CN107893986A - 一种大型火电机组高加解列的自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大型火力发电机组高加解列的自动控制方法，包括高加解列自动控制触发逻辑、高加解列协调控制策略、高加解列汽包水位控制策略、高加解列主汽温度控制策略、高加解列再热汽温控制策略、高加解列除氧器水位控制策略和高加解列复位逻辑。本发明解决了高加解列后机组不能自动安全平稳地过渡到稳定运行状态的问题，降低运行人员的劳动强度，保证机组长期安全稳定运行。

Description

一种大型火电机组高加解列的自动控制方法

技术领域

本发明涉及大型火电厂自动控制技术领域，特别涉及一种大型火电机组高加解列的自动控制方法。

背景技术

高压加热器(简称高加)是电厂系统里为了减少能源损耗，把一部分做过有用功的高压蒸汽抽出来，用来加热锅炉给水的设备。由于锅炉给水温度通过高加后得到提高，从而节省燃煤，提高机组效率。

现代大中型火电厂都是利用中间抽汽对给水进行回热加热，降低汽轮机冷源损失以提高机组整体运行的综合效率，但机组长周期运行过程中由于人为或系统设备异常等不可控因素存在高加解列的风险，尤其在机组高负荷运行工况下发生高加解列，可能造成汽轮机、锅炉管壁的金属材料在设计允许极限状态下运行，部分参数甚至会短时间超限，这将对机组寿命和安全生产产生很大冲击。

目前，大型火电机组的协调控制系统，均不包含处理高加解列的自动控制逻辑，都是运行人员根据自己的经验来调节机组的相关参数，当发生高加解列的情况时，机组负荷最高能快速上升10％左右，主汽压力、主汽温度大幅上升，汽包水位大幅波动，危机机组的安全运行。

按照正常的协调控制方式，机组以目标负荷为主进行控制，汽轮机高压调节阀将快速关闭来降低机组实际负荷至目标值，由于高压调节阀的大幅关闭进一步引起主汽压力和主汽温度的升高，由于没有类似RB的快速响应控制回路，锅炉主控调节不能满足高加解列时机组的快速调节要求，机组偏离正常的运行方式，不能保证机组安全运行。在发生高加解列时，运行人员有时将机组协调解除转入TF方式，或全手动方式进行人工手动控制。

由于对高加解列后，各种参数变化的理解不同，采用的处理方式也不同，极易出现判断失误造成主汽温度、主汽压力和汽包水位的大幅波动，甚至引发机组跳闸事故。

因此，对大型火电机组高加解列事故进行研究分析并设计一种相应的自动控制策略显得尤为重要，避免在面临相应工况高加解列处理时运行人员由于盲目操作而扩大事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型火电机组高加解列的自动控制方法，解决了高加解列后机组不能自动安全平稳地过渡到稳定运行状态的问题，保证了机组长期安全稳定运行。

高加解列就是停运高加。一般高加都是三台串联(上汽135mw的是两台)一台有故障需要全部隔离。

高加突然解列后自动切为旁路运行，高加退出运行后，给水温度会降低。对机组影响主要是带不起负荷。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种大型火力发电机组高加解列的自动控制方法，主要包括：高加解列自动控制触发逻辑、高加解列协调控制策略、高加解列汽包水位控制策略、高加解列主汽温度控制策略、高加解列再热汽温控制策略、高加解列除氧器水位控制策略和高加解列复位逻辑。

进一步的，所述高加解列自动控制触发逻辑是高加解列后判断机组控制系统是否启动本发明所述的自动控制方法的条件，满足触发条件时机组将从当前控制方式切换为高加解列的自动控制方式；允许投入条件为机组负荷≥540MW(600MW机组90％的额定负荷)、机组在协调控制方式(CCS控制方式)运行人员手动投入高加解列自动控制的功能；所述触发条件为高加水位达到高三值后触发高加解列动作。

进一步的，所述高加解列协调控制策略是为了抑制负荷的快速升高，所述的高加解列触发逻辑满足条件触发信号后，机组将自动切除协调控制方式(CCS)至汽机跟随方式(TF)，采用专门的高加解列的滑压曲线对主汽压力进行控制，维持较高的主汽压力，适当关小汽机调门，在一定程度上限值高加解列后负荷快速上升的幅度，降低事故工况下负荷的峰值；

所述的高加解列触发逻辑满足条件触发信号后，燃料主控指令立即将给煤量自动减少10％额定负荷所对应的煤量，降低主蒸汽的产生量，加快负荷快速下降，进一步限值高加解列后机组超高负荷运行的时间；

