超临界锅炉单元机组协调控制系统

（a）
图13－6 正常工况下负荷指令处理原则性方案
二、异常工况下的负荷指令处理
当机组的主机、主要辅机或设备发生故障，影响 到机组的带负荷能力或危及机组的安全运行时，就 要对机组的实际负荷指令进行必要的处理，以防止 局部故障扩大到机组其他处，以保证机组能够继续 安全、稳定地运行。
单元机组的主机、主要辅机或设备的故障原因有两类：
中调指令 ADS
T1
变化率限制值
速率限制 回路
电网频率
f
－ ＋
Δ
Δf
f0频率给定值 a
f(x)
最小负荷Pmin A
最大负荷Pmax A
＋ ＋
∑1
Ps
＞
0% T2
＜ P0实际负荷指令
变化率限制值
输
MW/min
A
入
－k
N
Y 输出＞输
T3
入1
输出等于输
Y
入1
Δf
0
T4
Δ ∫
输 出 速率限制回路原理图
（b）
通常，下列情况之一发生，则产生实际负荷指令迫降RD：
1）燃料RD：燃料指令达到高限（给煤机工作在最大极限状 态），同时燃料量小于燃料指令的偏差大于允许值；
2）给水RD：给水泵输出指令达到高限（给水泵工作在最大 极限状态），同时给水量小于给水指令的偏差大于允许 值；
3）送风机RD：送风机输出指令达到高限（送风机工作在最 大极限状态），同时风量小于风量指令，且二者偏差大 于允许值；
A 送风机 A运行
送风机 B运行 A
引风机 A运行
引风机 B运行 A
空气预热器 A运行
空气预热器 B运行
A 汽泵 A转数 >2kr/min 同时汽泵 A出口门开 汽泵B转数 >2kr/min 同时汽泵 B出口门开
A 电泵运行
A 一次风机 A运行
一次风机 B运行
0
T
∑
＜
RB 目标值（ MW）
f(x) T
4）引风机RD：引风机输出指令达到高限（引风机工作在最 大极限状态），同时炉膛压力高于给定值，且二者偏差 大于允许值；
三、机组负荷控制系统被控对象动态特性
单元机组
TD
汽轮机控制系统 μT
GNT(s)
+ PE
+
GPT(s)
BD
μB
锅炉控制系统
GNB(s) GPB(s)
+
pT +
图13－2 负荷被控对象方框图
GNT(s)——汽轮机调门开度μT对机组输出电功率PE的传递函数 GPT(s) ——汽轮机调门开度μT对主蒸汽压力pT 的传递函数 GNB(s) ——燃烧率μB对机组输出电功率PE的传递函数 GPB(s) ——燃烧率μB对主蒸汽压力pT的传递函数
1．负荷返回RB
负荷返回，由称辅机故障减负荷或甩负荷，其 主要作用是：根据主要辅机的切投状况，计算出 机组的最大可能出力值。若实际负荷指令大于最 大可能出力值，则发生负荷返回，将实际负荷指 令降至最大可能出力值，同时规定机组的负荷返 回速率。
因此，负荷返回回路具有两个主要功能：计算 机组的最大可能出力值；规定机组的负荷返回速 率。
对于某一台辅机，都有一个对应机组容 量的负荷百分数。根据共同运行的台数， 将它们的负荷百分数相加，即可确定该种 辅机所能承担的最大可能出力。
例如，一台锅炉配用两台容量百分数为 50%的 送风机，两台同时运行时，带 100%负荷。若其中 一台退出运行，则由送风机决定的机组最大可能 出力值就减小到 50%。又如，配用五台容量百分 数为25%的磨煤机，由磨煤机决定的机组最大可 能出力值为 n×25%，其中n为投人运行的台数。 当n≥4时，最大可能出力值为 100％。再如，若配 用三台给水泵，其中两台容量百分数为 50％，一 台为30％，则根据不同投运台数的组合，由给水 泵决定的机组最大可能出力值有 100％、80％、 30％几档，其他辅机以此类推。
当发生负荷返回时，会自动切换机组的运行方 式。若锅炉辅机发生跳闸而产生负荷返回，则机 组将以汽轮机跟随方式运行，这时因为此时锅炉 担负机组负荷能力受到限制。同理，若汽轮机辅 机发生跳闸而产生负荷返回，则机组将以锅炉跟 随方式运行。
（2）负荷返回速率的规定
当机组的主要辅机跳闸或切除时，最大 出力阶跃下降，这对于机组来说是一个较 大的冲击，为保证负荷返回过程中机组能 安全、稳定地继续运行，所以必须对最大 可能出力值的变化速率进行限制。
