CN104076801A - 一种超高压远距离输电线路故障自动甩负荷系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种线路故障机组自动甩负荷系统及方法，包括线路故障甩负荷装置、协调控制系统、锅炉和汽机控制系统；线路故障甩负荷装置生成线路故障快降负荷指令和滑压转为定压指令；协调控制系统中的负荷指令处理回路和主汽压力处理回路在接收上述指令后发送负荷目标指令和主蒸汽压力目标指令给机、炉主控器；机、炉主控制器向锅炉控制系统发出降低锅炉燃烧率指令以切除磨煤机，并向汽轮机控制系统发出维持定压指令，将主汽压力定压运行直至发电机负荷降至目标负荷。采用本发明的技术方案能够实现机组快速、稳定地自动降低负荷，减轻运行人员操作强度，保证机组安全快速降负荷至目标值，避免由调度发出紧急停机指令，减少机组被迫打闸和降低非停。

Description

一种超高压远距离输电线路故障自动甩负荷系统及方法

技术领域

本发明涉及电学的发电机组控制领域，特别涉及一种超高压远距离输电线路故障自动甩负荷系统及方法。

背景技术

随着“西电东送”工程的大批投产，超高压远距离输电线路担负着发电厂将电能输送到几百公里乃至上千公里之外的电能用户的重要任务。

近年来，超高压远距离输电线路发生的故障和异常频繁出现。自2011年至2013年，阳城电厂送出系统共发生8起引起全厂快速降负荷的事件(备注：当一条线路故障，系统安全稳定系统不启动)，系统故障多发生在春秋季的1至3月份和9月份，且多以冻雨、大雾等异常天气引起。当电网线路故障跳闸或发生异常时，为保证电网安全，调度命令全厂机组快速降低全厂出力，当不能满足调度要求时，国调通常会下令紧停若干机组，以满足系统稳定要求。阳城电厂总装机容量3300MW，一期工程安装6台35万千瓦火电机组，二期60万千瓦火电机组，以专厂、专线、专供送至江苏。阳城电厂送出线路途经山西、河南、山东、安徽、江苏五省，中间有两个开关站即东明开关站(山东境内)、三堡开关站(江苏境内)，送出线路全长760公里。阳城发输电系统设计有阳城发输电安全稳定系统(以后简称安稳系统)，安稳系统判断几种路故障，并自动启动切除阳城电厂若干负荷最高的机组。但是当三条线路同时投入时，一条线路发生故障，安稳系统不发出切机命令，通过调度下令快速降低负荷至预定负荷，以满足线路稳定性要求。

例如：阳城电厂8台机组运行，全厂出力280万负荷，三条线路投入，当一条线路故障时，全厂需要15分钟内由280万负荷降至160万负荷，其中二期两台600MW机组快速降低60万负荷，每台600MW机组需要10分钟快速降至280MW左右，降负荷速率约为28MW/min；一期六台350MW机组快速降低60万负荷，每台350MW机组分别需要10分钟快速降至180MW左右，降负荷速率约为15MW/min。如果全厂总负荷降负荷速率过慢，不能在规定的时间(一般为15分钟)达到限制出力条件，调度通常会下令机组手动打闸。由于600MW机组负荷相对较高，600MW机组首当其冲，通常都紧停一台600MW机组。

当发现线路故障时，面对如此突然、快降负荷，600MW机组和350MW通过协调不能满足要求。600MW机组通常采用手动打掉两台磨，投入4支油枪稳燃，快降负荷至320MW，然后开启旁路继续限负荷至280MW。由于人为打掉磨煤机后，协调在此种特殊工况调节的不好，机组负荷不能很快降低，反而会出现负荷波动，运行人员通常不得不将机组控制方式切至手动控制。因此运行人员操作量大，控制难度大，而且快降速率不能满足调度要求，很难避免调度下的打闸令；另一方面若人为过快的降负荷，极易出现过调，存在非停的可能。例如#2机组一次快降负荷时，机组燃料降低过快，造成机组灭火。

