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负荷指令处理部分(或负荷指令处理装置)的主要作用是: 对外部负荷要求指令(目标负荷指令)进行选择并加以处理,使之转
变为实际负荷指令N0,作为适合于机、炉运行状态的功率给定值信号。
在正常工况和异常工况下,负荷指令的处理是不一样的。下面分别讨论。
一、正常工况下的负荷指令处理
在机组的设备及主参数都正常的情况下,机组的外部负荷要求指令来自三方面:
(1) 电网中心调度遥控的负荷分配指令(ADS指令,即Automatic Dispatch System);
(2) 机组就地设定的负荷指令;
(3) 电网调频所需负荷指令。
正常工况下的负荷指令一般受到以下限制:
1、负荷指令变化速率限制
机组就地设定的负荷指令是根据对机组的负荷要求,机组值班员通过负荷设定器发出的负荷指令;ADS指令是中心调度所利用计
算机,根据系统各类型机组的特点和所带的负荷、系统潮流分布、电力系统稳定性计算及负荷需求量平衡计算等情况,作出负荷在各机组的最佳负荷分配指令。这两个指令信号都近似于阶跃形式,而这种形式的指令是机组所不能接受的,需将阶跃信号处理成以一定速率变化,而最终值等于设定值。
在协调控制方式时,机组参加调频。当频率偏差信号为正时(电网频率低于给定频率只要机组尚有增加负荷的能力,这个正的
频率偏差信号,使机组增加负荷;反之,若机组无增加负荷的能力,则会自动限制机组参加调频。当频率偏差信号为负时(电网频率高于给定频率),这时电网要求机组减负荷,此时一般没有必要限制机组的减负荷指令。
2、 运行人员所设定的最大、最小负荷限制
运行人员可根据机组的状况,设定机组的最大、最小负荷,只允许负荷指令在此范围内变化。
图10-25给出了正常工况下,负荷指令处理的一种可能的实现方案。
通过切换器T1可以选择电网中心调度所的ADS指令或机组就地设定的负荷指令(由信号发生器A产生)。所选中的目标负荷指
令经变化率限制器送至加法器。变化率限制值可以手动设定,或由汽轮机热应力信号自动设定,也可由其它对目标负荷指令的变化率有要求的因素设定。当目标负荷指令的变化率小于设定值时,变化率限制器不起作用。只有当变化率大于设定值时才对它实行限制,使之等于设定值。
函数发生器f(x)用来规定调频范围和调频特性,其特性相当于失灵区和限幅环节特性的结合。当频率偏差在失灵区所规定的
范围内时,函数发生器输出为零,频率偏差信号切除,机组不参加调频;只有当频率偏差超出失灵区所规定的范围时,机组才根据超出
的大小进行调频。当频率偏差超出限幅值规定的范围时,函数发生器输出保持不变,即不再继续调频。函数发生器的斜率代表了电网对本机组调频的负荷分配比例,此比例应与汽轮机控制系统的静特性对应,即等于汽轮机的转速变动率的倒数。电网要求机组具有快速调频能力,故调频信号一般不加速率限制。当不参加调频时,可由切换器T2切除调频信号。
加法器的输出NS再经过最大、最小负荷限制回路,所输出的就是实际负荷指令N0
图10-25 正常工况下,负荷指令的处理
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,影响机组的实际负荷,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它处,甚至引起单元机组停机事故。
单元机组的主机、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,只能通过测量有关运行参数的偏差间接确定。
针对以上两类故障,对机组实际负荷指令的处理方法有四种:
负荷返回(RUN BACK? —RB)(或称甩负荷);快速负荷切断(FAST CUT BACK —FCB);负荷闭锁增/减(BLOCK I/D)和负荷
迫升/迫降(RUN UP/DOWN)。
其中,负荷返回和快速负荷切断是处理第一类故障的,负荷闭锁增/减和负荷迫升/迫降是处理第二类故障的。
下面分别进行介绍。
1、 负荷返回(RUN BACK)
负荷返回,也常称为甩负荷或减负荷。它是指在机组运行时,如果某个影响机组出力的辅机跳闸,则主控系统迅速减小负荷指
令,使负荷指令与机组此工况下最大可能出力相一致。
实现负荷返回的回路具有两个主要功能:计算机组对应工况下最大可能出力值;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由投入运行的主要辅机的台数确定。
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,空气预热器以及汽机或电气侧
设备等。
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为投入运行的台数。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%、50%、30%几档,其它辅机以此类推。
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。
图10-26为某300MW单元机组负荷返回回路的设计方案。
图10-26 负荷返回(RUNBACK)回路
该机组配用预热器、送风机、引风机和一次风机各两台,容量百分数均为50%。若以上辅机都在运行,则切换器T1~T4选通a,
由它们决定的机组最大可能出力为100%。若其中某种辅机有一台跳闸,则对应的切换器选通b,使该种辅机决定的最大可能出力值减至50%。
该机组配用三台给水泵,其中两台为容量百分数50%的汽动泵,一台为30%的电动泵。根据运行台数的各种可能组合,相应的机
组最大可能出力值计算用表10-2说明。
本机组配用五台容量百分数为25%的磨煤机。根据不同投运台数,由切换器T6选通对应的最大可能出力值(共有四档,即25%、
50%、75%、100%)。
此外还考虑了发电机定子失去冷却水时的负荷返回。正常情况下,切换器T7选通a;异常时选通b,机组最大可能出力值减至
