閉鎖信號，根據(jù)偏差的方向，對機組實際負荷指令的增加或減小加以閉鎖，以防止物料或能量的不平衡進一步擴大和引發(fā)事故，直至異常消除，偏差回到限位內(nèi)才解除閉鎖。 （7）對于機組設(shè)備工作異常的一類故障，CCS除了采用負荷增／減閉鎖措施外，還應(yīng)進—步采取機組負荷迫升／迫降措施。 （8）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)對機組的一些重要過程變量的信號進行在線監(jiān)控，一旦偏離正常狀態(tài)，就自動采取措施、或切換至冗余部分(即備用設(shè)備)?；?qū)⒖刂葡到y(tǒng)切為手動方式，同的發(fā)出報警信號。 （9）對于重要參數(shù)的測量采用三變送器或雙變選器。（10）重要凹路的執(zhí)行機構(gòu)監(jiān)控具有閥位指今與實際閥位的偏差監(jiān)控、方向閉鎖、超池開／關(guān)、后備直接手操、失電、斷氣或斷信號保護等功能。 （11）為了使機組能穩(wěn)定運行，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)X、f所有控制回路的自動／手動切換均具有無擾切換的功能，即當某控制回路切換到手動方式時。 （12）有比較完備的防運行人員的誤操作連鎖保護措施。 （13）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)還配備有必須的邏輯控制功能，它們能根據(jù)規(guī)定的邏輯條件自動地判斷并執(zhí)行系統(tǒng)的切換、操作、跟蹤、保護、連鎖、閉鎖、監(jiān)控、報警等等功能，如主燃料跳間處理、防爐膛內(nèi)爆控制、風(fēng)／煤交叉連鎖、汽輪機防進水保護等。 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的特點單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在常規(guī)機爐控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。特別是隨著新型自動化儀表系統(tǒng)和設(shè)備的應(yīng)用，使協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)得到不斷的改進與完善。其主要特點包括以下幾個方面：（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進。采用了遞階控制結(jié)構(gòu)，在局部控制級的基礎(chǔ)上引入了機爐協(xié)調(diào)級，把鍋爐，汽輪發(fā)電機組作為一個整體進行控制。機爐協(xié)調(diào)控制器是一個多變量控制器。采用了前饋、反饋、補償以及變結(jié)構(gòu)控制等技術(shù)，充分利用了機爐動態(tài)特性的特點，并充分地利用了機爐動態(tài)特性方面的特點，克服系統(tǒng)內(nèi)部耦合和非線性特性。獲得優(yōu)良的控制品質(zhì)。同時，又保留了控制器結(jié)構(gòu)簡單，易于工程實現(xiàn)和參數(shù)整定，便于操作、維護等優(yōu)點。并能直接接收電網(wǎng)自動調(diào)度系統(tǒng)指令，為實現(xiàn)電網(wǎng)級自動調(diào)度和協(xié)調(diào)控制奠定了基礎(chǔ)。（2）系統(tǒng)功能完善。除了正常工況下的連續(xù)調(diào)節(jié)之外，系統(tǒng)還設(shè)計了一整套邏輯控制系統(tǒng)。包括實際功率給定邏輯，局部故障處理，運行方式切換邏輯，以及顯示報警等，系統(tǒng)可根據(jù)實際需要和設(shè)備狀況，選擇不同的運行方式，比如機跟爐，爐跟機，機爐協(xié)調(diào)方式；定壓運行或滑壓運行方式；固定功率輸出或可調(diào)功率方式。（3）系統(tǒng)可靠性高。通過設(shè)置安全保護系統(tǒng)和采取一系列可靠性措施，可獲得很高的系統(tǒng)可靠性。比如，在主機或輔機設(shè)備故障時，可自動改變控制方式，對實際功率指令的幅值和變化速率進行改變，并通過相應(yīng)的連鎖保護，報警顯示等信息，保證機組在安全范圍內(nèi)運行，并維持最佳工況。 