CN110630428B - 抽水蓄能电站高压气控制方法 - Google Patents

抽水蓄能电站高压气控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抽水蓄能电站高压气控制方法，n台空压机直接为综合平衡气罐Q n+1、球阀储气罐Q n+2、调速器储气罐Q n+3充气，综合平衡气罐Q n+1经过减压阀后为1～n号机组调相压水气罐实时补气，球阀储气罐Q n+2经过减压阀后为1～n号机组球阀压力油罐实时补气，调速器储气罐Q n+3经过减压阀后为1‑n号机组调速器压力油罐实时补气。本系统基于电厂计算机监控系统网络设计，以多个气罐压力平衡稳定为控制目标，以动态启停其中不乏台空压机为控制手段，通过引入多个高压气罐容积和压力的加权平均值ω，并给每个气罐能否参与加权计算增设限制条件，然后对加权平均值ω设置系列定值，从而实现空压机启停及保护控制，最终实现高压气系统运行科学控制。

Description

抽水蓄能电站高压气控制方法
技术领域
本发明属于抽水蓄能电站水轮发电机组中高压气控制技术，具体涉及一种抽水蓄能电站高压气控制方法。
背景技术
抽水蓄能电站水轮发电机组，在抽水启动过程中，并网前要采用高压空气将转轮室的水面压至转轮以下，以减小机组被拖动过程中的阻力，是一个必要步骤。同时，调速器、球阀压力油罐采用气压油的方式储能（即压力油罐1/3容积为油，2/3容积为高压空气），形成高压油后操作球阀及导叶。因此，高压气系统的可靠性直接关系机组启动成功率，是电厂运维人员需要着重维护的设备系统。但是，由于抽蓄机组启停非常频繁，转轮室需要反复压水、回水，导叶及球阀开关频繁，再加上机组检修等外在因素，高压气系统运行方式复杂多变。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，基于电厂计算机监控系统网络，以多个气罐压力平衡稳定为控制目标，给出一种综合控制方式和管理算法，最终实现高压气系统科学运行确保高压气系统科学运行。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种抽水蓄能电站高压气控制方法，对n+3个高压储气罐做如下定义：高压储气罐Q1～Qn+3的容积分别为V1～Vn+3，压力分别为P1～Pn+3。
n+3个高压储气罐中，包括1～n号机组调相压水气罐（Q1、Q2、……、Qn）、综合平衡气罐Q n+1、球阀储气罐Q n+2、调速器储气罐Q n+3；有相同规格高压空压机n台，分别为PO1、PO2、……、POn；n台空压机直接为综合平衡气罐Q n+1、球阀储气罐Q n+2、调速器储气罐Q n+3充气，综合平衡气罐Q n+1经过减压阀后为1～n号机组调相压水气罐（Q1、Q2、……、Qn）实时补气，球阀储气罐Q n+2经过减压阀后为1～n号机组球阀压力油罐实时补气，调速器储气罐Q n+3经过减压阀后为1-n号机组调速器压力油罐实时补气。
1～n号机组调相压水气罐分别受监控于1～n号机组现地控制单元（LCU1-LCUn），3个高压储气罐（Qn+1、Qn+2、Qn+3）均受监控于厂房公用现地控制单元LCUn+1，n+1个现地控制单元均直连于电站计算机监控系统上位机主网（网A、网B）。
n台空压机在监控程序中分别设定m个优先级和一台备用，首次设定PO1为第一优先级，PO2为第二优先级，……，POm为第三优先级，其余为备用，首次启动后n台空压机对应优先级自动轮换。
由于气罐（Q1、Q2、……、Qn）均受平衡气罐Qn+1供气，且互相之间没有供受气关系，机组检修时经常需要排空某个调相压水气罐检修，因此为气罐（Q1、Q2、……、Qn）设置参与计算限制条件，实现方法：程序监测到气罐（Q1、Q2、……、Qn）中有检修状态时，为相应气罐其参与ω计算赋予常数（额定容积与额定压力乘积）。
其中，高压气罐容积和压力的加权平均值ω计算如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
；
根据实际气罐容积、压力以及空压机排气量等因素，通过计算和测试，为加权平均值ω设置系列定值。定值ωL1、ωL2、ωL3用于三级启动空压机，控制方法：当ω降至ωL1时，启动优先级一的空压机；当ω降至ωL2时，继续启动优先级二的空压机；当ω降至ωL3时，继续启动优先级三的空压机；空压机启动过程中，当某一优先级空压机故障时，自动启动下一优先级者，直到满足启动台数要求。定值ωH1、ωH2、ωH3用于三级停止空压机，控制方法：当ω升至ωH1时，停止1台空压机运行；当ω升至ωH2时，停止2台空压机运行；当ω升至ωH3时，停止3台空压机运行；在空压机启动补气过程中，气罐(Q n+1、Q n+2、Q n+3）任一压力超高越限报警（该定值可按气罐安全阀动作压力整定），无论ω大小，立即停止全部空压机。
其中，控制程序主要放在公用现地控制单元LCUn+1控制器里，包括n台空压机和气罐(Q1、Q2、……、Qn）监控的输入输出、控制算法等，调相压水气罐（Q1、Q2、……、Qn）监测信号分别由各机组LCU采集后通过监控网络通信至公用现地控制单元LCUn+1控制器中。