线路故障时，假若降负荷过慢，超过规定时间，调度会下令紧停机组；在没有快速自动降负荷装置时，假若降负荷过快或人员操作不当，机组灭火非停几率很大。因此如何在允许的15分钟之内，保证机组安全、快速降负荷至线路稳定需要的负荷是阳城电厂，尤其600MW机组必须解决的技术的问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提出一种线路故障机组自动甩负荷系统，所述线路故障机组自动甩负荷系统包括线路故障甩负荷装置、协调控制系统、锅炉控制系统、汽机控制系统、锅炉、汽轮机；

线路故障甩负荷装置用于触发线路故障自动甩负荷功能，生成线路故障快降负荷指令和滑压转为定压指令，并将上述指令发送给协调控制系统；

协调控制系统包括负荷指令处理回路、主汽压力处理回路和机、炉主控器，负荷指令处理回路，用于在接收线路故障快降负荷指令后根据发电机负荷所要降到的负荷目标生成负荷目标指令并给机、炉主控器；主汽压力处理回路用于在接收滑压转为定压指令后，将当前的主汽压力作为主汽压力目标，向机、炉主控器发出主汽压力目标指令；机、炉主控制器用于分别向锅炉控制系统发出降低燃烧率的指令，向汽轮机控制系统发出维持定压指令；

锅炉控制系统用于在接到机、炉主控制器发送的降低燃烧率的指令后，切除磨煤机；

汽轮机控制系统用于在接收到维持定压指令后，将主汽压力由滑压转为定压运行，直至发电机负荷降至负荷目标。

优选地，所述锅炉控制系统还用于在切除磨煤机的同时调整锅炉的送风量。

优选地，所述定压运行的压力值为所述主汽压力目标值。

优选地，在发电机负荷降至负荷目标后，将主汽压力由定压转为滑压运行。

优选地，所述锅炉控制系统对磨煤机切除是按照预先设定的切除优先级顺序进行。

本发明的第二目的在于提出一种线路故障机组自动甩负荷方法，所述线路故障机组自动甩负荷方法包括以下步骤：

步骤一、启动线路故障甩负荷装置后，线路故障甩负荷装置判断当前发电机负荷是否达到自动甩负荷标准，如果达到，线路故障甩负荷装置自动生成线路故障快降负荷指令和滑压转为定压指令，并将上述指令发送给协调控制系统；如果未达到，则退出步序；

步骤二、协调控制系统中的负荷指令处理回路，接收到线路故障甩负荷装置发出的线路故障快降负荷指令之后根据发电机负荷所要降到的负荷目标生成负荷目标指令并发送给机、炉主控器；同时，主汽压力处理回路接收线路故障甩负荷装置发出的滑压转化为定压指令后，将当前的主汽压力作为主汽压力目标，向机、炉主控器发出将主汽压力目标指令；

步骤三、机、炉主控制器分别向锅炉控制系统发出降低燃烧率的指令，向汽轮机控制系统发出维持定压指令；

步骤四、锅炉控制系统接到机、炉主控制器发送的降低锅炉燃烧率的指令后，切除磨煤机；同时，汽轮机控制系统接收到机、炉主控制器发送的维持定压指令后，将主汽压力由滑压转为定压运行，直至发电机负荷降至负荷目标。

优选地，所述步骤一中自动甩负荷标准为预定的自动甩负荷阈值，预定的自动甩负荷阈值为450MW。

优选地，所述步骤四中的定压运行的压力值为所述主汽压力目标值。

优选地，步骤四中所述锅炉控制系统对磨煤机切除是按照预先设定的切除优先级顺序进行；所述锅炉控制系统在切除磨煤机的同时进行锅炉送风量的调整。

优选地，所述步骤四后包括：

步骤六、发电机负荷降至目标负荷，汽轮机控制系统将主汽压力由定压运行转为滑压运行；

步骤七、通过开汽机旁路，对发电机负荷进行再次降低。

采用本发明的技术方案能够实现机组快速、稳定地自动降低负荷，减轻运行人员操作强度，保证机组安全快速降负荷至目标值，满足调度提出的负荷要求，避免由调度发出紧急停机指令，对减少机组被迫打闸和降低非停有着重要的现实意义。其主要优点为：

