單元機(jī)組的控制及調(diào)節(jié)

單元機(jī)組的控制與調(diào)節(jié)鍋爐發(fā)電機(jī)DCS電網(wǎng)燃料水空氣汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件第一節(jié)單元機(jī)組的負(fù)荷控制一、單元機(jī)組負(fù)荷控制的特點(diǎn)機(jī)組熱控技術(shù)已達(dá)到了一個(gè)嶄新的水平——隨著機(jī)組參數(shù)和容量的提高——隨著計(jì)算機(jī)的采用和控制儀表的進(jìn)步以DCS為手段的自動(dòng)控制系統(tǒng)有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行擔(dān)負(fù)著：主、輔機(jī)參數(shù)控制、回路調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖保護(hù)、順序控制、參數(shù)顯示、異常報(bào)警、性能計(jì)算、趨勢(shì)記錄、報(bào)表輸出等功能?！且粋€(gè)功能齊全的綜合體系汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)有27種功能，如圖：（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）（2）模擬量控制系統(tǒng)（CCS）（3）爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)（FSSS）（4）汽輪機(jī)控制系統(tǒng)（DEH）（5）汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)儀表（TSI）（6）汽輪機(jī)旁路控制系統(tǒng)（BPCS）（7）發(fā)電機(jī)氫水油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（8）輔機(jī)順序控制系統(tǒng)（SCS）（9）給水泵小汽輪機(jī)控制系統(tǒng)（MEH）主要功能有：汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件功能構(gòu)成示意圖大型機(jī)組控制系統(tǒng)-功能構(gòu)成示意圖2023/2/24遼電大連培訓(xùn)中心主要功能可以概括為……自動(dòng)檢測(cè)自動(dòng)保護(hù)順序控制連續(xù)控制管理和信息處理汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件二、單元機(jī)組負(fù)荷控制的主要系統(tǒng)這些系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷控制的功能包括：計(jì)算機(jī)監(jiān)視（數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)機(jī)爐協(xié)調(diào)主控制系統(tǒng)鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)汽輪機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)電機(jī)和電氣控制系統(tǒng)旁路控制系統(tǒng)輔助設(shè)備及支持系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)就地控制系統(tǒng)——為一系列的自動(dòng)化系統(tǒng)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件1、計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)包括：廠級(jí)監(jiān)視用計(jì)算機(jī)及分散控制系統(tǒng)的數(shù)字采集系統(tǒng)作用：對(duì)鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及電氣系統(tǒng)生產(chǎn)過程參數(shù)一和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視主要功能：數(shù)字采集處理、越限報(bào)警、屏幕顯示、性能計(jì)一算、操作指導(dǎo)、打印制表、事故追憶打印和事一件順序記錄和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等特點(diǎn)：1）增強(qiáng)了各儀表控制系統(tǒng)之間的聯(lián)系2）取代了大部分常規(guī)儀表3）提高了對(duì)機(jī)組的監(jiān)視能力4）存貯了大量的歷史數(shù)據(jù)5）增強(qiáng)了數(shù)據(jù)處理能力汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件2、機(jī)爐協(xié)調(diào)主控制系統(tǒng)兩個(gè)功能：調(diào)節(jié)功能邏輯判斷功能（異常時(shí)聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作）作用：根據(jù)負(fù)荷調(diào)度命令和電力系統(tǒng)頻率，在一單元機(jī)組所能承擔(dān)負(fù)荷的情況下，對(duì)汽一輪機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)和鍋爐自動(dòng)控制發(fā)出一指揮和控制指令另：按負(fù)荷需求和機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)采用不同的一運(yùn)行方式汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件3、鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)包括：1）鍋爐的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)（或稱鍋爐主控制器）——給水調(diào)節(jié)；燃料量調(diào)節(jié)；送風(fēng)量調(diào)節(jié)；爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)；過熱汽溫和再熱汽溫調(diào)節(jié)；——為單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成部分2）爐膛安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