CN112412549A - 一种汽轮机两级旁路控制系统 - Google Patents

一种汽轮机两级旁路控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽轮机两级旁路控制系统,所述系统包括高压旁路控制子系统和低压旁路控制子系统,且所述高压旁路控制子系统与所述低压旁路控制子系统相连接;其中,所述高压旁路控制子系统用于在火电机组发生快速甩负荷故障的情况下对流经汽轮机的主蒸汽进行分流控制;所述低压旁路控制子系统用于在火电机组发生快速甩负荷故障的情况下对所述高压旁路控制子系统所输出的出口蒸汽进行再分流控制以及完成回收工质。在本发明实施例中,通过利用高压旁路控制子系统和低压旁路控制子系统的协同运作可实现对主蒸汽的有效控制处理,使得汽轮机组可适应快速升降负荷状态,缩短机组启动时间,从而延长机组使用寿命。

Description

一种汽轮机两级旁路控制系统
技术领域
本发明涉及汽轮机控制技术领域,具体而言,涉及一种汽轮机两级旁路控制系统。
背景技术
当电网中负荷在35%以上的运行发电机组与电网发生解列且造成大面积停电故障时,快速甩负荷的功能在于快速切除火电机组的对外供电负荷,使其工作在孤岛运行状态,此时机组的发电机出口跳闸、锅炉和汽轮机正常带厂用电运行。与此同时,利用厂用电可以作为“黑启动”电源,为自身快速恢复供电以及其他电厂提供启动电源。基于上述工作原理,高低压旁路系统在大型火电机组中成为必不可少的控制部分,其作用是将流经汽轮机的大流量蒸汽进行调节、降温或降压等处理,使进入汽轮机的蒸汽温度、压力及流量在机组所要求的范围之内,使得火电机组的安全运行得到重要保障。特别在机组运行工况突变时,尤其是当汽轮机机组发生快速甩负荷后,流入汽轮机高压缸、中压缸与低压缸的蒸汽控制与汽轮机的协调运行有着重要的联系。
常见的汽轮机旁路系统有三种:一级旁路系统、两级旁路系统和三级旁路系统;其中,一级旁路系统虽然最为简单,但缺乏对内部器件的保护功能,三级旁路系统虽然有助于汽轮机机组适应复杂的工况,但其结构最为复杂,造成投资成本较高且操作繁琐,因此两级旁路系统成为大部分电力技术人员的研究重点。然而目前针对汽轮机机组的两级旁路系统的分析,仅仅是对该系统的结构组成、控制模式以及高压/中压/低压旁路控制方式进行初步的描述,未能投入正常使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,本发明提供了一种汽轮机两级旁路控制系统,通过利用高压旁路控制子系统和低压旁路控制子系统的协同运作可实现对主蒸汽的有效控制处理,使得汽轮机组可适应快速升降负荷状态,缩短机组启动时间,从而延长机组使用寿命。
为了解决上述问题,本发明提出了一种汽轮机两级旁路控制系统,所述系统包括高压旁路控制子系统和低压旁路控制子系统,且所述高压旁路控制子系统与所述低压旁路控制子系统相连接;其中,
所述高压旁路控制子系统用于在火电机组发生快速甩负荷故障的情况下对流经汽轮机的主蒸汽进行分流控制;
所述低压旁路控制子系统用于在火电机组发生快速甩负荷故障的情况下对所述高压旁路控制子系统所输出的出口蒸汽进行再分流控制以及完成回收工质。
可选的实施方式,所述高压旁路控制子系统包括锅炉、过热器、再热器、高压旁路和高压缸;
所述锅炉的输出端通过所述过热器与所述高压旁路相连接,所述高压旁路与所述再热器相连接;所述锅炉的输出端通过所述过热器与所述高压缸相连接,所述高压旁路与所述高压缸相连接,所述高压缸与所述再热器相连接。
可选的实施方式,所述低压旁路控制子系统包括低压旁路、中压缸、低压缸和凝汽器;
所述中压缸与所述再热器相连接,所述低压缸与所述中压缸相连接,所述凝汽器与所述低压缸相连接;所述低压旁路与所述再热器相连接,所述凝汽器与所述低压旁路相连接。
可选的实施方式,所述系统还包括旁路运作控制子系统;
所述旁路运作控制子系统与所述高压旁路的控制端相连接,所述旁路运作控制子系统与所述低压旁路的控制端相连接;且所述旁路运作控制子系统用于对所述高压旁路和所述低压旁路的旁路开度以及旁路减温水流量进行限制。
可选的实施方式,所述旁路开度的数学模型为:
Figure BDA0002782258420000031
