CN103595041A - 一种电厂机组快速减负荷的监测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种电厂机组快速减负荷的监测装置，其特点：包括发电机组的DCS与监控计算机USB接口电连接；在发电机组高压旁路出口设置的热电偶与测温电阻电连接，测温电阻与数据采集器电连接，发电机组电连接的压力变送器、差压变送器与测压电阻电连接，测压电阻与数据采集器电连接，数据采集器与电连接锅炉汽包上安装的热电偶与测温电阻电连接，测温电阻与数据采集器电连接，数据采集器与计算机USB接口电连接；发电机组的厂级监控系统计算机与FCB历史数据计算机电连接，FCB历史数据计算机与FCB监控计算机通过FCB监控计算机的网络接口电连接，并提供其方法。能够保证FCB过程安全可靠，增强了抵御风险的能力，使电网安全稳定运行。其方法科学、合理、有效。

Description

一种电厂机组快速减负荷的监测装置及其方法

技术领域

本发明涉及测量领域，是一种电厂机组快速减负荷的监测装置及其方法。 

背景技术

机组快速减负荷，亦即FCB，Fast Cut Back，其缩写为FCB，是指机组在高于某一负荷定值运行时，因内部或外部电网故障与电网解列，瞬间甩掉全部对外供电负荷，但未发生锅炉MFT的情况下，用以维持发电机解列带厂用电或停机不停炉的自动控制功能。 

一些发达国家和地区，包括美国和加拿大、俄罗斯的莫斯科、英国伦敦、欧洲西部的意大利，法国和德国等相继发生了电网故障并导致大面积停电的严重事故，使得社会生活和经济等各方面遭受巨大损失。在我国，也发生了南网因冰冻的大面积停电事故。事实上，在现代社会里，电力已渗透到社会生产和生活的各个方面，一旦发生电力系统局部或大范围停电故障，造成的直接和间接后果极其严重。因此，世界各国近来都在认真吸取大面积停电事故的教训，加强了对电力系统可靠性的关注，制定了万一发生大停电事故的应对措施。 

对于以煤电为主，没有水电支撑的区域或城市电网，万一发生系统崩溃，由于煤电机组的再启动需要相当的厂用电，且恢复时间长，故对社会的影响更为严重。作为应对，国内各大电网都把在发生大面积停电的情况下，如何迅速恢复作为重要的研究课题。因此，发电厂FCB方案都成为各方关注的重点。具有FCB能力的机组，能够在电网故障的情况下不停机，立即转为只带厂用电的孤岛运行方式。特别是大型火电机组，若具备FCB能力，万一电网崩溃，能在电网故障消除后迅速恢复向外供电，除对社会重要用户供电外，还能向系统内其他火电机组提供启动用电，使其“星星之火”迅速燎原。 

FCB工况是火力发电机组最严峻的一种动态过渡运行工况，它要求机组各设备和系统具有良好的健康状况，且调节响应灵敏，动作正确，控制稳定、灵活，保护设定合理准确，联合动作过程协调，才能确保机组安全稳定地过度。FCB功能试验的成功，意味着机组具有优异的安全技术性能指标，这对电网安全稳定运行和提高抵御风险的能力将起到非常关键和重要的作用。 

本专利申请主要是基于电厂的数据采集装置及集散控制系统，即DCS或厂级监控系统，即SIS系统有效监控FCB过程，从而帮助运行人员有效处理好FCB的过程，保证FCB的顺利实现。 

发明内容

本发明的构思基础是： 

1.由于FCB一般都是发生突然，当机组在高负荷或满负荷情况下与电网解列，汽机调节系统能否在超速保护之前，将机组转速控制在额定转速附近，和带厂用电运行，这对机组本身来说，是保障本身设备安全，防止汽轮发电机超速的重要条件；而对电网来说，机组非正常解列后，若能维持额定转速，则能尽快重新并网带负荷，这对系统的恢复，电网的安全有着不可低估的意义。 

2.由于FCB一般都是发生突然，所以监控非常困难，现在一般都是根据之前的实验，而且实验成本高，对机组的损害也非常大；FCB的过程非常快，一旦开始FCB各个系统都处在极限状态，各个参数变化非常快，仅仅靠人工监控，往往非常困难。 