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖22所示。圖中只給出了單元機組鍋爐和汽輪發(fā)電機組最主要的控制系統(tǒng)部分。單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可認為是一種二級遞階控制系統(tǒng)。處于上位級的機爐協(xié)調(diào)級，也叫做單元機組主控系統(tǒng)，是整個系統(tǒng)的核心部分。處于局部控制級的子系統(tǒng)包括鍋爐燃料控制系統(tǒng)、風(fēng)量控制系統(tǒng)、汽輪機功率、頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及直流鍋爐的給水控制系統(tǒng)。單元機組主控系統(tǒng)產(chǎn)生指揮機爐控制器動作的鍋爐指令和汽機指令。局部控制級的控制器執(zhí)行主控系統(tǒng)發(fā)出的指令，完成指定的控制任務(wù)。 單元機組協(xié)調(diào)控制主控系統(tǒng)可分為兩大部分，如圖23所示?！D23 單元機組協(xié)調(diào)控制主控系統(tǒng)其中，負荷指令管理中心的結(jié)構(gòu)圖如圖24所示。在常規(guī)機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)簡化框圖如圖25所示。圖24 負荷指令管理中心的結(jié)構(gòu)圖圖25 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)簡化框圖在圖23中協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是由負荷指令處理回路和機爐主控制回路兩部分組成。負荷指令處理回路接受中央調(diào)度所指令、值班員指令，通過選擇和運算，再根據(jù)機組的主輔機實際的運行情況，發(fā)出負荷指令。機爐主控制回路除接受負荷指令信號外，還接受主蒸汽壓力信號，根據(jù)這兩個信號的偏差，改變汽輪機調(diào)節(jié)閥的開度和鍋爐的燃燒率。在不同的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，負荷指令管理中心的結(jié)構(gòu)和處理方式是不同的，但其基本出發(fā)點是考慮對機組輸出功率要求和機組實際可能出力兩方面因素，而且二者只能取小值。同時又考慮負荷變化速率的限制。還可能存在不明確的因素影響到機組功率的輸出，這些因素可以間接的通過燃燒率偏差等參數(shù)反映出來。最后還要限定其最小和最大負荷的范圍，形成實際負荷指令Nsp（實際輸出功率給定值）。機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)接收負荷指令管理中心給出的實際負荷指令Nsp，按規(guī)定的控制規(guī)律進行運算，發(fā)出鍋爐負荷指令B（燃燒率指令）和汽機負荷指令μ（主蒸汽閥門開度），送給鍋爐和汽機局部控制回路執(zhí)行。從圖23中可以看出，單元機組負荷的給定信號來自兩個方面，機組運行人員“手動負荷給定”和“中調(diào)指令”。中調(diào)指令的介入與退出可由運行人員通過切換器進行選擇。切換器的輸出與手動負荷給定信號經(jīng)加法器疊加后，形成機組的目標負荷指令。目標負荷指令與機組可能出力信號作為小值選擇器的兩個輸入。二者取小值作為機組的負荷指令，送至負荷指令中心的下一部分繼續(xù)進行處理。 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運行方式單元機組的運行方式有定壓運行和滑壓運行兩種。定壓運行是指無論機組負荷怎樣變動，始終維持主蒸汽壓力以及主蒸汽溫度為額定值，通過改變汽輪機調(diào)節(jié)氣門的開度，改變機組的輸出功率。滑壓運行則是始終保持汽輪機調(diào)節(jié)汽門全開，在維持主蒸汽溫度恒定的同時，通過改變主蒸汽壓力改變機組的輸出功率。一、滑壓運行方式采用滑壓運行方式和滑壓參數(shù)啟停是單元機組具有的特點之一。母管制連接的機組只能采用額定蒸汽參數(shù)下的定壓運行方式，單元機組在滑壓運行方式下保持主汽門和調(diào)節(jié)汽門全開。