其中,PGVp为旁路开度,ppr为旁路入口蒸汽压力,pref为压力参考值,KP为比例系数,KI为积分系数,KD为微分系数,s为偏差值。
可选的实施方式,所述旁路减温水流量的数学模型为:
Figure BDA0002782258420000032
其中,Gpr为旁路减温水流量,tpc为旁路出口蒸汽温度,tref为温度参考值,f(x)为流量前馈函数。
可选的实施方式,所述系统还包括旁路蒸汽流量控制子系统;
所述旁路蒸汽流量控制子系统与所述高压旁路的控制端相连接,所述旁路蒸汽流量控制子系统与所述低压旁路的控制端相连接;且所述旁路蒸汽流量控制子系统用于对所述高压旁路和所述低压旁路的旁路入口蒸汽流量和旁路出口蒸汽流量进行协调。
可选的实施方式,所述旁路入口蒸汽流量的数学模型为:
Figure BDA0002782258420000033
其中,Dpr为旁路入口蒸汽流量,Cbp为旁路容量,tpr0为旁路全开时的旁路入口额定蒸汽温度,ppr0为额定蒸汽压力,tpr为入口蒸汽温度。
可选的实施方式,所述旁路出口蒸汽流量的数学模型为:
Dpc=Dpr+Gpr
其中,Dpc为旁路出口蒸汽流量,Gpr为减温水汽化量。
在本发明实施例中,通过利用高压旁路控制子系统和低压旁路控制子系统的协同运作可实现对主蒸汽的有效控制处理,与此同时基于旁路运作控制子系统和旁路蒸汽流量控制子系统的配合控制可对以上两个旁路控制子系统的工作参数进行实时调节,有助于协调汽轮机组与锅炉间的不平衡蒸汽量,使得汽轮机组可适应快速升降负荷状态,改善机组启动性能,从而延长机组使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见的,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的汽轮机两级旁路控制系统的结构组成示意图;
图2是本发明实施例中的汽轮机两级旁路控制系统的硬件结构组成示意图;
图3是本发明实施例中的旁路运作控制子系统的内部组成示意图;
图4是本发明实施例中的旁路蒸汽流量控制子系统的内部组成示意图;
图5是本发明实施例中的汽轮机负荷变化引起的高压旁路阀门开度的仿真结果;
图6是本发明实施例中的汽轮机负荷变化引起的低压旁路阀门开度的仿真结果;
图7是本发明实施例中的汽轮机负荷变化时旁路阀开启引起的蒸汽压力变化的仿真结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1,图1示出了本发明实施例中的汽轮机两级旁路控制系统的结构组成示意图。
如图1所示,一种汽轮机两级旁路控制系统,所述系统包括高压旁路控制子系统、低压旁路控制子系统、旁路运作控制子系统和旁路蒸汽流量控制子系统。
基本的,所述高压旁路控制子系统与所述低压旁路控制子系统相连接,所述旁路运作控制子系统与所述高压旁路控制子系统的旁路控制端相连接,所述旁路蒸汽流量控制子系统与所述低压旁路控制子系统的旁路控制端相连接。在具体实施过程中,所述高压旁路控制子系统用于在火电机组发生快速甩负荷故障的情况下对流经汽轮机的主蒸汽进行分流控制;所述低压旁路控制子系统用于在火电机组发生快速甩负荷故障的情况下对所述高压旁路控制子系统所输出的出口蒸汽进行再分流控制以及完成回收工质;所述旁路运作控制子系统用于对所述高压旁路控制子系统与所述低压旁路控制子系统的旁路开度以及旁路减温水流量进行限制;所述旁路蒸汽流量控制子系统用于对所述高压旁路控制子系统与所述低压旁路控制子系统的旁路入口蒸汽流量和旁路出口蒸汽流量进行协调。
结合图2所示出的本发明实施例中的汽轮机两级旁路控制系统的硬件结构组成示意图,对所述高压旁路控制子系统与所述低压旁路控制子系统的内部结构进行如下说明:
进一步的,所述高压旁路控制子系统包括锅炉、过热器、再热器、高压旁路和高压缸;其中所述锅炉的输出端通过所述过热器与所述高压旁路相连接,所述高压旁路与所述再热器相连接;所述锅炉的输出端通过所述过热器与所述高压缸相连接,所述高压旁路与所述高压缸相连接,所述高压缸与所述再热器相连接。
进一步的,所述低压旁路控制子系统包括低压旁路、中压缸、低压缸和凝汽器;其中,所述中压缸与所述再热器相连接,所述低压缸与所述中压缸相连接,所述凝汽器与所述低压缸相连接;所述低压旁路与所述再热器相连接,所述凝汽器与所述低压旁路相连接。