设计了高加解列燃料自动增减函数，所述的高加解列燃料自动增减函数是高加解列后升高负荷的值跟增减燃料量的函数；

当机组负荷大于高加解列时的机组负荷时，自动快速减10％额定负荷对应的的燃料量；

当负荷小于高加解列时的机组负荷时，根据负荷的偏差缓慢增加不超过5％额定负荷对应的燃料量。

进一步的，所述高加解列汽包水位控制策略是为了克服高加解列时汽包水位的大幅波动。

高加解列后，需迅速进行汽包水位的预调节工作，由于主汽压力的升高和主蒸汽流量的下降，以及给水温度的下降，锅炉汽包水位的变化趋势是先降后升。由于虚假水位的因素，汽包水位控制采用正常调节时会加入过量的水，非常容易引起后期水位快速上升，要防止汽包水位过高。高加解列时可以适当降低汽包水位的设定值，克服后期汽包水位上升的高度。

汽包水位控制采用三冲量调节方式，当高加突然解列后，适当降低主调PID的作用，克服汽包虚假水位的影响，减弱汽包水位对给水流量的影响，避免主调出现过调。

为克服虚假水位，给水控制系统要做深度优化设计，增强给水自动的抗干扰能力和稳定性，在高加解列时，当实际负荷大于高加解列时的负荷或者汽包水位实际值小于设定值时，给水主调控制器采用高加解列时的PID参数，减弱虚假水位对给水调节的影响，主要靠副调节控制器来保持给水量和主蒸汽流量的平衡；当实际负荷小于高加解列时的负荷并且汽包水位实际值大于设定值时，给水主调控制器采用正常调节时的PID参数，保证在高加解列时汽包水位的稳定，避免汽包水位大幅波动。

进一步的，所述高加解列主汽温度控制策略是为了抑制主汽温度的快上升。

高加解列时，由于抽汽量减少使得高压缸做功增多，机组负荷上升，由于为了维持机组负荷不变，汽机关门使得主蒸汽流量减少，流过过热器的蒸汽流量减少，使得过热汽温在高加解列锅炉负荷未改变时汽温上升，且上升速度较快；高加解列后快速降低给煤量，使得炉膛燃烧及时减弱，由于燃烧存在一定的迟滞性，也会导致过热汽温的升高。

高加解列后，对于主汽温来说，给水温度快速下降，进入锅炉蒸发段后，汽化热增加，导致蒸发量的减少，循环倍率加大，过热器管壁流过的蒸汽量减少，也会加剧过热汽温快速上升。所述的高加解列主汽温度控制逻辑设计了提前降低主汽温度设定值提高减温水流量，以及主汽温度快速上升对减温水的前馈，尽可能抑制主汽温度的上升。

进一步的，所述高加解列再热汽温控制策略是为了抑制再热汽温的降低。

再热汽温，由于1、2、3段抽汽流向再热器，高压缸排汽量的增加使得流过再热器的蒸汽流量增加，再热蒸汽量迅速增加，再热蒸汽则会呈现出与过热蒸汽相反的下降趋势。

由于水冷壁吸热量增加，以及炉膛辐射热负荷向水冷壁中的蒸发段、饱和段转移，炉膛中心温度下降，辐射换热效果下降，使得炉膛出口烟气温度降低，再热器受热面吸热量减少导致再热汽温下降。

所述高加解列再热气温控制策略设计了提前提高再热汽温设定值降低减温水流量，以及再热汽温快速降低对减温水的前馈，尽可能抑制再热汽温的降低。

进一步的，所述高加解列除氧器水位控制策略是为了抑制除氧器水位的大幅波动。

高加解列后对除氧器的水位影响较大，除氧器水位会大幅下降，所述高加解列发生时可以自动提高除氧器水位的设定值，预先提高除氧器水位，减缓除氧器水位的下降幅度；设计了除氧器水位偏差的前馈，增加除氧器水位大幅下降时凝结水的流量，减缓除氧器水位的下降速度；设计了根据除氧器水位偏差来自动调整PID调节器积分时间的策略，提高调节器的动态特性和稳态特性。

进一步的，所述高加解列自动控制复位逻辑是对高加解列后机组运行状态的判断，通过对机组负荷、给煤量、主汽压力、主汽温度、汽包水位、除氧器水位等参数是否在合理范围的判断来决定是否解除高加解列自动控制方式，满足解除条件时，或者时间超过二十分钟即时间达到，运行人员根据机组运行情况可以手动解除高加解列的自动控制方式。