65%。
图10-26中低值选择器选出各种辅机中负荷百分数的最小值,作为机组的最大可能出力值。
表10-2 由给水泵决定的机组最大可能出力计算
(2)负荷返回速率的规定
当机组的主要辅机跳闸或切除时,最大可能出力值阶跃下降,这对于机组来说是一个较大的冲击,所以必须对最大可能出力值
的变化速率进行限制。
一般对于不同辅机的跳闸,要求的负荷返回速率是不同的。例如,正常工况下,跳一台同容量百分数的给水泵所要求的减负荷
速率通常比跳一台送风机的要大。因为,当一台给水泵跳闸时,初期流入锅炉的给水量比流出的蒸汽流量小许多,因此,必须快速减小蒸汽负荷,以防锅炉干烧而使事故扩大,而一台送风机跳闸可相对缓慢地减负荷,否则会造成过大的扰动。
负荷返回回路应根据不同辅机对返回速率的要求,采取相应的措施给以满足。例如在图10-26中,让最大可能出力值信号通过
一个速率限制器。切换器T9可根据不同种类的辅机自动选择所需的速率限制设定值,达到控制减负荷速率的目的。
(3)控制方式的自动切换
当发生负荷返回时,机组的运行方式可能会自动切换。若锅炉辅机发生跳闸而产生负荷返回,则机组将以汽机跟随方式运行,
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、 负荷快速切断(FCB)
负荷快速切断是指当主机(汽轮发电机)发生跳闸时,快速切断负荷指令,维持机组继续运行。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,汽轮机关闭主蒸汽门,由旁路蒸汽系统维持锅炉继续运行,即停机不停炉。对于前一种情况,负荷指令必须快速切到厂用电负荷值;对于后一种情况,负荷指令应快速切到0(锅炉仍维持最小负荷运行)。
负荷快速切断功能的实现与负荷返回相似,只不过减负荷的速率要大得多。图10-26所示方案中,也考虑了汽轮发电机的负荷
快速切断。正常工况下,切换器T8选通a。当发生送电负荷跳闸或发电机跳闸时,T8选通b或c,使负荷指令骤减。
3、 负荷闭锁增/减(BLOCK I/D)
负荷返回(RB)方式中计算出了机组的最大可能出力,它只考虑了各主要辅机的运行台数,没有考虑其它可能出现的故障。例
如,燃烧器喷嘴堵塞、风机档板卡涩、执行器连杆折断、给水调节机构故障,等等。这类故障属设备工作异常情况,即第二类故障。出现这类故障时会造成诸如燃烧量、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,第一,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。第二,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,就认为设备工作异常,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。负荷闭锁分增闭锁(BLOCK INCREASE,即实际
负荷指令上升方向被闭锁)和减闭锁(BLOCK DECREASE,即实际负荷指令下降方向被闭锁)。
例如,当燃料量的实际值比给定值小到一定数值后,这意味着燃烧系统可能出现某些异常,若负荷指令继续增加,就会使偏差
更大,所以,要求阻止负荷指令进一步增加,即锁住负荷指令增加,闭锁增。
引起机组实际负荷指令闭锁的原因主要有:
(1) 闭锁增
a. 汽机负荷达到最大值;或在锅炉跟随汽机方式下,汽机前汽压小于其给定值,且二者偏差大于允许值。
b. 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;或机组实发电功率小于机组实际负荷指令,且二者偏差大于允
许值。
c. 给煤机工作在最大极限状态;或燃料量小于其给定值,且二者偏差大于允许值。
d. 送风机工作在最大极限状态;或送风量小于其给定值,且二者偏差大于允许值。
e. 给水泵工作在最大极限状态;或给水量小于其给定值,且二者偏差大于允许值。
f. 引风机工作在最大极限状态。
(2) 闭锁减
a.在锅炉跟随汽机方式下,汽机前汽压大于其给定值,且二者偏差大于允许值。
b.机组负荷指令达到运行人员手动设定的最小负荷限制值;或机组实发电功率大于机组实际负荷指令,且二者偏差大于允许值。
c.给煤机工作在最小极限状态;或燃料量大于其给定值,且二者偏差大于允许值。
d.送风机工作在最小极限状态;或送风量大于其给定值,且二者偏差大于允许值。
e.给水泵工作在最小极限状态;或给水量大于其给定值,且二者偏差大于允许值。
g. 引风机工作在最小极限状态。
4、 负荷迫升/迫降(RUN UP/DOWN)
对于第二类故障,除了有负荷闭锁增/减的处理方法,还有使负荷迫升/迫降的处理方法。
当任一主要辅机已工作在最大/最小极限状态,同时,燃料量、空气量、给水流量等任一运行参数小于/大于其给定值,且偏差
已超出规定限值,则必须迫使实际负荷指令减小/增大,直到偏差回到允许范围内。这就是实际负荷指令的迫升/迫降。 通常,下列情况之一发生,则产生实际负荷指令的迫降:
a.给煤机工作在最大极限状态, 同时,燃料量小于其给定值,且二者偏差大于允许值。
b.送风机工作在最大极限状态, 同时,送风量小于其给定值,且二者偏差大于允许值。
c.给水泵工作在最大极限状态, 同时,给水量小于其给定值,且二者偏差大于允许值。
d.引风机工作在最大极限状态。
实际负荷指令的迫升与迫降相反,不在列出。
另外还有一种方案,就是只要有关运行参数与其给定值偏差超越限值(此限值高于闭锁增/减的限值),即对实际负荷指令进行
迫升或迫降。
负荷闭锁增/减、负荷迫升/迫降功能的实现是由相应的回路来实现的,此处不作介绍。
从上述分析可看出,异常工况时,根据故障的不同情况,对负荷指令作上述相应的处理后,就得到实际负荷指令
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