3.本发明申请要将FCB实验数据和同型号的机组FCB实验数据录入处理后录入到FCB历史数据计算机，并通过程序拟合出FCB过程曲线，以供监测时使用。 

4.FCB监测除了主要参数监测外，重点是要监测并设定报警的的数据是：汽轮机转速、锅炉燃烧控制、锅炉汽包水位、旁路开启、锅炉压力控制阀PCV。 

5.FCB发生突然，过程迅速，基本过程类似，可以应用数学方法处理后，对比分析。 

本发明所要解决的技术问题在于，在于基于发电机组运行中常规的温度、压力及流量测点，结合计算机程序计算，提供一种电厂机组快速减负荷的监测装置，从而保证FCB过程安全可靠。并提供其方法。 

本发明采用的技术方案是：一种电厂机组快速减负荷的监测装置，其特殊之处在于： 

一种电厂机组快速减负荷的监测装置，其特殊之处在于：它包括发电机组的DCS与监控计算机USB接口电连接；安装在发电机组高压旁路出口的热电偶与测温电阻电连接，测温电阻与数据采集器电连接，发电机组电连接的压力变送器、差压变送器与测压电阻电连接，测压电阻与数据采集器电连接，数据采集器与电连接锅炉汽包上安装的热电偶与测温电阻电连接，测温电阻与数据采集器电连接，数据采集器与计算机USB接口电连接；发电机组的厂级监控系统计算机与FCB历史数据计算机电连接，FCB历史数据计算机与FCB监控计算机通过FCB监控计算机的网络接口RJ45电连接。 

一种电厂机组快速减负荷的监测方法，其特殊之处在于，它包括以下内容： 

1）电厂机组快速减负荷的监测装置的设置：电厂机组快速减负荷的监测装置包括发电机组的DCS与监控计算机USB接口电连接；安装在发电机组高压旁路出口的热电偶与测 温电阻电连接，测温电阻与数据采集器电连接，发电机组电连接的压力变送器、差压变送器与测压电阻电连接，测压电阻与数据采集器电连接，数据采集器与电连接锅炉汽包上安装的热电偶与测温电阻电连接，测温电阻与数据采集器电连接，数据采集器与计算机USB接口电连接；发电机组的厂级监控系统计算机与FCB历史数据计算机电连接，FCB历史数据计算机与FCB监控计算机通过FCB监控计算机的网络接口RJ45电连接； 

2）数据采集环节：将正在运行的发电机组参数实时采集进入FCB监控计算机，具体存储量见表1FCB状态判定所需数据； 

表1FCB状态判定所需数据 

序号	项目	时间(日、时、分、秒)	数值
				1	发电机负荷
2	汽轮机转速
				3	发电机电压
4	发电机无功
				5	主蒸汽压力
6	再热蒸汽压力
				7	主蒸汽温度
8	再热蒸汽温度
				9	凝汽器真空
10	主蒸汽流量
				11	锅炉汽包水位
12	炉膛压力
				13	锅炉总风量
14	锅炉指令
				15	凝汽器水位
16	除氧器水箱水位
				17	高压旁路出口温度
18	汽轮机高压缸排气温度
				19	汽轮机低压缸排气温度
20	高旁减温水压力

[0021] 

21	低旁减温水压力
				22	给水流量

3)发电机组基本数据录入:对监控系统初始化，录入发电机组发电机、汽轮机和锅炉的主要设计参数，具体数据见表2-4FCB机组基本参数表； 

表2FCB机组基本参数表—发电机 

表4FCB机组基本参数表—锅炉 

4）FCB历史数据提取：在FCB历史数据计算机中存储该机组历次FCB数据或相同型号的其它机组的FCB历史数据，具体存储量见表5FCB历史数据； 

表5FCB历史数据表 

序号	项目	时间(日、时、分、秒)	数值	上限值	下限值
						1	发电机负荷
2	汽轮机转速
						3	发电机电压
4	发电机无功
						5	主蒸汽压力
6	再热蒸汽压力
						7	主蒸汽温度
8	再热蒸汽温度
						9	凝汽器真空
10	主蒸汽流量
						11	锅炉汽包水位
12	炉膛压力
						13	锅炉总风量
14	锅炉指令
						15	凝汽器水位
16	除氧器水箱水位
						17	高压旁路出口温度
18	汽轮机高压缸排气温度
						19	汽轮机低压缸排气温度
20	高旁减温水压力
						21	低旁减温水压力