本发明具有如下有益效果：

当机组发生高加解列时，无须运行人员干预，机组能够在保证机组安全的情况下，快速将机组自动平稳过渡至新的稳定运行状态，减少人为因素造成的事故，减少高加解列对机组设备的冲击，提高设备运行寿命，保障机组长期安全稳定运行。

附图说明

图1为高加解列自动控制触发逻辑框图；

图2为高加解列主汽压力控制策略框图；

图3为高加解列燃料主控控制策略框图；

图4为高加解列汽包水位控制策略框图；

图5为高加解列主汽温度控制策略框图；

图6为高加解列再热汽温控制策略框图；

图7为高加解列除氧器水位控制策略框图；

图8为高加解列自动控制复位逻辑框图。

具体实施方式

本发明的一种大型火力发电机组高加解列的自动控制方法，通过该方法能够在机组发生高加解列时，无须运行人员的干预，快速将机组自动平稳过渡至新的稳定运行状态，保证机组长期安全稳定运行。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1所示，为高加解列自动控制触发逻辑框图。

其中，所述的高加解列自动控制方法是否在高加解列时起作用，需要满足一定的条件，也需要运行人员手动投入此功能，允许投入条件为机组负荷≥540MW(600MW机组90％的额定负荷)；机组在协调控制方式(CCS控制方式)；并且运行人员手动投入高加解列自动控制的功能。

触发条件是高加水位达到高三值后触发高加解列动作，高加解列动作后即触发高加解列自动控制信号。

如图2所示的高加解列主汽压力控制策略框图。

其中，所述的高加解列自动控制信号发出后，机组将自动由协调控制方式(CCS)转为汽机跟随方式(TF)，采用专门的高加解列滑压曲线(机组负荷与主汽压力的函数)对主汽压力进行控制，维持较高的主汽压力，尽可能地减小汽机调门开度，最大程度的减小高加解列后负荷快速上升的幅度，降低事故工况下负荷的峰值。

所述的高加解列滑压曲线是机组正常的滑压曲线加上高加解列时机组上升的负荷的函数，即，F1(x)＝F2(x)+F3(△x)，F1(x)为高加解列滑压曲线，F2(x)为正常的滑压曲线，F3(△x)是机组负荷升高值对应的增加主汽压力的函数，高加解列后升高的负荷越高，正常的滑压曲线增加的主汽压力就越高，为了防止主汽压力增加的过高，设计了一个机组能够承受的最高压力，大于最高主汽压力时不再增加，当机组负荷降到低于高加解列时的负荷时，F3(△x)将降至零；

所述高加解列触发逻辑满足条件触发信号后，燃料主控指令立即将给煤量自动减少10％额定负荷所对应的煤量，降低主蒸汽的产生量，加快负荷快速下降，机组实际负荷低于高加解列时的负荷时，根据负荷的偏差逐步增加给煤量，抑制负荷的降低。

燃料自动增减函数是高加解列后升高负荷的值跟增减燃料量的函数，当机组负荷大于高加解列时的机组负荷时，自动快速减10％额定负荷对应的的燃料量，当负荷小于高加解列时的机组负荷时，根据负荷的偏差安照一定的速率缓慢增加不超过5％额定负荷对应的燃料量，使得机组快速达到稳定运行状态，其中高加解列燃料主控控制策略框图见图3。

如图4所示的高加解列汽包水位控制策略框图，高加解列自动控制信号发出后，在高加解列的前期，由于汽机调门开度减小导致主汽压力的升高，以及给水温度的下降，使得进入汽包的欠焓水有较大的过冷度，这些欠焓水进入汽包后与原炉水混合，引起炉水焓降过大，部分蒸汽的汽化潜热被欠焓水吸收，使汽包内炉水汽泡量骤减，导致水位下降，而且补水量越大，水位下降越快，幅度越大，使给水自动控制系统发出增大给水流量的错误信号，此时给水流量明显大于蒸汽流量。

在所述高加解列的后期，由于汽包内炉水焓降过大，锅炉蒸发量减少，主汽压随即下降，引起炉水饱和温度降低，使蒸发区域和汽包壁金属放出蓄热，炉水含汽量迅速增加，水位在到达最低点后迅猛上升。