(1)实现机组快速、稳定地自动降低负荷，减轻运行人员操作强度。

(2)当线路故障后，保证机组安全快速降负荷至目标值，满足调度提出的负荷要求，提高系统稳定性，避免由调度发出紧急停机指令，造成机组被迫打闸；当线路恢复后，可以快速恢复对外供电，提高了电网负荷相应速度，有着重要的社会效益。

(3)无需增加设备，利用原有设备即可实现。本项目所采用的技术手段均利用发电机组配备的DCS进行组态，并融入到机组现有的机组协调控制系统中来实现，可大大降低项目的硬件投资成本。

(4)经济效果明显。可以避免机组的非停，以及由于机组紧急停机造成直接经济损失。

附图说明

图1为本发明的超高压远距离输电线路故障自动甩负荷系统结构示意图。

具体实施方式

下面参考说明书附图描述根据本发明实施例的超高压远距离输电线路故障自动甩负荷系统及其方法。

图1为本发明一个实施例的超高压远距离输电线路故障自动甩负荷系统的结构示意图。

如图1所示，线路故障机组自动甩负荷系统包括：线路故障甩负荷装置、协调控制系统、锅炉控制系统、汽机控制系统、锅炉、汽轮机。

线路故障甩负荷装置包括启动按钮，当按下该启动按钮后将触发线路故障自动甩负荷功能，线路故障甩负荷装置自动生成线路故障快降负荷指令和滑压转为定压指令，并将上述指令发送给协调控制系统。

协调控制系统包括负荷指令处理回路、主汽压力处理回路和机、炉主控器。负荷指令处理回路，接收线路故障甩负荷装置发出的快降负荷指令之后根据发电机负荷所要降到的负荷目标值生成负荷目标指令并发送给机、炉主控器，该负荷目标值可以根据发电机的实际情况由负荷指令处理回路预先设定，在本实施中设定为330MW。主汽压力处理回路接收线路故障甩负荷装置发出的滑压转为定压指令后，从机、炉控制器读取当前的实际主蒸汽压力反馈(也称为主蒸汽压力或主汽压力)，即甩负荷前的主汽压力，并以此作为主汽压力目标，也就是汽轮机定压运行的主汽压力，向机、炉主控器发出主蒸汽压力目标指令。机、炉主控制器实时获取主蒸汽压力以及发电机负荷(也称为发电机负荷反馈)，在接收到负荷目标指令和主蒸汽压力目标指令之后，机、炉主控制器分别向锅炉控制系统发出降低燃烧率指令，向汽轮机控制系统发出维持定压指令，上述主汽压力可以通过主蒸汽管路系统的压力测点进行实时测量。

发出上述指令后，分别由锅炉控制系统和汽轮机控制系统同时、同步控制锅炉的燃料量和汽机的主汽压力。具体如下：

锅炉控制系统接到机、炉主控制器发送的降低燃烧率的指令后，按照锅炉出力降低速率为1200MW/min的要求，切除磨煤机。例如发电机负荷在600MW至500MW范围时为六台磨煤机运行，500MW至400MW范围时为五台磨煤机运行，400至300MW范围时为四台磨煤机运行。若锅炉降负荷，必然减少磨煤机的数量。假设原来发电机负荷550MW，有六台磨煤机运行，线路故障，锅炉要使发电机负荷降至330MW，只需要4台磨煤机，因此，需要锅炉控制系统切除1至2台磨煤机。

锅炉控制系统发命令至各磨煤机及油枪组，自动按照逻辑，切除比对应目标负荷多的磨煤机，保留若干台磨煤机(对于600MW机组应保留四台磨煤机运行)，并自动投入一组对应磨煤机的油枪组，维持锅炉燃烧稳定。锅炉通过减少磨煤机台数，快速减少燃料量，降低锅炉燃烧率，匹配发电机负荷降低至330MW。锅炉控制系统根据燃料量的变化，完成送风量的调节，保持锅炉风量与燃烧率匹配正常。

汽轮机控制系统接收到维持定压指令后，执行主汽压力滑压转为定压的运行，控制主汽压力目标(汽轮机定压运行的主汽压力目标)跟踪甩负荷前的主汽压力。汽轮机控制系统通过自动关小汽轮机主调门开度，维持甩负荷前主汽压力，通过减少主蒸汽流量，快速降低发电机负荷至锅炉燃烧率对应的负荷330MW。

