CN117627736A - 一种新型汽轮发电机自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型汽轮发电机自动控制方法，属于机电控制技术领域，包括转速控制阶段和并网后控制阶段；转速控制阶段，是指根据核岛停堆时长和汽轮机启动状态，将机组的启动细分为多种启动模式，针对不同的启动模式采取不同的控制流程，直至达到额定转速；并网后控制阶段，是指在机组完成启动到额定转速后，机组同期并网，完成初负荷加载并处于阀位控制模式。本发明根据不同状态下机组的启动暖机曲线走向过程，实现机组的全过程自动控制，省略了复杂的热应力计算，整个控制过程简单有效。

Description

一种新型汽轮发电机自动控制方法

技术领域

本发明涉及机电控制技术领域，具体涉及一种新型汽轮发电机自动控制方法。

背景技术

现有的汽轮发电机组控制方法，一般是通过复杂的热应力及算推测机组的热应力值，通过得到的热应力值，从而限制机组的升转速速率或负荷速率。机组的目标转速和功率等，还是需要操作员通过预判，按照启动规划书逐步设定，完成机组的起停。

国内某新型核电机组，由国内某大型核电汽轮机与之配套，其汽轮机为某型全转速火电机组研改而来。鉴于该型核电控制的特殊性，在机组启动和并网后，皆要保证核岛侧一二回路的压力及温度的稳定性，属于完全的机跟堆模式，前期核电项目未曾出现过，因此，该机组的启动过程不再适应于依据转子的热应力而进行启动或停止。

现有技术中，专利CN116255208A公开了一种汽轮机启动方法，其技术方案为，一种汽轮机启动方法，包括如下步骤：确认机组是否具备启动条件，确定启动方式和机组冲转参数，使机组严格按照启动曲线和暖机时间进行操作；点击启动按钮；汽轮机自动挂闸，建立安全油压；判断是否执行暖阀操作；开启主汽门；汽轮机进入自动控制模式，进入汽机摩擦检查；高压内缸上半内壁调节级后金属温度大于设定温度A时，自动设置目标转速B和新的升速率B，开始升速；高压内缸上半内壁调节级后金属温度小于设定温度A时，分多次进行升速和暖机；汽机转速达到目标转速B后，全面检查系统，退出自动启动。

然而，上述启动方法在压力故障或压力失压的情况下，为保证核岛的压力及温度，汽轮机侧压力会快速卸负荷，其速度相当于常规机组的脱网瞬间，对汽轮机的寿命有一定的影响，因此亟待研究一种新型汽轮发电机自动控制方法。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中传统启动方法不再适用于某大型核电汽轮机控制方法的问题，提出一种新型汽轮发电机自动控制方法，该方法以该型机组的长期数据为基础，省略了复杂的热应力计算，让整个控制过程简单有效。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种新型汽轮发电机自动控制方法，其特征在于，包括转速控制阶段和并网后控制阶段；

转速控制阶段，是指根据核岛停堆时长和汽轮机启动状态，将机组的启动细分为多种启动模式，针对不同的启动模式采取不同的控制流程，直至达到额定转速；

并网后控制阶段，是指在机组完成启动到额定转速后，机组同期并网，完成初负荷加载并处于阀位控制模式。

进一步的，当机组停机超过72小时，核岛启动功率平台约15%，机组采用低速率启动；启动流程为：挂闸→调阀阀壳预暖→主汽阀开启→升转速到第一台阶暖机组1小时→升转速到第二台阶暖机组2.3小时→升转速到第三台阶暖机组致机组下半壁金属温度到100℃→升转速到额定转速停留30min以上，等待同期并网。

进一步的，当机组停机在40~72小时，核岛启动功率平台约15%，机组采用低速率启动；启动流程为：挂闸→主汽阀开启→升转速到第一台阶暖机组1小时→升转速到第二台阶暖机组1小时升转速到第三台阶暖机组致机组下半壁金属温度到100℃→升转速到额定转速停留30min以上，等待同期并网。

进一步的，当机组停机在10~40小时，核岛启动功率平台约15%，机组采用低速率启动；启动流程为：挂闸→主汽阀开启→升转速到第一台阶暖机组1小时→升转速到第二台阶暖机组1小时升转速到第三台阶暖机组致机组下半壁金属温度到100℃→升转速到额定转速停留30min以上，等待同期并网。

进一步的，当在第二台阶转速时，若机组下半壁金属温度到100℃以上，可直接升转速到额定转速。

进一步的，当机组停机在10小时内，核岛启动功率平台约15%，机组采用低速率启动；启动流程为：挂闸→主汽阀开启→升转速到额定转速，等待同期并网。

进一步的，当机组停机在1小时内，核岛启动功率平台约25%，机组采用低速率启动，挂闸→主汽阀开启→按设计升速率升转速到额定转速，等待同期并网。

进一步的，机组带负荷后的自动控制过程包括：

并网→汽轮机带初负荷并处于阀位控制模式→核岛自动升负荷，将主蒸汽压力升高，汽轮机滑压运行→主蒸汽压力到额定压力，汽轮机主动调整负荷目标到25%以上→汽轮机自动负荷按照启动状态给出负荷率→旁排关闭，汽轮机负荷与核岛功率相匹配→汽轮机控制自动进入压力控制模式→核岛升功率，汽轮机保持压力恒定，跟随核岛升功率到额定负荷。