在本发明实施过程中,所述高压旁路控制子系统的入口管道从主蒸汽管道接出,此时从所述锅炉流入汽轮机的主蒸汽一部分直接进入所述高压缸做功后再将剩余蒸汽流入所述再热器中,而该主蒸汽的另一部分则通过所述高压旁路管道流入到所述再热器中,以此可实现对所再热器的保护功能;所述低压旁路控制子系统的入口管道从所述再热器的蒸汽管道接出,同理从所述再热器流出的二次蒸汽一部分直接进入所述中压缸和所述低压缸双重做功后再将剩余蒸汽汇入到所述凝汽器中,而该二次蒸汽的另一部分则通过所述低压旁路管道流入到所述凝汽器中,由所述凝汽器实现回收工质功能。基于所述高压旁路控制子系统和所述低压旁路控制子系统的硬件控制过程,可协调锅炉产汽量和汽轮机用汽量之间的不平衡状态,改善火电机组的启动和负荷特性,从而提高火电机组的安全性、灵活性和负荷适应性。
在本发明实施例中,所述高压旁路控制子系统和所述低压旁路控制子系统的相互作用在于:所述高压旁路控制子系统可实现所述中压缸启动和切缸前与所述高压缸相隔离,而所述低压旁路控制子系统可控制所述再热器的蒸汽压力,且在启动初期可自动完成调节和控制所述中压缸启动的运行参数。
基于火电机组发生快速甩负荷故障的情况,依次流经汽轮机的高压缸、中压缸和低压缸的蒸汽流量会迅速减小,造成锅炉出口的蒸汽流量和汽轮机入口的蒸汽流量之间的平衡状态被破坏,此时对汽轮机中的高压旁路和低压旁路的控制利用可缓解目前所存在的不平衡状态,从而使得汽轮机运行过程中所依赖的主蒸汽压力、流量、温度等相关参数降低到可满足火电机组长时间带厂用电孤岛运行状态所允许的范围之内。
结合图3所示出的本发明实施例中的旁路运作控制子系统的内部组成示意图,以及图4所示出的本发明实施例中的旁路蒸汽流量控制子系统的内部组成示意图,可针对以上问题的参数控制原理进行如下说明:
更详细地,所述旁路运作控制子系统与所述高压旁路的控制端相连接,所述旁路运作控制子系统与所述低压旁路的控制端相连接;所述旁路运作控制子系统主要用于对所述高压旁路和所述低压旁路的旁路开度以及旁路减温水流量进行限制,其中:
A1.所述旁路开度的数学模型为:
Figure BDA0002782258420000061
式中,PGVp为旁路开度,ppr为旁路入口蒸汽压力,pref为压力参考值,KP为比例系数,KI为积分系数,KD为微分系数,s为偏差值;
A2.所述旁路减温水流量的数学模型为:
Figure BDA0002782258420000071
式中,Gpr为旁路减温水流量,tpc为旁路出口蒸汽温度,tref为温度参考值,f(x)为流量前馈函数。
更详细地,所述旁路蒸汽流量控制子系统与所述高压旁路的控制端相连接,所述旁路蒸汽流量控制子系统与所述低压旁路的控制端相连接;所述旁路蒸汽流量控制子系统主要用于对所述高压旁路和所述低压旁路的旁路入口蒸汽流量和旁路出口蒸汽流量进行协调,其中:
B1.所述旁路入口蒸汽流量的数学模型为:
Figure BDA0002782258420000072
式中,Dpr为旁路入口蒸汽流量,Cbp为旁路容量,tpr0为旁路全开时的旁路入口额定蒸汽温度,ppr0为额定蒸汽压力,tpr为入口蒸汽温度。
B2.所述旁路出口蒸汽流量的数学模型为:
Dpc=Dpr+Gpr
式中,Dpc为旁路出口蒸汽流量,Gpr为减温水汽化量。
结合上述对所述汽轮机两级旁路控制系统的展开描述,利用ADPSS仿真环境对所述汽轮机两级旁路控制系统进行建模与仿真分析,具体如下:
其一,图5示出了本发明实施例中的汽轮机负荷变化引起的高压旁路阀门开度的仿真结果,可知:当火电机组发生甩负荷后,引起高压旁路阀门开启,缓解汽轮机入口的蒸汽压力,且当OPC超速保护退出后,高中压调门重新开启,此时高压旁路开度减小至最终的稳定状态;
其二,图6示出了本发明实施例中的汽轮机负荷变化引起的低压旁路阀门开度的仿真结果,可知:当汽轮机负荷突然降低后,引起低压旁路阀门快速开启,使得流入再热器的蒸汽压力降低。
其三,图7示出了本发明实施例中的汽轮机负荷变化时旁路阀开启引起的蒸汽压力变化的仿真结果,可知:当高低压旁路开启后,主蒸汽压力减小,可缓解锅炉出口蒸汽的不平衡状态。
