孤網(wǎng)運行汽輪機控制探究

1、孤網(wǎng)運行汽輪機控制探究【摘要】針對目前電力市場上用戶的要求，汽輪機 控制系統(tǒng)需具備孤網(wǎng)運行控制能力。本文從孤網(wǎng)運行的控制 策略出發(fā)，提出了汽輪機控制系統(tǒng)(deh)滿足孤網(wǎng)運行的 設計要求?！娟P鍵詞】孤網(wǎng)；控制系統(tǒng)1、概述截至2011年底，全國發(fā)電裝機容量已突破9億千瓦， 成為世界第二電力大國。我國電力行業(yè)已進入電網(wǎng)大、機組 容量大、高電壓輸電、高度自動化的新時代。據(jù)此，國內(nèi)五 大集團的正規(guī)電廠對機組孤網(wǎng)運行的能力要求不高或無要 求，一般至多是要求滿足fcb (fast cut back)工況控制即 可。目前仍然存在孤網(wǎng)運行要求的是一些企業(yè)的自備電廠特 別是民營企業(yè)由于多方面原因要求采用孤網(wǎng)運行

2、方式；出口 國外(發(fā)展中國家，例如印度)機組也要求孤網(wǎng)運行。孤網(wǎng) 運行在應對自然災害及電網(wǎng)的特殊故障的情況下，顯得尤為 重要。以哈汽公司為例，今年以來就有許多非電力系統(tǒng)用戶 和國外用戶在訂貨時將汽輪機控制系統(tǒng)(deh)具備孤網(wǎng)運 行功能作為必備條件，有些用戶還需哈汽提供專題報告。因 此，汽輪機控制系統(tǒng)(deh)具備孤網(wǎng)運行能力是滿足客戶 需要的前提。本文通過對孤網(wǎng)運行方式的分析，提出了在設 計汽輪機控制系統(tǒng)(deh)中需重點注意的問題。2、系統(tǒng)的組成2. 1整體配置整個系統(tǒng)由機房、余熱鍋爐、煙筒和輔機構(gòu)成。在機房 中燃氣輪機、發(fā)電機和汽輪機為單軸布置，還配置有與主機 相關和汽輪機的冷凝器。余熱

3、鍋爐緊挨著機房，在燃氣輪機的排氣端一側(cè)。燃氣 輪機的排氣通過余熱鍋爐和排煙通道，由煙筒排出。在余熱 鍋爐內(nèi)部設置有脫硝裝置用的輔機和排水裝置?？刂蒲b置和電氣設備在機房側(cè)面，中間隔有通道?？刂?裝置采用模塊式結(jié)構(gòu)，控制、電氣、蓄電池、高低壓配電裝 置、啟動裝置等結(jié)構(gòu)都很緊湊。電氣設備由母線導管、廠內(nèi) 變壓器和升壓器構(gòu)成。2.2軸系設備的構(gòu)成2. 2. 1概要在本聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)上，由燃氣輪機、發(fā)電機及汽輪 機構(gòu)成的軸系設備的配置情況。燃氣輪機、發(fā)電機和汽輪機配置在同一軸上；發(fā)電機和 汽輪機之間有離合器；采用地面安裝方式。有以下特征：設備啟動時，汽輪機通過離合器與燃氣輪 機分開，而燃氣輪機可以利用

4、發(fā)電機作為電動機啟動，單獨 負荷運行。然后，利用燃氣輪機的排氣使余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽, 以啟動汽輪機（不需要輔助鍋爐）；萬一汽輪機跳閘，仍利 用離合器的作用，把汽輪機自動斷開，而燃氣輪機可以繼續(xù) 單獨運行；地面安裝方式比機座式安裝方式的基礎費用要 低。同時維修也方便。2. 2. 2發(fā)電機。發(fā)電機只有1臺，由燃汽輪機和汽輪機 共用。這是一種標準結(jié)構(gòu)的二極三相發(fā)電機。2. 2. 3汽輪機。汽輪機是雙缸軸向排汽冷凝式結(jié)構(gòu)，安 裝在地面基礎上，在50100%負荷范圍內(nèi)采用滑壓運行。設 備啟動時，汽輪機利用離合器可以與發(fā)電機脫開，此時，（由 余熱鍋爐）產(chǎn)生的蒸汽全部旁路。2. 2.4離合器。離合器安裝在發(fā)電