）——又稱：“鍋爐燃燒器管理系統(tǒng)”——包括燃燒器管理和安全保護(hù)兩大部分——主要功能包括鍋爐運(yùn)行安全功能、操一作功能、和火焰檢測(cè)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件4、汽輪機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（調(diào)速系統(tǒng)，對(duì)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷連續(xù)調(diào)控）汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)（保護(hù)動(dòng)作時(shí)自動(dòng)關(guān)閉主汽門，停機(jī)）超速保護(hù)低真空保護(hù)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)是自動(dòng)主汽門汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)（固有保護(hù)裝置之外的安全監(jiān)視、保護(hù)）包括：汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速；軸向位移；相對(duì)膨脹；軸承振動(dòng)；轉(zhuǎn)子撓度；推力軸瓦和支持軸瓦溫度；汽輪機(jī)自啟?？刂葡到y(tǒng)（保證機(jī)組安全短時(shí)啟、停）——控制熱應(yīng)力、延長(zhǎng)機(jī)組壽命、實(shí)現(xiàn)壽命管理汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件5、發(fā)電機(jī)和電氣控制系統(tǒng)圖（1）發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)——?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)控制發(fā)電機(jī)電壓和無功功率——調(diào)速系統(tǒng)控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和有功功率——自動(dòng)同期并列裝置和斷路器控制同期并列——自控系統(tǒng)控制經(jīng)濟(jì)運(yùn)行組合和分配（2）廠用電控制系統(tǒng)——確保廠用電不致中斷——廠用電包括備用電源和緊急直流電源——設(shè)有備用電源自動(dòng)投入裝置、蓄電池、UPS汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件6、輔助設(shè)備及各支持系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)——火電廠輔助系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)大多屬于順序控制系統(tǒng)作用：保證這些系統(tǒng)的安全運(yùn)行包括：——輸煤控制系統(tǒng)；——鍋爐吹灰控制系統(tǒng)；——鍋爐補(bǔ)給水處理控制系統(tǒng)；——給水啟停控制；——風(fēng)機(jī)啟停控制；——鍋爐啟停系統(tǒng)控制；——煤粉制備系統(tǒng)控制；汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件火電廠電氣自動(dòng)控制：汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件三、汽輪發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的調(diào)節(jié)（一）有功負(fù)荷與頻率調(diào)節(jié)概述通過控制發(fā)電機(jī)有功出力來跟蹤電力系統(tǒng)負(fù)荷變化，從而維持頻率等于額定值，同時(shí)滿足互聯(lián)電力系統(tǒng)之間按計(jì)劃要求交換功率通常稱為：電力系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)電控制或：電力系統(tǒng)負(fù)荷與頻率控制汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件有功功率和頻率自動(dòng)控制主要任務(wù)：一次調(diào)頻——使系統(tǒng)的總發(fā)電出力滿足系統(tǒng)一總負(fù)荷的要求——主要由汽輪機(jī)的調(diào)速控制實(shí)現(xiàn)二次調(diào)頻——使電力系統(tǒng)運(yùn)行頻率與額定頻一率之間的誤差趨于零——由調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的頻率特性實(shí)現(xiàn)合理分配發(fā)電出力——在電力系統(tǒng)各成員之一間使聯(lián)絡(luò)線交換的功率滿一足預(yù)先商定的計(jì)劃值——以此保證運(yùn)行水平和各方利益汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件另外：有功功率和頻率的調(diào)節(jié)控制還涉及：——機(jī)組調(diào)速器的結(jié)構(gòu)和工作原理；——調(diào)速系統(tǒng)的工作特性；——電力系統(tǒng)負(fù)荷的頻率特性；——電力系統(tǒng)的調(diào)頻方法；有功功率和頻率的調(diào)節(jié)控制還與電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制（電力系統(tǒng)運(yùn)行方式）密切相關(guān)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件（二）單元機(jī)組的有功功率控制電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷（1）隨機(jī)分量（2）脈動(dòng)分量（3）持續(xù)分量時(shí)間負(fù)荷PLPL3PL2PL11、電力系統(tǒng)的有功功率平衡——系統(tǒng)負(fù)荷功率變化是隨機(jī)的PL1——是持續(xù)負(fù)荷分量，變化緩慢、幅一度大，取決于生產(chǎn)和生活規(guī)律PL3——是隨機(jī)負(fù)荷分量，變化快、幅一度很小，引起頻率偏移很小，可一有一次調(diào)頻來調(diào)節(jié)PL2——是脈動(dòng)負(fù)荷分量，變化幅度大，一引起的頻率偏移較大，須通過二一次調(diào)頻來調(diào)節(jié)——調(diào)節(jié)的機(jī)組功率與PL2、PL3一

