第九章 发电厂的运行,热力发电厂系统是由各种复杂的主辅热力主辅设备组成的，同时由于很多设备处于高温高压的工作环境，根据设备的特点按照合理的过程，在保证安全、可靠，并符合环境保护要求的前提下，力求经济运行是任何一个电厂追求的目标。本章先介绍发电厂单元机组的运行，再介绍火电机厂的热工自动化以及火电机组的计算机控制系统及培训仿真机。,第九章 发电厂的运行,第一节 单元机组的运行,第二节 火电厂的热工自动化,第三节 火电机组的计算机控制系统及培训仿真机,本章提要,第一节 单元式机组的运行,一 单元机组的滑参数启动与停机 （一）滑参数启动的优点滑参数启动又称联合启动，即在启动锅炉的同时，以低参数蒸汽进行暖管、暖机并启动汽轮机，锅炉出口的蒸汽参数随着汽轮机的转速和负荷的逐渐增加而提高，当完成升速，带到额定负荷时，锅炉的出口蒸汽参数即达到额定参数。,（二）滑参数启动方式,单元机组滑参数启动有真空法、压力法两种启动方式。 1. 真空法滑参数启动 优点：启动时间短，热损失和工质损失小；因系容积流量大的低参数蒸汽流经过热器、管道和汽轮机，温差和热应力都较小。 缺点：汽轮机冲转和升速时的汽压很低，锅炉操作的微小失当都会引起汽轮机转速波动，甚至会损伤汽轮机；另冲转汽轮机的汽温很低，水分很大，易引起水击。,（二）滑参数启动方式（续）,2. 压力法滑参数启动锅炉产生的蒸汽至一定的压力、温度后，才冲转汽轮机的启动方式，主要特点： 启动前汽机主汽门是关闭的； 冲转汽轮机的蒸汽参数较真空法高； 机组起动过程中，再热器的保护、锅炉和汽轮机对蒸汽参数的不同要求，都是通过旁路系统调节进行的； 锅炉点火的初始燃料量，以满足汽轮机冲转及升至额定转速即可，过小不利于汽温汽压的调节和控制，过大使锅炉升温升压太快，对安全不利。,（三）冲转参数的选择和启动控制指标,电厂应根据制造厂提供的启动曲线来启动机组。启动曲线为新汽压力、一、二次汽温、转速、负荷等参量与时间的变化关系曲线。,图9-1（a） 国产300MW单元再热机组的冷态滑参数启动曲线,冷态冲转参数约为：3.54.2MPa，320360， 再热蒸汽温度大于200。,图9-1 （b）国产600MW超临界机组冷态启动 （长期停机）中压缸启动曲线图,冷态冲转参数约为： 5.98.73MPa，340420，再热蒸汽温度大于330。,（四）热态滑参数启动,热态启动时，金属温度较高，但短时间停机后，各部金属由于冷却条件不同会出现温差，其值随停机时间长短而异，有时甚至超过允许值，导致动静间隙有很大变化，此时启动汽轮机，如无恰当措施会发生动静部分摩擦乃至大轴弯曲等事故。 热态启动时，汽轮机升速不必暖机，要求锅炉出口蒸汽参数尽快达到高压缸上缸内壁金属温度相应水平（可对应于冷态启动曲线上一次汽温、汽压的相应值），再按冷态滑参数启动曲线升温、升压升速和接带负荷。,（五）滑参数停机,停机过程中，保持调速汽门全开，采用逐渐降低新汽、再热蒸汽参数来减负荷，直至解列停机，称为滑参数停机。 停机方法有两种： 用同步器将负荷减到零，发电机解列，打闸停机，同时锅炉熄火。这种方法停机后的汽缸温度通常在250以上。 锅炉维持最低负荷燃烧后熄火，利用锅炉的余热继续发电，负荷到零解列停机，仍利用锅炉余汽维持汽机空转，以冷却汽轮机。,图9-2 国产300MW单元式再热机组热态滑参数启动曲线,二 单元机组的调峰运行,大型火电机组调峰运行的方式： （一）低负荷运行 火电机组在低负荷运行，其经济性恒低于额定工况。低负荷运行方式有：额定参数运行，简称定压运行；变压或滑压运行；定压变压混合运行。 （二）两班制运行 为了适应电网低谷调整负荷的需要，有的机组要改为两班制运行方式，即从满负荷开始降负荷，直至停机；电网低谷过去，机组又重新启动、并列直至带满负荷。它是全负荷调峰的一种运行方式，又简称为启停方式。,（三）停炉不停机运行 主蒸汽为母管制机组，或单元机组间加装了联络母管的机组，可采用停炉不停机的调峰运行方式。 （四）少蒸汽无功运行 少蒸汽无负荷运行也是停炉不停机的全负荷调峰运行，其特点是不与电网解列，维持汽轮机空转带无功功率，但汽缸尾部由于摩擦鼓风而发热，为防止其超温，必须供给一定的冷却蒸汽，故又简称少蒸汽运行。当电网负荷增大时，汽轮机可迅速由旋转热备用状态带上负荷，适应调峰的急需，其特定条件是电网中要有无功功率的需要。冷却蒸汽的汽源可取自母管或邻机，由汽缸尾部或一抽汽口送入汽缸。,三 变压运行,（一）单元机组变压运行的概念单元机组有两种不同运行方式：定压运行和变压运行。前者是指汽轮机前的主蒸汽压力和温度为一定，以调速汽门开度来适应负荷波动。后者是在调速汽门全开情况下，主汽温度基本不变，由锅炉调整主汽压力和流量，以适应负荷变动。变压运行又称滑压运行。滑压启动时不仅汽压滑升，而且汽温也相应滑升，是变压运行的一种特殊方式。,（二）变压运行的优点,高机组可靠性，延长使用寿命由下图可知变压运行时汽温基本不变，从而大大减小了机组各部件因温差而产生的热应力、热变形。,图9-4 不同调节方法的汽轮机第一级蒸汽温度变化,适应负荷变动和调峰变压运行时一、二次汽温 基本不变，汽轮机高温部件 的温度变化较小，不会引起 汽缸和转子过大的热应力、 热变形。 提高机组的经济性变压运行时调速汽门全开， 节流损失不同程度地降低,图9-5 全周进汽机组变压运行与定压运行热耗比较,（三）变压运行方式,（a）高负荷变压运行；（b）低负荷变压运行；（c）定-滑-定运行,图9-6 复合变压运行,纯变压运行整个负荷变化范围内，所有调速汽门全开，以调节锅炉出口压力来适应负荷变动 节流变压运行通过调整调速汽门的开度，利用锅炉的蓄能，快速达到增加负荷目的 复合变压运行定压与变压运行相结合的方式，成为复合变压运行。,（四）超临界压力机组的运行,超临界压力机组运行，要掌握的技术措施主要是： 1. 防止汽轮机本体及相关管道进水或积水 2. 控制热应力和差胀 3. 避免蒸汽携带的固体颗粒对汽流通道的冲蚀 4. 防止汽轮机通流部分积垢 5. 防止汽轮机转子强烈振动,第二节 火电厂的热工自动化,火电厂的热工自动化系统的设计，必须按照“安全可靠、经济适用、符合国情”的原则，针对机组特点进行，以满足机组安全、经济运行和启停的要求。同时，应选用技术先进、质量可靠的设备和元件。,一 热工检测与报警,（一）热工检测 火力发电机组的热工检测应该包括下列内容： 工艺系统的运行参数 辅机的运行状态 电动、气动和液动阀门的启闭状态和调节阀门的开度； 仪表和控制用电源、气源、水源及其他必要条件 的供给状态和运行参数 必要的环境参数,（二）热工报警,二 热工保护与联锁,热工保护是通过对机组的工作状态和运行参数进行监视和控制而起保护作用的。当机组发生异常时，保护装置及时发出报警信号，必要时自动启动或切除某些设备或系统，使机组仍然维持原负荷运行或减负荷运行。当发生重大故障而危及机组设备安全时，停止机组（或某一部分）运行，避免事故进一步扩大。 作用：在主、辅设备或电网发生故障时，热工保护装置使机组自动进行减负荷，改变运行方式或停止运行，以安全运行为前提，尽量缩小事故的范围。,（一）汽轮机的热工保护,汽轮机保护系统由监视保护装置和液压系统组成。 汽轮机热工保护系统：汽轮机超速、凝汽器真空过低、轴向位移大、轴承振动大、润滑油压过低、发电机冷却系统故障、手动停机；以及汽轮机进水保护、抽汽阻逆流保护、低压缸排汽超温保护、汽轮机真空低保护，高低压加热器水位、除氧器水位和压力保护，汽轮机旁路系统的减温水压力低和出口水温高保护，空冷机组的有关保护以及旁路保护等，以保障汽轮机的正常启停和安全运行。,（二）锅炉的热工保护,（三）炉机电联锁保护,单元机组的锅炉、汽轮机、发电机三大主机是一个完整的整体。每部分都具有自己的保护系统，而任何部分的保护系统动作都将影响其它部分的安全运行。因此需要综合处理故障情况下的炉、机、电三者之间的关系，目前大型单元机组逐渐发展成具有较完整的逻辑判断和控制功能的专用装置进行处理，这就是单元机组的大联锁保护系统。 