在发电机负荷没有降到目标负荷值(330MW)之前，维持汽轮机定压运行，即维持甩负荷前的主汽压力不变。协调控制系统中的机、炉控制器检测到发电机负荷降至目标负荷后，自动复位协调控制系统，由协调控制系统的主汽压力处理回路产生由定压转为滑压的指令，并通过机、炉控制器发送给汽机控制系统，然后通过汽机控制系统控制汽轮机滑压运行，降低主汽压力至发电机负荷对应的主汽压力值，完成线路故障机组自动甩负荷过程。

利用本发明的线路故障机组自动甩负荷系统，实现自动甩负荷的方法包括以下步骤：

步骤一、当线路发生故障，启动线路故障甩负荷装置，手动按下“线路故障甩负荷装置”的启动按钮，线路故障甩负荷装置判断当前发电机负荷是否达到自动甩负荷标准，如果达到，线路故障甩负荷装置自动生成线路故障快降负荷指令和滑压转为定压指令，并将上述指令发送给协调控制系统；如果未达到，则退出方法流程。

自动甩负荷标准可以利用阈值进行划分，不同的电厂可根据实际情况灵活设置自动甩负荷阈值，本发明中自动甩负荷标准为发电机负荷大于等于450MW。

步骤二、协调控制系统中的负荷指令处理回路，接收到线路故障甩负荷装置发出的线路故障快降负荷指令之后根据发电机负荷所要降到的负荷目标值生成负荷目标指令并发送给机、炉主控器；同时，主汽压力处理回路接收线路故障甩负荷装置发出的滑压转为定压指令后，将当前的主汽压力作为主汽压力目标，向机、炉主控器发出主蒸汽压力目标指令。

步骤三、机、炉主控制器分别向锅炉控制系统发出降低燃烧率的指令，向汽轮机控制系统发出维持定压指令。

步骤四、锅炉控制系统接到机、炉主控制器发送的降低燃烧率的指令后，切除磨煤机，以快速减少燃料量，并根据燃料量的变化，完成送风量的调节；同时，汽轮机控制系统接收到机、炉主控制器发送的维持定压运行指令后，控制汽轮机的主调门开度，以便使主汽压力值维持主汽压力目标，即甩负荷前主汽压力，实现主汽压力滑压转为定压运行。

磨煤机切除的优先级顺序事先设定，假设原来发电机负荷550MW，有六台磨煤机运行，线路故障，锅炉要降负荷至330MW，只需要4台磨煤机，则锅炉控制系统自动按照逻辑切除两台磨煤机，间隔5s连跳两台磨煤机，选择D、C磨煤机优先切除，若A、F、B、E任一停运，则只切除D磨，需要保留四台磨煤机运行，同时自动投入磨煤机运行的一组油枪组，维持锅炉燃烧稳定，优先顺序为：A、F、B、E、C、D。锅炉通过减少磨煤机台数，快速减少燃料量，降低锅炉燃烧率，匹配发电机负荷降低至330MW。锅炉控制系统根据燃料量的变化，完成送风量的调节，保持锅炉风量与燃烧率匹配正常。

线路故障甩负荷装置发生后，发送指令给协调控制系统中主汽压力处理回路维持甩负荷前的压力，使滑压运行转为定压运行。当汽轮机控制系统接到维持定压指令后，汽轮机控制系统通过自动关小汽轮机主调门开度，维持甩负荷前主汽压力，通过减少主蒸汽流量，快速降低发电机负荷至锅炉燃烧率对应的负荷330MW。在发电机负荷没有降到目标负荷值之前，机组主蒸汽压力设定维持线路故障机组自动甩负荷发生前的压力，转为定压运行。

步骤五、发电机负荷降至目标负荷330MW，自动复位协调控制系统，由协调控制系统的主汽压力处理回路产生由定压转为滑压的指令，并通过机、炉控制器发送给汽机控制系统，然后通过汽机控制系统控制汽轮机滑压运行，降低主汽压力至发电机负荷对应的主汽压力值，线路故障限负荷功能完成。