进一步的，核岛停堆时长以核岛停堆信号做计时判定；汽轮机冷热状态以汽轮机缸体内壁温度测量值所处区间为判定依据；转速台阶以调节系统转速测量值为判定依据；并网判定以发电机油开关及电网开关状态为判定依据。

进一步的，功率匹配以核岛处理与汽轮发电机功率测量为判定依据；压力投入以压力实际测量，旁排关闭信号及首次接受阀位模式作为判定依据。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明的自动控制方法，按照不同状态下机组的启动暖机曲线走向过程，来实现机组的全过程自动控制；该方法以该型机组的长期数据为基础，省略了复杂的热应力计算，让整个控制过程简单有效。

2、本发明的自动控制方法由机组的启动前状态统一作为后续启动判定。从机组的转速控制到满负荷过程，皆可以由程序控制来完成，操作员可以最少的干预机组的控制。

3、本发明的自动控制方法，在并网后控制阶段进入自动投入压力模式，使得反应堆具备更好的恒温及恒压效果。

附图说明

图1为本发明的控制方法流程示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种新型汽轮发电机自动控制方法，该方法结合某国产汽轮机的控制系统实现，所述的控制系统主要包含的元器件包括：标准机柜 800*800*2200、工程师站、操作员站、控制器 （冗余）、交换机 （冗余）、电源、开关组件、隔离转换器、卡键基座、AI卡、AO卡、DI卡、DO卡及Do扩展端、发梦比例卡等。基于上述硬件平台，本发明按照以下步骤实施自动控制方法：

步骤一、针对转速控制阶段的自动化控制

首先，根据核岛停堆时长和汽轮机启动状态，将机组的启动细分为：汽轮机冷态启动（长期停机）、汽轮机冷态启动（机组停机40~72小时）、汽轮机温态启动（机组停机10~40小时）和汽轮机热态启动（机组停机小于10小时）。

其中，核岛停堆时长以核岛停堆信号做计时判定；汽轮机冷热状态以汽轮机缸体内壁温度测量值所处区间为判定依据；转速台阶以调节系统转速测量值为判定依据；并网判定以发电机油开关及电网开关状态为判定依据。

1）针对汽轮机冷态启动（长期停机）

汽轮机冷态启动（长期停机）是指机组停机超过72小时，核岛启动功率平台约15%，机组采用低速率启动，启动速率约为100RPM/M。

在该状态下，机组的自动控制流程设计如下：

挂闸→调阀阀壳预暖（1小时）→主汽阀开启→升转速到第一台阶（500RPM）暖机组1小时→升转速到第二台阶（1300RPM）暖机组2.3小时→升转速到第三台阶（2000RPM）暖机组至机组下半壁金属温度到100℃→升转速到额定转速（3000RPM）停留30min以上，等待同期并网。

注：当在第二台阶转速时，如机组下半壁金属温度到100℃以上，可直接升转速到额定转速。

2）针对轮机冷态启动（机组停机40~72小时）

汽轮机冷态启动是指机组停机在40~72小时，核岛启动功率平台约15%，机组采用低速率启动（约100RPM/M）。

该状态下机组的自动控制过程流程设计如下：

挂闸→主汽阀开启→升转速到第一台阶（500RPM）暖机组1小时→升转速到第二台阶（1300RPM）暖机组1小时升转速到第三台阶（2000RPM）暖机组致机组下半壁金属温度到100℃→升转速到额定转速（3000RPM）停留30min以上，等待同期并网。

注：当在第二阶转速时，如机组下半壁金属温度到100℃以上，可直接升转速到额定转速。

3）针对汽轮机温态启动（机组停机10~40小时）

汽轮机温态启动是指机组停机在10~40小时，核岛启动功率平台约15%，机组采用低速率启动（约150RPM/M）；

该状态下机组的自动控制过程流程设计如下：

挂闸→主汽阀开启→升转速到第一台阶（500RPM）暖机组1小时→升转速到第二台阶（1300RPM）暖机组1小时升转速到第三台阶（2000RPM）暖机组致机组下半壁金属温度到100℃→升转速到额定转速（3000RPM）停留30min以上，等待同期并网。