当减小给水流量时，反而因进入汽包有较大过冷度的欠焓水的减少，使汽包炉水焓增，炉水吸收的汽化潜热增加，汽泡生成量增多，水位持续上升，造成汽包水位频繁大幅扰动。

为了克服高加解列时汽包水位的大幅波动。高加解列后，需迅速进行汽包水位的预调节工作，由于虚假水位的因素，汽包水位控制采用正常调节时会加入过量的水，非常容易引起后期水位快速上升，必须要防止后期汽包水位过高。

在高加解列的前期，高加解列时可以适当降低汽包水位的设定值，克服后期汽包水位上升的高度。汽包水位控制采用三冲量调节方式，当高加突然解列后，适当降低主调PID的作用，克服汽包虚假水位的影响，减弱汽包水位对给水流量的影响，避免主调出现过调。

为克服虚假水位，给水控制系统要做深度优化设计，增强给水自动的抗干扰能力和稳定性，在高加解列时，当实际负荷大于高加解列时的负荷或者汽包水位实际值小于设定值时，给水主调控制器采用高加解列时的PID参数，减弱虚假水位对给水调节的影响，主要靠副调节控制器来保持给水量和主蒸汽流量的平衡；当实际负荷小于高加解列时的负荷并且汽包水位实际值大于设定值时，给水主调控制器采用正常调节时的PID参数，保证在高加解列时汽包水位的稳定，避免汽包水位大幅波动。

如图5所示的高加解列主汽温度控制策略框图，所述高加解列主汽温度控制策略是为了抑制主汽温度的快上升。

高加解列时，由于抽汽量减少使得高压缸做功增多，机组负荷上升，由于为了维持机组负荷不变，汽机关门使得主蒸汽流量减少，流过过热器的蒸汽流量减少，使得过热汽温在高加解列锅炉负荷未改变时汽温上升，且上升速度较快；高加解列后快速降低给煤量，使得炉膛燃烧及时减弱，由于燃烧存在一定的迟滞性，也会导致过热汽温的升高。

高加解列后，对于主汽温来说，给水温度快速下降，进入锅炉蒸发段后，汽化热增加，导致蒸发量的减少，循环倍率加大，过热器管壁流过的蒸汽量减少，也会加剧过热汽温快速上升。所述的高加解列主汽温度控制逻辑设计了提前降低主汽温度设定值提高减温水流量，以及主汽温度快速上升对减温水的前馈，尽可能抑制主汽温度的上升。

如图6所示的高加解列再热汽温控制策略框图，所述高加解列再热汽温控制策略是为了抑制再热汽温的降低。

再热汽温，由于1、2、3段抽汽流向再热器，高压缸排汽量的增加使得流过再热器的蒸汽流量增加，再热蒸汽量迅速增加，再热蒸汽则会呈现出与过热蒸汽相反的下降趋势。

由于水冷壁吸热量增加，以及炉膛辐射热负荷向水冷壁中的蒸发段、饱和段转移，炉膛中心温度下降，辐射换热效果下降，使得炉膛出口烟气温度降低，再热器受热面吸热量减少导致再热汽温下降。所述高加解列再热气温控制策略设计了提前提高再热汽温设定值降低减温水流量，以及再热汽温快速降低对减温水的前馈，尽可能抑制再热汽温的降低。

如图7所示的高加解列除氧器水位控制策略框图，所述高加解列除氧器水位控制策略是为了抑制除氧器水位的大幅波动。

高加解列后对除氧器的水位影响较大，除氧器水位会大幅下降，所述高加解列发生时可以自动提高除氧器水位的设定值，预先提高除氧器水位，减缓除氧器水位的下降幅度；设计了除氧器水位偏差的前馈，增加除氧器水位大幅下降时凝结水的流量，减缓除氧器水位的下降速度；设计了根据除氧器水位偏差来自动调整PID调节器积分时间的策略，提高调节器的动态特性和稳态特性。

如图8所示的高加解列自动控制复位逻辑框图，所述高加解列自动控制复位逻辑是对高加解列后机组运行状态的判断，通过对机组负荷、给煤量、主汽压力、主汽温度、汽包水位、除氧器水位等参数的判断是否在合理范围来觉得是否解除高加解列自动控制方式，满足解除条件时，或者时间达到(20min)，运行人员根据机组运行情况可以手动解除高加解列的自动控制方式。

目前，大型火电机组的协调控制系统，均不包含处理高加解列的自动控制逻辑，都是运行人员根据自己的经验来调节机组的相关参数，当发生高加解列的情况时，机组负荷最高能快速上升10％左右，主汽压力、主汽温度大幅上升，汽包水位大幅波动，危机机组的安全运行。

