單元機(jī)組的控制與調(diào)節(jié).ppt

1、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件,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、,趨勢記錄、,報(bào)表輸出等功能。,是一個(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

2、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：,2020/7/14,遼電大連培訓(xùn)中心,4,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,汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件,主要功能可以概括為,自動(dòng)檢測,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

3、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

4、,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

5、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,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),勵(lì)磁系統(tǒng)控制發(fā)電機(jī)電

6、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?？刂?；,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

7、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

8、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,PL,PL3,PL2,PL1,1、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

9、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：,PD,PG,

10、+,發(fā)電機(jī)及負(fù)荷,原動(dòng)機(jī),調(diào)速器,PR,+,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 0 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（= 0 TG） = 輸出功率Pe （ = 0 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,= - 0,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),PG,PD,+,-,-,PG,PD,+,-,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)速測量（離心飛錘）,錯(cuò)油門,油動(dòng)機(jī),同步器,蒸汽

11、,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：,-,P,-,即：,P,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,PGa,PGb,a,b,f,PG,PG,f,f0,fa,fb,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：,2020/7/14,遼電大連培訓(xùn)中心,24,（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

12、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,2020/7/14,遼電大連培訓(xùn)中心,25,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,汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)培訓(xùn)課件,（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“fw”，可用表示：,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）* 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

13、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。,機(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 0.3 s,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

14、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 PL，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