之和相平衡的——須有足夠的“熱備用”汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件2、電力系統(tǒng)頻率特性與頻率變化基本無關(guān)的負(fù)荷，如：照明、電熱、整流與頻率成正比的負(fù)荷，如：機(jī)床、球磨機(jī)、往復(fù)水泵——負(fù)荷特點(diǎn)是阻力矩為常數(shù)與頻率2次方成正比的負(fù)荷，如：鐵心渦流；份額小與頻率3次方成正比的負(fù)荷，如：泵與風(fēng)機(jī)與頻率更高次方成正比的負(fù)荷，如：特殊泵將上述各類負(fù)荷綜合，可得有功功率與頻率的關(guān)系為：其相對(duì)值：汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件3、發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)控制特性——負(fù)荷變化與轉(zhuǎn)速變化之間的關(guān)系總框圖：ΔPD－ΔPG+Δω發(fā)電機(jī)及負(fù)荷原動(dòng)機(jī)調(diào)速器ΔPR+－傳遞函數(shù)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件（1）發(fā)電機(jī)組特性轉(zhuǎn)子以恒定轉(zhuǎn)速ω0運(yùn)行時(shí)：輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩TG

=輸出的電磁轉(zhuǎn)矩Te輸入功率PG（=ω0TG）

=輸出功率Pe（

=

ω0

Te）有擾動(dòng)時(shí)，加速轉(zhuǎn)矩、角速度偏移和相位的關(guān)系為：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Δω=ω-ω0若轉(zhuǎn)速變化不大，可以近似地認(rèn)為：則：汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件發(fā)電機(jī)特性框圖：其中：——衡量負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)的大小為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)系數(shù)ΔPGΔPD+-Δω-ΔPGΔPD+-Δω即：汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件（2）發(fā)電機(jī)組的調(diào)速特性轉(zhuǎn)速測(cè)量（離心飛錘）錯(cuò)油門油動(dòng)機(jī)同步器蒸汽壓力油——由調(diào)速器實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（頻率）的調(diào)整如圖：為一液壓調(diào)速器，包括測(cè)量、放大、執(zhí)行和整一定環(huán)節(jié)其調(diào)節(jié)原理為：……為“有差調(diào)節(jié)”反饋系數(shù)為：模型框圖為：Δω-ΔP-即：ΔωΔP汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件（3）發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)節(jié)特性PGaPGbabfPGΔPGΔff0fafb——發(fā)電機(jī)輸出功率和頻率的靜態(tài)關(guān)系如圖：可用調(diào)差系數(shù)（調(diào)差率）表示其傾斜程度。其定義為：又或相對(duì)值調(diào)差率：表示機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)相應(yīng)一的頻率（轉(zhuǎn)速）偏差。其倒數(shù)：其相對(duì)值：汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件（4）電氣液壓調(diào)速器即：“電調(diào)”，如下圖：為一功頻電液調(diào)速器，有三部分組成：若設(shè)置汽壓給定和真空給定，可改善調(diào)節(jié)性能2023/2/224遼電大連培訓(xùn)中心調(diào)差特性的實(shí)現(xiàn)：——有多種不同的方法可將油動(dòng)機(jī)行程經(jīng)位移傳感器反饋到頻率偏差的輸入端或用功率變送器的輸出信號(hào)作為調(diào)差反饋環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)，如圖：大功率機(jī)組必須采用直接功率反饋控制——因?yàn)檎羝麎毫?duì)機(jī)組處理的影響很大2023/2/225遼電大連培訓(xùn)中心（5）調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū)也稱：“遲緩率”如圖：存在一個(gè)“失靈區(qū)”，其寬度為“Δfw”，可用ε表示：即：稱之為調(diào)節(jié)器的“遲緩率”與調(diào)差率（速度變動(dòng)率）的關(guān)系為：注意：1）δ*不能取得太小，否一則功率分配誤差大2）失靈區(qū)太小對(duì)機(jī)組不一利，應(yīng)適當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件（6）原動(dòng)機(jī)的特性汽容量影響：由于調(diào)節(jié)閥門與第一級(jí)噴嘴之間存在一定的空間，當(dāng)閥門開度變動(dòng)時(shí)，進(jìn)汽兩的變化不能促使汽壓立即改變，形成機(jī)械功率滯后于閥門開度變化的現(xiàn)象?！獧C(jī)組容量越大，汽容影響越大。——可用一個(gè)慣性環(huán)節(jié)來表示——其時(shí)間常數(shù)為TCH，一般為0.2~0.3s——再熱式汽輪機(jī)還要考慮再熱段一的充汽時(shí)延汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件（三）電力系統(tǒng)頻率控制1、頻率的一次調(diào)整：——當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)荷變化引起系統(tǒng)頻率變化時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的調(diào)速器會(huì)根據(jù)電力系統(tǒng)頻率變化自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入它所控制的原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力元素，，改變輸入原動(dòng)機(jī)的功率，使系統(tǒng)頻率維持在某一值運(yùn)行，一次調(diào)頻：電力系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的調(diào)速器在沒一有手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置參與調(diào)節(jié)的情況一下，自動(dòng)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率與系統(tǒng)一負(fù)荷功率變化相互平衡來維持電力系統(tǒng)一頻率的一種調(diào)節(jié)即：圖中由A點(diǎn)到D點(diǎn)再到C點(diǎn)的過程……汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)過程：PG（f）為電力系統(tǒng)等效發(fā)電機(jī)組靜態(tài)調(diào)節(jié)特性曲線PL（f）為電力系統(tǒng)負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性曲線——兩條曲線的交點(diǎn)即為系統(tǒng)的運(yùn)行點(diǎn)PT為原動(dòng)機(jī)輸入功率若：PTA=PGA=PLA，則系統(tǒng)穩(wěn)定

A點(diǎn)運(yùn)行若電力系統(tǒng)負(fù)荷突然增加ΔPL，則開始頻率不變，機(jī)組將轉(zhuǎn)子中儲(chǔ)存的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能；達(dá)到

A點(diǎn)。同時(shí)轉(zhuǎn)速下降，又到

C點(diǎn)。圖若沒有調(diào)速器調(diào)節(jié)，負(fù)荷增加完全由負(fù)荷頻率特性調(diào)節(jié)，則系統(tǒng)穩(wěn)定在B

點(diǎn)運(yùn)行。汽