其中，气罐(Q n+1、Q n+2、Q n+3）压力可用是机组调相压水、球阀压油罐和调速器压油罐可用的必要条件，所以气罐(Q n+1、Q n+2、Q n+3）压力正常也就是高压气系统投“自动”的必要条件，故气罐(Q n+1、Q n+2、Q n+3）参与ω计算无需设限制条件。
本发明的有益效果：本系统基于电厂计算机监控系统网络设计，以多个气罐压力平衡稳定为控制目标，以动态启停其中不乏台空压机为控制手段，主要思路是通过引入多个高压气罐容积和压力的加权平均值ω，并给每个气罐能否参与加权计算增设限制条件，然后对加权平均值ω设置系列定值，从而实现空压机启停及保护控制，最终实现高压气系统运行科学控制。
附图说明
图1是现地控制单元网络拓扑图。
图2是调相压水气罐参与ω计算限制逻辑图。
具体实施方式
通过梳理全厂高压气系统用户，结合高压气系统供气方式和各储气罐规格，现有高压储气罐7个，包括1-4号机组调相压水气罐（Q1、Q2、Q3、Q4）、综合平衡气罐Q5、球阀储气罐Q6和调速器储气罐Q7；有相同规格高压空压机4台，分别为PO1、PO2、PO3、PO4；4台空压机直接为综合平衡气罐Q5、球阀储气罐Q6和调速器储气罐Q7充气，综合平衡气罐Q5经过减压阀后为1-4号机组调相压水气罐（Q1、Q2、Q3、Q4）实时补气，球阀储气罐Q6经过减压阀后为1-4号机组球阀压力油罐实时补气，调速器储气罐Q7经过减压阀后为1-4号机组调速器压力油罐实时补气。
抽蓄电站调速器是控制水轮机导叶开度，从而实现对水轮发电机组负荷频率调节的设备单元，调速器开关导叶依靠调速器压力油罐高压油提供动力。抽蓄电站球阀是位于蜗壳与高压岔管间，通过油压操作开关起到截断和导通水流作用的设备单元，球阀开关依靠球阀压力油罐高压油提供动力。调速器、球阀压力油罐均采用气压油的方式储能（即压力油罐1/3容积为油，2/3容积为高压空气），形成高压油后操作球阀及导叶。1-4号机组，每台机各设置有1个调速器压力油罐和1个球阀压力油罐。
1-4号机组调相压水气罐分别受监控于1-4号机组现地控制单元（LCU1-LCU4），其他3个高压储气罐（Q5、Q6、Q7）均受监控于厂房公用现地控制单元LCU5，5个现地控制单元均直连于电站计算机监控系统上位机主网（网A、网B），如图1所示。
高压气系统控制对象主要为4台空压机、7个高压储气罐。本项目基于电厂计算机监控系统网络设计，以7个气罐压力平衡稳定为控制目标，以动态启停4台空压机为控制手段，最终实现高压气系统科学运行。主要是通过引入7个高压气罐容积和压力的加权平均值ω，并给每个气罐能否参与加权计算增设限制条件，然后对加权平均值ω设置系列定值，从而实现空压机启停及保护控制。控制程序主要放在公用现地控制单元LCU5控制器里，包括4台空压机和气罐(Q5、Q6、Q7）监控的输入输出、控制算法等，调相压水气罐（Q1、Q2、Q3、Q4）监测信号分别由各机组LCU采集后通过监控网络通信至公用现地控制单元LCU5控制器中。
设备定义及限制。这里对7个高压气罐做如下定义：Q1-Q7气罐的容积分别为V1-V7，压力分别为P1-P7。4台空压机在监控程序中分别设定三个优先级和一台备用，首次设定PO1为第一优先级，PO2为第二优先级，PO3为第三优先级，PO4为备用，首次启动后4台空压机对应优先级自动轮换。根据7个气罐的供受气关系可知，气罐(Q5、Q6、Q7）压力可用是机组调相压水、球阀压油罐和调速器压油罐可用的必要条件，所以气罐(Q5、Q6、Q7）压力正常也就是高压气系统投“自动”的必要条件，故气罐(Q5、Q6、Q7）参与ω计算无需设限制条件。由于气罐（Q1、Q2、Q3、Q4）均受平衡气罐Q5供气，且互相之间没有供受气关系，机组检修时经常需要排空某个调相压水气罐检修，因此为气罐（Q1、Q2、Q3、Q4）设置参与计算限制条件非常必要，实现方法：程序监测到气罐（Q1、Q2、Q3、Q4）中有检修状态时，为相应气罐其参与ω计算赋予常数（额定容积与额定压力乘积），如图2所示。
控制算法。根据上述定义可知，高压气罐容积和压力的加权平均值
Figure 735638DEST_PATH_IMAGE002
。
根据实际气罐容积、压力以及空压机排气量等因素，通过计算和测试，为加权平均值ω设置系列定值。定值ωL1、ωL2、ωL3用于三级启动空压机，控制方法：当ω降至ωL1时，启动优先级一的空压机；当ω降至ωL2时，继续启动优先级二的空压机；当ω降至ωL3时，继续启动优先级三的空压机；空压机启动过程中，当某一优先级空压机故障时，自动启动下一优先级者，直到满足启动台数要求。定值ωH1、ωH2、ωH3用于三级停止空压机，控制方法：当ω升至ωH1时，停止1台空压机运行；当ω升至ωH2时，停止2台空压机运行；当ω升至ωH3时，停止3台空压机运行；在空压机启动补气过程中，气罐(Q5、Q6、Q7）任一压力超高越限报警（该定值可按气罐安全阀动作压力整定），无论ω大小，立即停止全部空压机。上述控制算法忽略其他次要因素，但在实际工程应用中还需结合现场实际，以最终调试结果为准。