引起机组实际负荷指令闭锁的原因主要有： （1）闭锁增BI 1） 负荷BI：机组实际负荷指令达到运行人员手动设定的最
大负荷限制值，或机组输出电功率小于机组实际负荷指令， 且二者偏差大于允许值； 2） 主蒸汽压力BI：汽轮机负荷达到最大值，或在锅炉跟随 方式下，机前主蒸汽压力小于给定值，且二者偏差大于允 许值； 3） 燃料BI：燃料指令达到高限（给煤机工作在最大极限状 态），或燃料量小于燃料指令，且二者偏差大于允许值； 4） 给水泵BI：给水泵输出指令达到高限，或给水量小于给 水指令，且二者偏差大于允许值； 5） 送风机BI：送风机输出指令达到高限，或风量小于风量 指令，且二者偏差大于允许值； 6） 引风机BI：引风机输出指令达到高限，或炉膛压力高于 给定值，且二者偏差大于允许值； 7） 一次风机BI：一次风机输出指令达到高限，或一次风压 小于给定值，，且二者偏差大于允许值。
主机跳闸的负荷快速切断通常考虑两种情况： 一种是送电负荷跳闸，机组仍维持厂用电运行，即不停机 不停炉； 另一种是发电机跳闸、汽轮机跳闸，由旁路系统维持锅 炉继续运行，即停机不停炉。负荷指令应快速切到0（锅 炉仍维持最小负荷运行）。
负荷快速切断回路的功能与实现和负荷返回回路相似， 只不过减负荷的速率要大得多。
第一类为跳闸或切除，如某台风机跳闸等，这类故障的来 源是明确的，可根据切投状况加以确定。 第二类为工作异常，其故障来源是不明确的，无法直接确 定，只能通过测量有关运行参数的偏差间接确定。
对机组实际负荷指令的处理方法有四种：负荷 返回（Run Back ，RB）；快速负荷切断 (Fast Cut Back，FCB，快速甩负荷)；负荷闭 锁增/减(Block Increase/ Block Decrease， BI/BD) 和负荷迫升/迫降 (Run Up/ Run Down， RU/RD)。其中，负荷返回RB和快速负荷切断 FCB是处理第一类故障的，负荷闭锁增／减 BI/BD和负荷迫升／迫降RU/RD是处理第二类 故障的。
? 对于汽轮机侧，如果汽轮机控制系统采用纯液压 调速系统，则汽轮机指令 TD就是调门开度 μT，μT ＝TD。这样，负荷控制系统的广义被控对象的动 态特性与单元机组的动态特性相同。
如果汽轮机控制系统采用功频电液控制系统，则 汽轮机指令 TD就是汽轮机功率指令。这样，广义 被控对象的动态特性会有很大改变。
实际负荷指令为最大负荷限制值
≥1
输出电功率小于实际负荷指令一定限值
汽机负荷达到最大
≥1
锅炉跟随方式
&
主蒸汽压力小于给定值一定限值
燃料指令达到高限
≥1
燃料来自百度文库小于燃料指令一定限值
给水泵输出指令达到高限 ≥1
给水量小于给水指令一定限值
送风机输出指令达到高限 ≥1
送风量小于风量指令一定限值
引风机输出指令达到高限 ≥1
一、正常工况下负荷指令处理
在机组的设备及主要参数都正常的情况 下，机组通常接受的三个外部负荷指令为： 电网调度所的负荷分配指令ADS、值班员 手动指令（就地负荷指令）和电网调频所 需负荷指令。
正常工况下，负荷指令一般受到以下限制：
１．负荷指令变化速率限制 ２．运行人员所设定的最大、最小负荷限制
就地指令 A
从各种辅机负荷百分数中选出最小值，就是机 组的最大可能出力值。
FSSS（furnace safeguard supervisory system ） 系统根据 RB目标值将部分磨煤机切除，保留与机
组负荷相适应的磨煤机台数。送风机（或引风机、 一次风机） RB发生时，一般需要切掉对应侧的其 他风机，以保证炉膛负压稳定。若风机的执行机 构动作及时，也可以将对应侧的其他风机快关， 以保证机组辅机 RB发生之后能够快速恢复正常调 节。
TD
t BD
ΔμB t pT
t PE
ΔμT t
t ΔpT
t
t
t
（a）
（b）
图13－5 汽轮机采用功频电液控制系统时广义被控对象动态特性
第二节 负荷指令处理回路
负荷指令处理回路的主要作用是：对外部 负荷要求指令进行选择并根据机组运行情 况进行处理，使之转变为一个适合于机、 炉运行状态的实际负荷指令P0。同时根据 机组的运行方式，产生主蒸汽压力给定值po。
T
∑
f(x) T