按照正常的协调控制方式，机组以目标负荷为主进行控制，汽轮机高压调节阀将快速关闭来降低机组实际负荷至目标值，由于高压调节阀的大幅关闭进一步引起主汽压力和主汽温度的升高，由于没有类似RB的快速响应控制回路，锅炉主控调节不能满足高加解列时机组的快速调节要求，机组偏离正常的运行方式，不能保证机组安全运行。

在发生高加解列时，运行人员有时将机组协调解除转入TF方式，或全手动方式进行人工手动控制。

由于对高加解列后，各种参数变化的理解不同，采用的处理方式也不同，极易出现判断失误造成主汽温度、主汽压力和汽包水位的大幅波动，甚至引发机组跳闸事故。

因此，对大型火电机组高加解列事故进行研究分析并设计一种相应的自动控制策略显得尤为重要，避免在面临相应工况高加解列处理时运行人员由于盲目操作而扩大事故。

本发明克服了上述的现有技术中的缺陷，当机组发生高加解列时，无须运行人员干预，机组能够在保证机组安全的情况下，快速将机组自动平稳过渡至新的稳定运行状态，减少人为因素造成的事故，减少高加解列对机组设备的冲击，提高设备运行寿命，保障机组长期安全稳定运行。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大型火电机组高加解列的自动控制方法，其特征在于：包括高加解列自动控制触发逻辑、高加解列协调控制策略、高加解列汽包水位控制策略、高加解列主汽温度控制策略、高加解列再热汽温控制策略、高加解列除氧器水位控制策略和高加解列复位逻辑。

2.根据权利要求1所述的大型火电机组高加解列的自动控制方法，其特征在于：所述高加解列自动控制触发逻辑包含高加解列自动控制的运行条件和触发条件；所述运行条件中允许投入条件为机组负荷≥540MW、机组在协调控制方式、运行人员手动投入高加解列自动控制的功能；所述触发条件为高加水位达到高三值后触发高加解列动作。

3.根据权利要求1所述的大型火电机组高加解列的自动控制方法，其特征在于：所述高加解列协调控制策略设计了高加解列的主汽压力的滑压曲线；所述高加解列滑压曲线包含了正常滑压曲线和机组负荷升高值对应的增加主汽压力的函数曲线。

4.根据权利要求1所述的大型火电机组高加解列的自动控制方法，其特征在于：所述高加解列汽包水位控制策略中，给水主调PID采用变参数的控制方法，高加解列时，减弱汽包水位对给水的影响，减弱主调节器的调节作用，仅由副调节器来平衡给水流量和主蒸汽流量。

5.根据权利要求1所述的大型火电机组高加解列的自动控制方法，其特征在于：所述高加解列主汽温度控制策略中，高加解列后提前降低主汽温度设定值，加大减温水喷水量，设计主汽温度偏差的前馈，抑制主汽温度快速上升。

6.根据权利要求1所述的大型火电机组高加解列的自动控制方法，其特征在于：所述高加解列再热汽温控制策略中，高加解列时自动提高主汽温度设定值，提前减小减温水喷水量，设计了再热汽温偏差的前馈，抑制主汽温度快速上升。

7.根据权利要求1所述的大型火电机组高加解列的自动控制方法，其特征在于：所述高加解列除氧器水位控制策略中，高加解列时，自动提高除氧器水位的设定值，预先提高除氧器水位，减缓除氧器水位的下降幅度；设计除氧器水位偏差的前馈，增加除氧器水位大幅下降时凝结水的流量，减缓除氧器水位的下降速度；设计了根据除氧器水位偏差来自动调整PID调节器积分时间的策略，提高调节器的动态特性和稳态特性。

8.根据权利要求1所述的大型火电机组高加解列的自动控制方法，其特征在于：所述高加解列复位逻辑中，系统通过对机组负荷、主汽压力、主汽温度、汽包水位或除氧器水位是否在合理范围的判断，来决定是否解除高加解列自动控制方式，满足解除条件或者时间超过二十分钟，运行人员根据机组运行情况手动解除高加解列的自动控制方式。

9.根据权利要求3所述的大型火电机组高加解列的自动控制方法，其特征在于：设计高加解列燃料自动增减函数，所述的高加解列燃料自动增减函数是高加解列后升高负荷的值跟增减燃料量的函数；当机组负荷大于高加解列时的机组负荷时，自动快速减10%额定负荷对应的燃料量；当负荷小于高加解列时的机组负荷时，根据负荷的偏差缓慢增加不超过5%额定负荷对应的燃料量。