[0033] 

22

给水流量

5）数据整理、清洗、限值设定：对2）-4）步骤提取的各种数据，进行整理，并根据发电机组运行状态的负荷，主汽温度，压力，再热蒸汽温度，压力对数据进行修正，清洗，去掉坏数据，保证数据有效；并对各个参数设定上下限值。 

6）提取数据：根据发电机组运行状态，当发电机组启动FCB，立即实时采集机组数据，并存储到表1FCB状态判定所需数据； 

7）监测与判定：根据历史数据，监控数据，上下限值，判定原则，对机组FCB进行监测，对FCB过程超过安全值，或有超过安全值数据及时报警。 

由于本发明的一种电厂机组快速减负荷的监测装置是基于发电机组运行中常规的温度、压力及流量测点等因素，结合计算机程序计算而实现的，能够保证FCB过程安全可靠，增强了抵御风险的能力，使电网安全稳定运行。其方法科学、合理、有效。 

附图说明

图1为一种电厂机组快速减负荷的监测装置的结构框图。 

图2为100％额定负荷下FCB试验时各主要参数变化曲线图。 

具体实施方式

下面利用附图所示的实施例对本发明作进一步说明。 

参照图1，以某300MW机组为例，本发明的一种电厂机组快速减负荷的监测装置，包括发电机组的DCS与监控计算机USB接口电连接；安装在发电机组高压旁路出口的热电偶与测温电阻电连接，测温电阻与数据采集器电连接，发电机组电连接的压力变送器、差压变送器与测压电阻电连接，测压电阻与数据采集器电连接，数据采集器与电连接锅炉汽包上安装的热电偶与测温电阻电连接，测温电阻与数据采集器电连接，数据采集器与计算机USB接口电连接；发电机组的厂级监控系统计算机与FCB历史数据计算机电连接，FCB历史数据计算机与FCB监控计算机通过FCB监控计算机的网络接口RJ45电连接。计算机13的USB接口与数据处理软件连接，数据处理软件与报警软件连接，报警软件与显示器连接。数据处理软件和报警软件依据自动控制技术和计算机数据处理技术编制，是本领域技术人员所熟悉的技术。 

其中：数据采集器、计算机均为市售产品。数据采集器采用IMP3595数据采集系统；压力变送器7采用3051Rosemount； 

本发明的一种电厂机组快速减负荷的监测方法包括以下内容： 

1）电厂机组快速减负荷的监测装置的设置：电厂机组快速减负荷的监测装置包括发 电机组的DCS与监控计算机USB接口电连接；安装在发电机组高压旁路出口的热电偶与测温电阻电连接，测温电阻与数据采集器电连接，发电机组电连接的压力变送器、差压变送器与测压电阻电连接，测压电阻与数据采集器电连接，数据采集器与电连接锅炉汽包上安装的热电偶与测温电阻电连接，测温电阻与数据采集器电连接，数据采集器与计算机USB接口电连接；发电机组的厂级监控系统计算机与FCB历史数据计算机电连接，FCB历史数据计算机与FCB监控计算机通过FCB监控计算机的网络接口RJ45电连接； 

2）数据采集环节：将正在运行的发电机组参数实时采集进入FCB监控计算机，具体存储量见表1FCB状态判定所需数据； 

表1FCB状态判定所需数据 

序号	项目	时间(日、时、分、秒)	数值
				1	发电机负荷
2	汽轮机转速
				3	发电机电压
4	发电机无功
				5	主蒸汽压力
6	再热蒸汽压力
				7	主蒸汽温度
8	再热蒸汽温度
				9	凝汽器真空
10	主蒸汽流量
				11	锅炉汽包水位
12	炉膛压力
				13	锅炉总风量
14	锅炉指令
				15	凝汽器水位
16	除氧器水箱水位
				17	高压旁路出口温度
18	汽轮机高压缸排气温度
				19	汽轮机低压缸排气温度

[0048] 