T
∑
f(x) T
RB 返回速率（ MW/min ） ＞
T
∑
f(x) T
T
T
∑
f(x) T
图13－7 负荷返回回路
2．负荷快速切断 FCB
负荷快速切断 FCB（又称快速甩负荷）的作用是 当机组突然与电网解列（送电负荷跳闸），或发 电机、汽轮机跳闸时，快速切断负荷指令，实现 机组快速甩负荷。
单元机组协调控制系统
第一节 概述
一 、单元机组控制问题
单元机组的输出电功率与电网负荷要求是 否一致反映了机组与外部电网之间能量供 求的平衡关系，而主蒸汽压力反映了单元 机组内的锅炉与汽轮机、发电机之间能量 供求的平衡关系。 机组的输出电功率PE和主蒸汽压力pT是单 元机组控制的两个主要参数。
二、 单元机组协调控制系统基本组成
3．负荷闭锁增/减BI/BD
第二类故障会造成诸如燃料量、空气量、给水流量等 运行参数的偏差增大。
负荷闭锁增／减指的是，当机组在运行过程中，如果出 现下述任一种情况： （1）任一主要辅机已工作在极限状态，比如给风机等工作 在最大极限状态； （2）燃料量、空气量、给水流量等任一运行参数与其给定 值的偏差已超出规定限值。
（1）最大可能出力值的计算
当锅炉和汽轮发电机组运行正常时，机组的最 大可能出力值与主要辅机的切投状况直接有关， 主要辅机跳闸或切除，最大可能出力值就会减小。 因此机组的最大可能出力由投入运行的主要辅机 的台数确定。应随时计算最大可能出力值，并将 它作为机组实际负荷指令的上限。
机组的主要辅机设备有风机（送、引风机）、 给水泵（电动、汽动给水泵）、锅炉循环水泵， 空气预热器以及汽轮机或电气侧设备等。因此， 负荷返回RB的主要类型包括送风机 RB、引风机 RB、一次风机 RB、给水泵 RB、磨煤机 RB等。
炉膛压力高于给定值一定限值
一次风机输出指令达到高限 ≥1
一次风压小于给定值一定限值
BI ≥1
图13－8 负荷闭锁增 BI逻辑图
? 4．负荷迫升、迫降RU/ RD
对于第二类故障，采取负荷闭锁增/减BI/BD 措施是机组安全运行的第一道防线。当采 用BI/BD措施后，监测的燃料量、空气量、 给水流量等运行参数中的任一参数依然偏 差增大，这样需采取进一步措施，使负荷 实际负荷指令减小／增大，直到偏差回到 允许范围内。从而达到缩小故障危害的目 的。这就是实际负荷指令的迫升／迫降RU/ RD，负荷迫升/迫降是机组安全运行的第二 道防线。
TD
－
+
+
1/δn
μT GT(s)
+ n0
－
nT
BD
μB
锅炉控制系统
GNT(s) GPT(s) GNB(s) GPB(s)
+ PE
+
+
+
pT
图13－4 汽轮机采用功频电液控制系统时广义被控对象方框图 GT(s)——功频调节器；nT——汽轮机转速；n0——转速给定值；δn——转速不等率
_
TD BD
pT PE
ADS指令
电网频率
值班员指令
外部负荷指令
协
调
控
制 级
主蒸汽压力给定值po
主蒸汽压力pT
负荷指令处理回路 负
荷
实际负荷指令P0
机组输出电功率PE
控 制 系
机炉主控制器
统
锅炉指令BD
汽轮机指令TD
基
础
锅炉控制系统
汽轮机控制系统
子
控
控
制
级
燃空 给
料气 水
进 汽 量
制 系 统
单
元 机
锅炉
汽轮机、发电机
组
图13－1 单元机组协调控制系统的组成
1. 单元机组的动态特性
μT
μT
t
μB
μB
ΔμB
t
pT
pT
t
PE
PE
ΔμT t
t ΔpT
t
（a）
t
t
图13－3 单元机组被控对象动态特性
（b）
2. 负荷控制系统被控对象动态特性
? 对于锅炉侧，由于各控制系统的动态过程相对于 锅炉特性的迟延和惯性可忽略不计，因此可假设 它们配合协调，能及时跟随锅炉指令 BD，接近理 想随动系统特性，故有 μB=BD。
认为设备工作异常，出现故障。该回路就对实际负荷 指令加以限制，即不让机组实际负荷指令朝着超越工作极 限或扩大偏差的方向进一步变化，以防止事故的发生，直 至偏差回到规定限值内才解除闭锁，这就是所谓的负荷指 令闭锁或负荷闭锁。负荷指令闭锁分闭锁增BI（实际负荷 指令上升方向被闭锁）和闭锁减BD（实际负荷指令下降 方向被闭锁）。