单元机组大联锁保护系统主要是指锅炉、汽轮机、发电机等主机之间以及与给水泵、送风机、引风机等主要辅机之间的联锁保护。根据电网故障或机组主要设备的故障情况自动进行减负荷、投旁路系统、停机、停炉等事故处理。,图9-7 炉、机、电大联锁保护系统框图,1 炉、机、电大联锁保护系统,其动作如下：当锅炉故障而产生锅炉MFT跳闸条件时，延时联锁汽轮机跳闸、发电机跳闸，以保证锅炉的泄压和充分利用蓄热。汽轮机和发电机互为联锁，即汽轮机跳闸条件满足而紧急跳闸系统(ETS)动作时，将引起发电机跳闸；而发电机跳闸条件满足而跳闸时，也会导致汽轮机紧急跳闸。 当发电机变压器组故障，或电网故障引起主断路器跳闸时，将导致FCB动作。,2 炉、机、电大联锁保护实例,图9-8 单元机组联锁保护框图, 锅炉停炉保护动作或锅炉给水泵全停时，机组保护动作进行紧急停炉。 当汽轮机发电机组因保护动作而紧急停机时，单元机组保护系统应自动投入旁路系统，开启凝汽器喷水门，跳开发电机断路器，将锅炉负荷减到点火负荷(最低负荷)。 发电机甩负荷或锅炉汽压过高，则机组保护动作，同时投入旁路系统并开启凝汽器喷水门，锅炉减至点火负荷。 1号或2号汽动给水泵有一台故障而停止运行，或给水压力低时，机组保护动作， 有关辅机出力不足，系指送风机、引风机等重要辅机的出力不足。,第三节 火电机组计算机控制系统 及培训仿真机,一 火电机组的计算机监视系统,凡配备有计算机控制（包括DCS）的机组，一般都包括了DAS（Data Acquisition System）功能。,二 单元机组协调控制系统（CCS ）,（一）模拟量控制系统 模拟量控制的目标是使被调参数维持在给定值 图中 为控制参数， 为给定值， 为控制量， 称为偏差。,以常用的PID控制规律为例：比例积分微分增益,（二）单元机组协调控制系统,基本设计思想：把锅炉和汽轮机发电机组作为一个整体,采用了分级、递阶的系统结构，把参数调节、逻辑控制和联锁保护等控制功能结合在一起，构成一种满足机组在额定工况、变工况、以至于故障条件下控制功能的综合控制系统。,基本的控制目标 1中调及电网对机组负荷需求变化时，具有快速的负荷响应能力，并保证机组运行参数控制在允许范围内。 2主辅机设备故障时，能自动采取控制措施，保证设备安全，并尽可能维持故障条件下的运行，不致使机组全停。 3正常工况或额定负荷下运行时，克服内部扰动，维持各被控参数在最佳状态。,图9-10 单元机组协调控制系统结构图,直流锅炉,9-10图中，负荷指令中心接收中调指令、频差信号以及反映机组运行工况的参数，经逻辑运算处理，形成机组的实际负荷指令；机炉协调器接受以及过程被控参数、(实发功率，机前压力)，压力设定值，根据协调控制算法，形成汽轮机指令和锅炉指令；局部回路控制系统根据协调器输出的、指令，控制进入汽轮机的进汽量、燃料量、送风量和进水量（直流锅炉），控制机组的输出功率，机前压力和中间点温度（直流锅炉）。,图9-11 单元机组负荷指令中心原理框图,常见的协调控制策略可分：间接能量平衡和直接能量平衡 间接能量平衡（IEB）协调控制系统把机前压力 作为机炉之间能量是否平衡的标志，并以此进行控制。 直接能量平衡（DEB）协调控制系统则是构造出一个表征汽轮机能量需求的信号，并以此信号直接对锅炉输入进行控制。,一种常见的DEB协调控制方案,使用 为能量需求信号,图9-12 使用 为能量需求信号的的DEB协调控制方案,（三）汽轮机数字电液控制系统（DEH）,汽轮机控制的主要任务通过控制进入汽轮机的蒸汽量，对汽轮机的负荷、转速以及机前压力进行控制。 DEH的构成以微机装置（或DCS）作为数字控制器，通过电液转换驱动液压执行机构，构成汽轮机DEH系统。 DEH的功能转速和负荷的自动控制、汽轮机自启动、主汽压力控制、自动减负荷（RB）、超速保护（OPC）和阀门测试等。,