20	高旁减温水压力
				21	低旁减温水压力
22	给水流量

3）发电机组基本数据录入：对监控系统初始化，录入发电机组发电机、汽轮机和锅炉的主要设计参数，具体数据见表2-4FCB机组基本参数表。 

表2基本参数表-发电机 

表3基本参数表-汽轮机 

表4基本参数表—锅炉 

4）FCB历史数据提取：在FCB历史数据计算机中存储该机组历次FCB数据或相同型号的其它机组的FCB历史数据，具体存储量见表5FCB历史数据； 

表5FCB历史数据表 

序号	项目	时间（日、时、分、秒）	数值	上限值	下限值
						1	发电机负荷
2	汽轮机转速
						3	发电机电压
4	发电机无功
						5	主蒸汽压力
6	再热蒸汽压力
						7	主蒸汽温度
8	再热蒸汽温度
						9	凝汽器真空
10	主蒸汽流量
						11	锅炉汽包水位
12	炉膛压力
						13	锅炉总风量
14	锅炉指令
						15	凝汽器水位
16	除氧器水箱水位
						17	高压旁路出口温度
18	汽轮机高压缸排气温度
						19	汽轮机低压缸排气温度
20	高旁减温水压力

[0062] 

21	低旁减温水压力
						22	给水流量

6）数据整理、清洗、限值设定：对以上方式提取的各种数据，进行整理，并根据发电机组运行状态的负荷，主汽温度，压力，再热蒸汽温度，压力对数据进行修正，清洗，去掉坏数据，保证数据有效；并对各个参数设定上下限值。具体方法是； 

（1）判定FCB种类，FCB可以分为以下3类，对于历史数据首先判定根据数据判定是那种FCB；停网不停电：当发电机发生外部故障，如低频、失步等时，汽轮机不跳闸，带厂用电负荷继续运行；停电不停机：当发电机发生某些故障，如过电压时，发电机跳闸，但汽轮机不跳闸；停机不停炉：当发电机变压器组内部故障联跳汽轮机或汽轮机故障跳闸时，锅炉保持稳定燃烧； 

（2）根据在什么负荷百分比发生FCB进一步分类数据； 

（3）以机组与电网解列为时间原点； 

（4）根据数据拟合各个参数在FCB过程变化曲线； 

（5）对于严重偏离拟合曲线的数据进行核对，考虑丢弃； 

（6）根据机组设计参数，拟合曲线，综合考虑设定上下限值。 

如图2所示的100％额定负荷下FCB试验时各主要参数变化曲线结果来提取发电机组运行状态，当机组启动FCB，立即实时采集机组数据，并存储到表1FCB状态判定所需数据； 

7）监测与判定：根据历史数据，监控数据，上下限值，判定原则，对机组FCB进行监测，对FCB过程超过安全值，或有超过安全值数据及时报警。 

Claims (2)

1.一种电厂机组快速减负荷的监测装置，其特征在于：它包括发电机组的DCS与监控计算机USB接口电连接；安装在发电机组高压旁路出口的热电偶与测温电阻电连接，测温电阻与数据采集器电连接，发电机组电连接的压力变送器、差压变送器与测压电阻电连接，测压电阻与数据采集器电连接，数据采集器与电连接锅炉汽包上安装的热电偶与测温电阻电连接，测温电阻与数据采集器电连接，数据采集器与计算机USB接口电连接；发电机组的厂级监控系统计算机与FCB历史数据计算机电连接，FCB历史数据计算机与FCB监控计算机通过FCB监控计算机的网络接口RJ45电连接。

2.一种电厂机组快速减负荷的监测方法，其特征在于，它包括以下内容：

1）电厂机组快速减负荷的监测装置的设置：电厂机组快速减负荷的监测装置包括发电机组的DCS与监控计算机USB接口电连接；安装在发电机组高压旁路出口的热电偶与测温电阻电连接，测温电阻与数据采集器电连接，发电机组电连接的压力变送器、差压变送器与测压电阻电连接，测压电阻与数据采集器电连接，数据采集器与电连接锅炉汽包上安装的热电偶与测温电阻电连接，测温电阻与数据采集器电连接，数据采集器与计算机USB接口电连接；发电机组的厂级监控系统计算机与FCB历史数据计算机电连接，FCB历史数据计算机与FCB监控计算机通过FCB监控计算机的网络接口RJ45电连接；