步骤六、通过开汽机旁路，降发电机负荷至280MW以下，小幅度调整负荷。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种线路故障机组自动甩负荷系统，所述线路故障机组自动甩负荷系统包括线路故障甩负荷装置、协调控制系统、锅炉控制系统、汽机控制系统、锅炉、汽轮机；

线路故障甩负荷装置用于触发线路故障自动甩负荷功能，生成线路故障快降负荷指令和滑压转为定压指令，并将上述指令发送给协调控制系统；

协调控制系统包括负荷指令处理回路、主汽压力处理回路和机、炉主控器，负荷指令处理回路，用于在接收线路故障快降负荷指令后根据发电机负荷所要降到的负荷目标生成负荷目标指令并给机、炉主控器；主汽压力处理回路用于在接收滑压转为定压指令后，将当前的主汽压力作为主汽压力目标，向机、炉主控器发出主汽压力目标指令；机、炉主控制器用于分别向锅炉控制系统发出降低燃烧率的指令，向汽轮机控制系统发出维持定压指令；

锅炉控制系统用于在接到机、炉主控制器发送的降低燃烧率的指令后，切除磨煤机；

汽轮机控制系统用于在接收到维持定压指令后，将主汽压力由滑压转为定压运行，直至发电机负荷降至负荷目标。

2.如权利要求1所述的线路故障机组自动甩负荷系统，其特征在于，所述锅炉控制系统还用于在切除磨煤机的同时调整锅炉的送风量。

3.如权利要求1所述的线路故障机组自动甩负荷系统，其特征在于，所述定压运行的压力值为所述主汽压力目标值。

4.如权利要求1所述的线路故障机组自动甩负荷系统，其特征在于，所述汽轮机控制系统还用于，在发电机负荷降至负荷目标后，将主汽压力由定压转为滑压运行。

5.如权利要求1所述的线路故障机组自动甩负荷系统，其特征在于，所述锅炉控制系统对磨煤机切除是按照预先设定的切除优先级顺序进行。

6.一种线路故障机组自动甩负荷方法，所述线路故障机组自动甩负荷方法包括以下步骤：

步骤一、启动线路故障甩负荷装置后，线路故障甩负荷装置判断当前发电机负荷是否达到自动甩负荷标准，如果达到，线路故障甩负荷装置自动生成线路故障快降负荷指令和滑压转为定压指令，并将上述指令发送给协调控制系统；如果未达到，则退出步序；

步骤二、协调控制系统中的负荷指令处理回路，接收到线路故障甩负荷装置发出的线路故障快降负荷指令之后根据发电机负荷所要降到的负荷目标生成负荷目标指令并发送给机、炉主控器；同时，主汽压力处理回路接收线路故障甩负荷装置发出的滑压转化为定压指令后，将当前的主汽压力作为主汽压力目标，向机、炉主控器发出将主汽压力目标指令；

步骤三、机、炉主控制器分别向锅炉控制系统发出降低燃烧率的指令，向汽轮机控制系统发出维持定压指令；

步骤四、锅炉控制系统接到机、炉主控制器发送的降低锅炉燃烧率的指令后，切除磨煤机；同时，汽轮机控制系统接收到机、炉主控制器发送的维持定压指令后，将主汽压力由滑压转为定压运行，直至发电机负荷降至负荷目标。

7.如权利要求6所述的线路故障机组自动甩负荷方法，其特征在于，所述步骤一中自动甩负荷标准为预定的自动甩负荷阈值，预定的自动甩负荷阈值为450MW。

8.如权利要求6所述的线路故障机组自动甩负荷方法，其特征在于，所述步骤四中的定压运行的压力值为所述主汽压力目标值。

9.如权利要求6所述的线路故障机组自动甩负荷方法，其特征在于，步骤四中所述锅炉控制系统对磨煤机切除是按照预先设定的切除优先级顺序进行；所述锅炉控制系统在切除磨煤机的同时进行锅炉送风量的调整。

10.如权利要求6所述的线路故障机组自动甩负荷方法，其特征在于，所述步骤四后包括：

步骤六、发电机负荷降至目标负荷，汽轮机控制系统将主汽压力由定压运行转为滑压运行；

步骤七、通过开汽机旁路，对发电机负荷进行再次降低。