单元机组协调控制系统基础部分

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。
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。
（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。
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
t
t
（a）
（b）
图13－3 单元机组被控对象动态特性
机前压力维持不变条件下，测的利用燃料调负荷
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。
RB与其它系统关系
CCS、FSSS、DEH和SCS系统
CCS系统是机组中心，是实现RB功能的关键部 分。RB的发生判断、目标负荷计算、RB结束等 由CCS完成，并协调机组的各系统动作。
对锅炉侧来说，CCS首先要发信号至FSSS完 成切粉（投油），同时，锅炉主控制器适当调整 燃料量，维持适当的锅炉燃烧率。
无功功率: 通过调节励磁电流达到无功功率的平 衡。
一 、单元机组控制问题
单元机组的输出电功率（有功功率）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。
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。
TD
－
+
+
1/δn
μT GT(s)
+B
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
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。
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
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
变化率限制值
最小负荷Pmin A
最大负荷Pmax A
中调指令 ADS
电网频率 f
变化率限制值
输
MW/min
A
入
T 速率限制
回路
－ ＋
Δ
Δf
f0频率给定值 a
f(x)
＋
Δf
＋
0%
∑1
T2
Ps ＞
＜
为了安全和稳态运行，幅度在3％负荷 死区±0.033HZ(±2r/min) 一种比例控制
N
Y 0
－k
Y 输出＞输
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。
1．负荷返回RB
又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。
DEH系统在RB过程中也很重要，在RB 发生后，锅炉维持固定的燃烧率，机组的 汽压参数由汽轮机通过调整调节汽门，减 少负荷完成。
其他系统如SCS系统在给水泵RB时，要 通过程序联启电动给水泵和其他的相应操 作。只有通过以上各子系统的协调动作， 才能使机组自动、平稳地降低负荷至目标 值。
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。
T3
入1
输出等于输 入1 T4
Δ ∫
输 出
速率限制回路原理图
P0实际负荷指令
（b）
（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。
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。
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。
机组主机、主要辅机或设备的故障原因有两类：
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)。
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
燃料量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
• 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。
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
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