2）数据采集环节：将正在运行的发电机组参数实时采集进入FCB监控计算机，FCB状态判定所需数据有：发电机负荷、汽轮机转速、发电机电压、发电机无功、主蒸汽压力、再热蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、凝汽器真空、主蒸汽流量、锅炉汽包水位、炉膛压力、锅炉总风量、锅炉指令、凝汽器水位、除氧器水箱水位、高压旁路出口温度、汽轮机高压缸排气温度、汽轮机低压缸排气温度、高旁减温水压力、低旁减温水压力、给水流量；

3)发电机组基本数据录入:对监控系统初始化，录入FCB发电机组的发电机、汽轮机和锅炉的主要设计参数，发电机的基本参数有：视在功率，额定功率，定子额定电压，定子额定电流，相数，频率，功率因数，额定励磁电压，额定励磁电流，空载励磁电压，空载励磁电流，额定转速，设计功率，定子绕组接线方式，定子绕组引出线端子数，定转子绝缘等级，短路比，连续运行每相电流不大于额定值时负序电流分量标么值，负序电流标么值的平方乘时间瞬态耐负序能力，15℃时定子每相绕组直流电阻，15℃转子绕组直流电阻，定子绕组每相对地电容，转子绕组自感，纵轴同步电抗Xd，非饱和值/饱和值的纵轴瞬变电抗Xd，非饱和值/饱和值的负序电抗X2，非饱和值/饱和值的零序电抗，临界转速一阶，临界转速二阶，噪声水平dB，励磁方式的定子绕组及出线、转子绕组、定子铁芯端部的冷却方式，接地方式，旋转方向，转子总重，定子运输重，发电机内可充气体容积和制造厂家；汽轮机的基本参数有：型号，型式，额定功率，最大连续功率，最大抽汽工况下功率，额定转速，转子旋转方向，制造厂，主汽门前蒸汽额定压力，主汽门前蒸汽额定温度，再热汽门前蒸汽额定压力，再热汽门前蒸汽额定温度，额定抽汽压力，最大抽汽流量，最低抽汽压力，最低抽汽流量，最大抽汽压力，最大抽汽流量，额定工况蒸汽流量，额定背压，额定冷却水温度，额定工况给水温度，额定工况净热耗，低压末级叶片高度，回热级数，给水泵驱动方式，小汽机额定背压，通流总级数；锅炉的基本参数有过热蒸汽流量，过热器出口蒸汽压力，过热器出口蒸汽温度，再热蒸汽流量，再热器进口蒸汽压力，再热器进口蒸汽温度，再热器出口蒸汽压力，再热器出口蒸汽温度，省煤器进口给水压力，省煤器进口给水温度，省煤器出口水温，燃烧室容积热负荷，燃烧室表面热负荷，渣屏出口烟温，排烟温度，锅炉不用助燃油连续运行的最小负荷和锅炉保证效率

4）FCB历史数据提取：在FCB历史数据计算机中存储该机组历次FCB数据或相同型号的其它机组的FCB历史数据，具体历史数据有：发电机负荷、汽轮机转速、发电机电压、发电机无功、主蒸汽压力、再热蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、凝汽器真空、主蒸汽流量、锅炉汽包水位、炉膛压力、锅炉总风量、锅炉指令、凝汽器水位、除氧器水箱水位、高压旁路出口温度、汽轮机高压缸排气温度、汽轮机低压缸排气温度、高旁减温水压力、低旁减温水压力和给水流量；

5）数据整理、清洗、限值设定：对2）-4）步骤提取的各种数据，进行整理，并根据发电机组运行状态的负荷，主汽温度，压力，再热蒸汽温度，压力对数据进行修正，清洗，去掉坏数据，保证数据有效；并对各个参数设定上下限值。

6）提取数据：根据发电机组运行状态，当发电机组启动FCB，立即实时采集机组数据，并存储到表1FCB状态判定所需数据；

7）监测与判定：根据历史数据，监控数据，上下限值，判定原则，对机组FCB进行监测，对FCB过程超过安全值，或有超过安全值数据及时报警。

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