外界負荷變化時，通過調(diào)節(jié)鍋爐的燃料、風(fēng)量、給水以及相應(yīng)的輸入量，改變鍋爐的輸入量，改變鍋爐的蒸發(fā)量，進而改變汽輪機的進氣壓力，在維持氣溫為額定值的前提下，使進入汽輪機蒸汽能量改變，使汽輪發(fā)電機組的輸出功率適應(yīng)外界負荷的需求。由于鍋爐設(shè)備內(nèi)部具有很大的蓄熱能力，熱慣性也很大。當外界負荷需求變化時，雖然變了鍋爐的能量輸入，但直到鍋爐輸出蒸汽能量的變化，還要經(jīng)過滯后時間和慣性過程，這就會使得滑壓運行方式下，機組難以快速地響應(yīng)外界負荷的需求。另外，如果使汽輪機調(diào)節(jié)門總是處于全開位置，當電網(wǎng)頻率波動時，機組就不可能通過調(diào)節(jié)進汽量，參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻。為了彌補滑壓運行存在的上述缺點，采取的辦法是不使汽輪機調(diào)節(jié)汽門處于全開的位置，而是留出一定的調(diào)節(jié)余地。當外界負荷需求變換時，首先通過調(diào)整汽輪機調(diào)節(jié)門的開度，變換進汽量，利用鍋爐內(nèi)部的蓄熱能量，較快地適應(yīng)外界負荷的需求。滑壓運行方式的主要特點：1．汽輪機調(diào)節(jié)汽門保持近似全開將會使進汽節(jié)流損失降低。2．在部分負荷下,主蒸汽和再熱蒸汽的壓力降低,。3．部分負荷下給水泵的功耗比定壓運行時減小。4．調(diào)峰停機后再啟動快，降低了損耗。5．負荷越低，滑壓運行的經(jīng)濟性越好。二、定壓運行定壓運行方式的基本特征是機組負荷在任何穩(wěn)定工況下，均保持主蒸汽壓力和溫度為額定值。定壓運行機組的運行方式鍋爐跟隨、汽機跟隨、機爐協(xié)調(diào)控制方式3種。(1) 汽機跟隨鍋爐方式圖26 汽機跟隨方式當機組負荷發(fā)生變化時，通過鍋爐調(diào)節(jié)器控制燃料量。機前壓力改變后，按機前壓力與給定值的偏差，通過汽機調(diào)節(jié)器改變汽輪機調(diào)節(jié)閥開度，從而改變機組功率。如圖26所示。(2)鍋爐跟隨汽機方式汽機控制手動，汽機調(diào)節(jié)器接受功率給定值與實發(fā)功率反饋信號，根據(jù)它們之間的偏差，調(diào)節(jié)汽門開度，從而改變進汽量，使發(fā)電機輸出功率迅速滿足負荷要求。鍋爐主控制器自動，鍋爐調(diào)節(jié)器接受機前壓力定值的機前壓力反饋信號，根據(jù)偏差，調(diào)整燃料量，從而保證主汽壓力穩(wěn)定。如圖27所示。圖27 鍋爐跟隨方式(3)協(xié)調(diào)控制方式鍋爐和汽機同時接受負荷指令，并按一定的策略去協(xié)調(diào)鍋爐和汽機之間的控制。鍋爐主控制器自動，保證主汽壓，同時接受負荷指令的前饋信號；汽機主控制器自動，保證機組功率。負荷指令作為機組功率設(shè)定值。對于單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的評價，主要根據(jù)以下兩方面進行：其一是能否盡快地響應(yīng)電網(wǎng)對機組的負荷要求；其二是在內(nèi)、外擾作用下，機爐控制回路能否協(xié)調(diào)工作和能否使汽壓偏差和功率偏差盡可能減小。如圖28所示。圖28 協(xié)調(diào)控制方式綜合以上滑壓和定壓兩種運行方式的特點，不難發(fā)現(xiàn)在低負荷時滑壓運行有利，在高負荷時定壓運行具有優(yōu)越性，可有效地利用鍋爐蓄熱，提高對外界負荷需求的響應(yīng)速度。如果根據(jù)機組的不同負荷水平，在低負荷下采用滑壓運行方式，在高負荷下采用定壓運行方式，就構(gòu)成稱為聯(lián)合運行的方式。如圖29所示。圖29 聯(lián)合運行方式特性曲線四、調(diào)頻運行方式電網(wǎng)規(guī)模的擴大和對供電質(zhì)量的更高要求，對大機組參加電網(wǎng)調(diào)頻的要求愈來愈迫切。單元機組參加電網(wǎng)調(diào)頻的方式分為一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。一次調(diào)頻是指汽輪機調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化，自動地改變一部分負荷，以減小電網(wǎng)頻率的波動。