注：当在第二阶转速时，如机组下半壁金属温度到100℃以上，可直接升转速到额定转速。

4）针对汽轮机热态启动（机组停机小于10小时）

汽轮机热态启动机组停机在10小时内，核岛启动功率平台约15%，机组采用低速率启动（约300RPM/M）；

该状态下机组的自动控制过程流程设计如下：

挂闸→主汽阀开启→升转速到额定转速（3000RPM），等待同期并网。

5）针对汽轮机极热态启动（机组停机小于1小时）

汽轮机极热态启动是指机组停机在1小时内，核岛启动功率平台约25%，机组采用低速率启动（约300RPM/M）；

该状态下机组的自动控制过程流程设计如下：

挂闸→主汽阀开启→按设计升速率升转速到额定转速（3000RPM），等待同期并网。

步骤二、针对并网后的自动化过程控制

在机组完成启动到额定转速后，机组可以同期并网，完成初负荷加载并处于阀位控制模式。

带负荷后自动控制如下：

并网→汽轮机带初负荷并处于阀位模式→核岛自动升负荷（1%L/min~1%），将主蒸汽压力升高，汽轮机滑压运行→主蒸汽压力到额定压力，汽轮机主动调整负荷目标到25%以上→汽轮机自动负荷按照启动状态（冷态/温态/热态/极热态）给出负荷率（0.3~5%L/min）→旁排关闭，汽轮机负荷与核岛功率相匹配→汽轮机控制自动进入压力控制模式→核岛升功率，汽轮机保持压力恒定，跟随核岛升功率到额定负荷。

其中，功率匹配以核岛处理与汽轮发电机功率测量为判定依据；压力投入以压力实际测量，旁排关闭信号及首次接受阀位模式作为判定依据。

自动投入压力模式为自动为记忆一次性模式，当由于某种原因造（人为切除或压力扰动切除）成压力模式解除后，如需要再次进入压力模式，需要操作员的干预方可再次投入主蒸汽压力控制模式。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型汽轮发电机自动控制方法，其特征在于，包括转速控制阶段和并网后控制阶段；

转速控制阶段，是指根据核岛停堆时长和汽轮机启动状态，将机组的启动细分为多种启动模式，针对不同的启动模式采取不同的控制流程，直至达到额定转速；

并网后控制阶段，是指在机组完成启动到额定转速后，机组同期并网，完成初负荷加载并处于阀位控制模式。

2.根据权利要求1所述的一种新型汽轮发电机自动控制方法，其特征在于，当机组停机超过72小时，核岛启动功率平台约15%，机组采用低速率启动；启动流程为：挂闸→调阀阀壳预暖→主汽阀开启→升转速到第一台阶暖机组1小时→升转速到第二台阶暖机组2.3小时→升转速到第三台阶暖机组致机组下半壁金属温度到100℃→升转速到额定转速停留30min以上，等待同期并网。

3.根据权利要求1所述的一种新型汽轮发电机自动控制方法，其特征在于，当机组停机在40~72小时，核岛启动功率平台约15%，机组采用低速率启动；启动流程为：挂闸→主汽阀开启→升转速到第一台阶暖机组1小时→升转速到第二台阶暖机组1小时升转速到第三台阶暖机组致机组下半壁金属温度到100℃→升转速到额定转速停留30min以上，等待同期并网。

4.根据权利要求1所述的一种新型汽轮发电机自动控制方法，其特征在于，当机组停机在10~40小时，核岛启动功率平台约15%，机组采用低速率启动；启动流程为：挂闸→主汽阀开启→升转速到第一台阶暖机组1小时→升转速到第二台阶暖机组1小时升转速到第三台阶暖机组致机组下半壁金属温度到100℃→升转速到额定转速停留30min以上，等待同期并网。

5.根据权利要求2、3或4所述的一种新型汽轮发电机自动控制方法，其特征在于，当在第二台阶转速时，若机组下半壁金属温度到100℃以上，可直接升转速到额定转速。

6.根据权利要求1所述的一种新型汽轮发电机自动控制方法，其特征在于，当机组停机在10小时内，核岛启动功率平台约15%，机组采用低速率启动；启动流程为：挂闸→主汽阀开启→升转速到额定转速，等待同期并网。

7.根据权利要求1所述的一种新型汽轮发电机自动控制方法，其特征在于，当机组停机在1小时内，核岛启动功率平台约25%，机组采用低速率启动，挂闸→主汽阀开启→按设计升速率升转速到额定转速，等待同期并网。

8.根据权利要求1所述的一种新型汽轮发电机自动控制方法，其特征在于，机组带负荷后的自动控制过程包括：

并网→汽轮机带初负荷并处于阀位控制模式→核岛自动升负荷，将主蒸汽压力升高，汽轮机滑压运行→主蒸汽压力到额定压力，汽轮机主动调整负荷目标到25%以上→汽轮机自动负荷按照启动状态给出负荷率→旁排关闭，汽轮机负荷与核岛功率相匹配→汽轮机控制自动进入压力控制模式→核岛升功率，汽轮机保持压力恒定，跟随核岛升功率到额定负荷。

9.根据权利要求1所述的一种新型汽轮发电机自动控制方法，其特征在于，核岛停堆时长以核岛停堆信号做计时判定；汽轮机冷热状态以汽轮机缸体内壁温度测量值所处区间为判定依据；转速台阶以调节系统转速测量值为判定依据；并网判定以发电机油开关及电网开关状态为判定依据。

10.根据权利要求8所述的一种新型汽轮发电机自动控制方法，其特征在于，功率匹配以核岛处理与汽轮发电机功率测量为判定依据；压力投入以压力实际测量，旁排关闭信号及首次接受阀位模式作为判定依据。