Claims (5)

1.一种抽水蓄能电站高压气控制方法，其特征在于，对n+3个高压储气罐做如下定义：高压储气罐Q1～Qn+3的容积分别为V1～Vn+3，压力分别为P1～Pn+3；
n+3个高压储气罐中，包括1～n号机组调相压水气罐Q1、Q2、……、Qn，综合平衡气罐Q n+1，球阀储气罐Q n+2和调速器储气罐Q n+3；有相同规格高压空压机n台，分别为PO1、PO2、……、POn；n台空压机直接为综合平衡气罐Q n+1、球阀储气罐Q n+2和调速器储气罐Qn+3充气，综合平衡气罐Q n+1经过减压阀后为1～n号机组调相压水气罐Q1、Q2、……、Qn实时补气，球阀储气罐Q n+2经过减压阀后为1～n号机组球阀压力油罐实时补气，调速器储气罐Q n+3经过减压阀后为1～n号机组调速器压力油罐实时补气；
1～n号机组调相压水气罐分别受监控于1～n号机组现地控制单元LCU1～LCUn，3个高压储气罐Qn+1、Qn+2和Qn+3均受监控于厂房公用现地控制单元LCUn+1，n+1个现地控制单元LCU1～LCUn+1均直连于电站计算机监控系统上位机主网；
n台空压机在监控程序中分别设定m个优先级和一台备用，首次设定PO1为第一优先级，PO2为第二优先级，……，POm为第三优先级，其余为备用，首次启动后n台空压机对应优先级自动轮换；
由于调相压水气罐Q1、Q2、……、Qn均受平衡气罐Qn+1供气，且互相之间没有供受气关系，机组检修时经常需要排空某个调相压水气罐检修，因此为调相压水气罐Q1、Q2、……、Qn设置参与计算限制条件，实现方法：程序监测到调相压水气罐Q1、Q2、……、Qn中有检修状态时，为相应调相压水气罐其参与ω计算赋予常数，
其中，高压储气罐容积和压力的加权平均值ω：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
根据实际气罐容积、压力以及空压机排气量因素，通过计算和测试，为加权平均值ω设置系列定值；定值ωL1、ωL2、ωL3用于三级启动空压机，控制方法：当ω降至ωL1时，启动优先级一的空压机；当ω降至ωL2时，继续启动优先级二的空压机；当ω降至ωL3时，继续启动优先级三的空压机；空压机启动过程中，当某一优先级空压机故障时，自动启动下一优先级者，直到满足启动台数要求；定值ωH1、ωH2、ωH3用于三级停止空压机，控制方法：当ω升至ωH1时，停止1台空压机运行；当ω升至ωH2时，停止2台空压机运行；当ω升至ωH3时，停止3台空压机运行；在空压机启动补气过程中，高压储气罐Q n+1、Q n+2和Q n+3任一压力超高越限报警，无论ω大小，立即停止全部空压机。
2.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站高压气控制方法，其特征在于，调相压水气罐Q1、Q2、……、Qn的监测信号分别由各机组的现地控制单元LCU1～LCUn采集后通过监控网络通信至公用现地控制单元LCUn+1控制器中。
3.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站高压气控制方法，其特征在于，高压储气罐Q n+1、Q n+2、Q n+3压力可用是机组调相压水、球阀压油罐和调速器压油罐可用的必要条件，高压储气罐Q n+1、Q n+2和Q n+3压力正常是高压气系统投“自动”的必要条件，高压储气罐Qn+1、Q n+2和Q n+3参与ω计算不设限制条件。
4.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站高压气控制方法，其特征在于，在对调相压水气罐Q1、Q2、……、Qn进行检修时，为相应调相压水气罐参与ω计算赋予常数是额定容积与额定压力的乘积。
5.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站高压气控制方法，其特征在于，在空压机启动补气过程中，分别对高压储气罐Q n+1、Q n+2和Q n+3的气罐安全阀动作压力监测，当高压储气罐Q n+1、Q n+2和Q n+3任一气罐安全阀动作压力超高越限报警，无论ω大小，立即停止全部空压机。
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