汽輪機一次調(diào)頻特性如圖210所示。圖210 汽輪機一次調(diào)頻特性示意圖 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)各部分功能介紹 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括機組主控、鍋爐主控和汽輪機主控，下面作具體介紹。一、機組主控1．負荷信號（1）在協(xié)調(diào)和汽輪機跟隨運行方式時，負荷信號由運行人員在“手動負荷設(shè)定器”上人工設(shè)置。當機組切換到自動發(fā)電控制時，機組接受電網(wǎng)的自動調(diào)度信號。機組上的上述負荷需求信號要受到負荷限值（最大/最小負荷限值及發(fā)生RUN BACK、RUN UP/RUN DOWN等）對負荷需求設(shè)定值的限制，負荷指令的變化亦要受到人工設(shè)定速率或汽輪機熱應(yīng)力的限制。當機組參加電網(wǎng)一次調(diào)頻，還要迭加上頻差部分的負荷指令，這時機組主控輸出為機組負荷需求指令，同時送往鍋爐和汽輪機主控。（2）鍋爐跟隨方式時，機組負荷指令由汽輪機主控器設(shè)置。2．負荷定值控制當機組能力和負荷需求不相適應(yīng)時，應(yīng)根據(jù)機組實際能力對負荷定值做一定限制。（1）與機組負荷相關(guān)的主要運行參數(shù)而引起強迫增（RUN UP）、強迫減（RUN DOWN）；機組負荷超出了主、輔機的安全運行，這種迫降負荷既稱RUN DOWN；當上述各值超出各自運行的下限值時，則要發(fā)生迫升負荷，既RUN UP。（2）輔機故障負荷RUN BACK是指機組的主要輔機發(fā)生故障時，自動將負荷減到和主要輔機負載能力相適應(yīng)的負荷水平。主要輔機故障指：部分風(fēng)機（送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機）故障、給水泵故障、磨煤機故障、鍋水循環(huán)泵故障等。發(fā)生主軸開關(guān)跳閘所引起的大幅度甩負荷，為維持汽輪機電廠用電或空負荷運行而導(dǎo)致的RUN BACK稱FCB。3．機組主控進行操作的內(nèi)容（1）選擇機組運行方式；（2）設(shè)置機組需求負荷；（3）設(shè)置負荷變動率；（4）設(shè)置機組負荷最大/最小值；（5）電網(wǎng)調(diào)度信號的切換；（6）電網(wǎng)頻率信號的切換。二、鍋爐主控 鍋爐定值通過鍋爐主控器設(shè)定，鍋爐主控器可根據(jù)不同的運行方式可以自動或手動。1．當所有依賴鍋爐主控器的控制回路都在自動時，它可以手動；反之，鍋爐控制都在手動時，它不能手操，而只跟蹤燃料量。2．在汽輪機跟隨方式時，鍋爐主控器可以手操也可以自動，由運行員選擇。當在自動時，運行員通過手動負荷設(shè)定器改變負荷定值。3．鍋爐跟隨方式，鍋爐主控器只能自動運行，它的輸入信號是壓力定值與汽輪機閥位開度的乘積所代表的直接能量平衡信號。4．在協(xié)調(diào)控制方式運行時，鍋爐主控器也只能自動運行，它的輸出就是燃料量和風(fēng)量調(diào)節(jié)的定值。三、汽輪機入口壓力定值根據(jù)機組負荷情況，可選擇定壓或滑壓運行，汽輪機入口壓力（或主氣壓力）的定值一般是負荷的函數(shù)，如圖212所示。圖211 主氣壓力定值與負荷指令的關(guān)系曲線四、汽輪機主控當DEH裝置在遠方控制方式時，汽輪機主控才能通過DEH起調(diào)節(jié)作用。1．當選擇協(xié)調(diào)運行方式時，電功率（需求負荷）為設(shè)定值，實測電功率和需求負荷相比較，其偏差經(jīng)汽壓偏差修正，然后經(jīng)PI處理去改變汽輪機調(diào)節(jié)汽門開度，達到消除功率偏差的目的。2．當選擇了汽輪機跟隨方式，汽輪機進汽壓力在設(shè)定值，實測進汽壓力與設(shè)定值相比較，其偏差經(jīng)汽輪機壓力控制器去改變汽輪機調(diào)節(jié)汽門開度，達到消除壓力偏差的目的。3．當選擇了鍋爐跟隨和手動方式時，運行員直接在汽輪機主控器上操作來增加負荷，得到所需要的電功率。汽輪機調(diào)節(jié)汽門需求位置與實際開度的偏差送到DEH系統(tǒng)去修正閥位，最后達到平衡。第三章