在本发明实施例中,通过利用高压旁路控制子系统和低压旁路控制子系统的协同运作可实现对主蒸汽的有效控制处理,与此同时基于旁路运作控制子系统和旁路蒸汽流量控制子系统的配合控制可对以上两个旁路控制子系统的工作参数进行实时调节,有助于协调汽轮机组与锅炉间的不平衡蒸汽量,使得汽轮机组可适应快速升降负荷状态,改善机组启动性能,从而延长机组使用寿命。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序可以存储于一计算机可读存储介质中,存储介质可以包括:只读存储器(ROM,Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM,RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种汽轮机两级旁路控制系统进行了详细介绍,本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种汽轮机两级旁路控制系统,其特征在于,所述系统包括高压旁路控制子系统和低压旁路控制子系统,且所述高压旁路控制子系统与所述低压旁路控制子系统相连接;其中,
所述高压旁路控制子系统用于在火电机组发生快速甩负荷故障的情况下对流经汽轮机的主蒸汽进行分流控制;
所述低压旁路控制子系统用于在火电机组发生快速甩负荷故障的情况下对所述高压旁路控制子系统所输出的出口蒸汽进行再分流控制以及完成回收工质。
2.根据权利要求1所述的汽轮机两级旁路控制系统,其特征在于,所述高压旁路控制子系统包括锅炉、过热器、再热器、高压旁路和高压缸;
所述锅炉的输出端通过所述过热器与所述高压旁路相连接,所述高压旁路与所述再热器相连接;所述锅炉的输出端通过所述过热器与所述高压缸相连接,所述高压旁路与所述高压缸相连接,所述高压缸与所述再热器相连接。
3.根据权利要求2所述的汽轮机两级旁路控制系统,其特征在于,所述低压旁路控制子系统包括低压旁路、中压缸、低压缸和凝汽器;
所述中压缸与所述再热器相连接,所述低压缸与所述中压缸相连接,所述凝汽器与所述低压缸相连接;所述低压旁路与所述再热器相连接,所述凝汽器与所述低压旁路相连接。
4.根据权利要求3所述的汽轮机两级旁路控制系统,其特征在于,所述系统还包括旁路运作控制子系统;
所述旁路运作控制子系统与所述高压旁路的控制端相连接,所述旁路运作控制子系统与所述低压旁路的控制端相连接;且所述旁路运作控制子系统用于对所述高压旁路和所述低压旁路的旁路开度以及旁路减温水流量进行限制。
5.根据权利要求4所述的汽轮机两级旁路控制系统,其特征在于,所述旁路开度的数学模型为:
Figure FDA0002782258410000021
其中,PGVp为旁路开度,ppr为旁路入口蒸汽压力,pref为压力参考值,KP为比例系数,KI为积分系数,KD为微分系数,s为偏差值。
6.根据权利要求5所述的汽轮机两级旁路控制系统,其特征在于,所述旁路减温水流量的数学模型为:
Figure FDA0002782258410000022
其中,Gpr为旁路减温水流量,tpc为旁路出口蒸汽温度,tref为温度参考值,f(x)为流量前馈函数。
7.根据权利要求6所述的汽轮机两级旁路控制系统,其特征在于,所述系统还包括旁路蒸汽流量控制子系统;
所述旁路蒸汽流量控制子系统与所述高压旁路的控制端相连接,所述旁路蒸汽流量控制子系统与所述低压旁路的控制端相连接;且所述旁路蒸汽流量控制子系统用于对所述高压旁路和所述低压旁路的旁路入口蒸汽流量和旁路出口蒸汽流量进行协调。
8.根据权利要求7所述的汽轮机两级旁路控制系统,其特征在于,所述旁路入口蒸汽流量的数学模型为:
Figure FDA0002782258410000023
其中,Dpr为旁路入口蒸汽流量,Cbp为旁路容量,tpr0为旁路全开时的旁路入口额定蒸汽温度,ppr0为额定蒸汽压力,tpr为入口蒸汽温度。
9.根据权利要求8所述的汽轮机两级旁路控制系统,其特征在于,所述旁路出口蒸汽流量的数学模型为:
Dpc=Dpr+Gpr
其中,Dpc为旁路出口蒸汽流量,Gpr为减温水汽化量。
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