5、機和汽輪機之間的汽 輪機高壓側(cè)軸承箱內(nèi)。燃汽輪機啟動時，離合器使汽輪機與 發(fā)電機脫開，而在燃汽輪機運行后，大量蒸汽進入汽輪機（汽 輪機的轉(zhuǎn)速超過燃汽輪機的轉(zhuǎn)速）的同時，離合器自動嚙合, 向發(fā)電機傳送動力。離合器中嚙合后處于與齒形聯(lián)軸同樣的 結(jié)合狀態(tài)，沒有滑動部分，確保高可靠的運行。2. 2.5余熱鍋爐。余熱鍋爐是三壓再熱自然循環(huán)結(jié)構(gòu)。 脫硝裝置設置在余熱鍋爐的蒸發(fā)管束之間。2. 2. 6設備的運行方式（1）全負荷運行方式。這是設備對應于大氣條件的最 大出力運行方式。在這種運行方式下，設備的出力在保證透 平進口溫度一定的狀態(tài)下進行控制運行。在此狀態(tài)下，如果 燃機排氣溫度控制裝置或高壓/再熱蒸汽溫

6、度控制裝置動作 時，出力即受到限制。(2) 部分負荷運行方式。根據(jù)事前在負荷分配裝置上 設定的廠用負荷值，由燃機負荷控制裝置保持按廠用負荷運 行。(3) 并網(wǎng)運行方式。根據(jù)速度不等率特征，可以在40 95%負荷范圍內(nèi)與電網(wǎng)并網(wǎng)運行。2. 2. 7啟停操作根據(jù)汽輪機啟動時其轉(zhuǎn)子的溫度不同，有熱態(tài)啟動、溫 態(tài)啟動和冷態(tài)啟動三種方式。無論在哪種啟動方式下，燃汽 輪機的啟動時間不變，余熱鍋爐也不會制約燃汽輪機帶負荷 的時間。所以，設備的啟動時間主要取決于汽輪機的帶負荷 時間。為了降低汽輪機的熱應力，汽輪機轉(zhuǎn)子溫度在達到某 種設定值之前，燃汽機的負荷需控制在25%以下：一旦汽輪 機轉(zhuǎn)子溫度達到設定值，燃

7、汽輪機負荷可以馬上連續(xù)升高。停機操作可按與啟動操作的相反順序進行。設備停機時 間通常50分鐘。2. 2. 8特殊運行方式如下所述(1) 獨立運行方式。在設備與電網(wǎng)解列時，汽輪機跳 閘。這時，離全器脫開，汽輪機開始單獨減速、停機，另一 方面，燃汽輪機在低負荷下繼續(xù)運轉(zhuǎn)，向本設備持續(xù)運行所 需的輔機設備供給電力。然后，根據(jù)運行工作人員的判斷， 設備可以重新達到全負荷，或停機。(2) 轉(zhuǎn)子盤車運行方式。燃汽輪機和汽輪機配置有各 自的盤車裝置。設備停機后，為了轉(zhuǎn)子能均勻冷卻，自動地轉(zhuǎn)入這種盤車運行方式。3、目前在針對有孤網(wǎng)運行要求機組的控制系統(tǒng)設計時,主要從以下方面考慮：(l)deh系統(tǒng)采用的硬件cp

8、u控制器主頻要求盡可能快, 調(diào)頻控制回路的控制任務運算周期必須保證小于100ms,達 到50ms更好。(2) 轉(zhuǎn)速不等率設置在5%左右(一般常規(guī)要求)。(3) 設計的控制邏輯要求缺省投入一次調(diào)頻功能(在 大網(wǎng)及孤網(wǎng)的情況下)。一次調(diào)頻的計算輸出作為功率pid 的給定。同時將其直接輸出到pid的出口上，這樣可使得一 次調(diào)頻的快速性得到保證，另外對一次調(diào)頻死區(qū)進行調(diào)整， 根據(jù)情況增大或減小，直至取消。(4) 在并網(wǎng)后，取消103%額定轉(zhuǎn)速0pc功能，或針對 需要孤網(wǎng)運行的機組其deh系統(tǒng)的0pc動作定值適當提高(最好定值根據(jù)需要可調(diào))，但要對110%電超速及機械超速 做好實驗，保證可靠動作。(5) 提高伺服系統(tǒng)快速響應性，油動機的關閉時間應 小于0. 15so伺服控制器(伺服卡)在采用數(shù)字控制時要求 響應要快，采用比例調(diào)節(jié)(也可加入積分)，在確保伺服系 統(tǒng)穩(wěn)定性的同時，盡量提高伺服控制器的比例增益。4、結(jié)論通過在deh控制系統(tǒng)中編制孤網(wǎng)控制邏輯，哈汽已在一 些電廠的機組上取得了業(yè)績，例如廣西某自備電廠2x150mw 機組（采用西門子硬件pcs7系統(tǒng)），一用一備運行，待廠用 負荷；內(nèi)蒙某電廠2x300mw機組（國電智深硬件edpf系統(tǒng)）, 帶用戶負荷；印尼百通2x600mw機組（西屋硬件，通過fcb 實驗），上述三個電廠都已穩(wěn)定運行。哈汽