火力发电厂主要控制工艺逻辑.docx
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火力发电厂主要控制工艺逻辑
1.1火电厂控制工艺
1.1.1机组指令
机组指令就是对机组下达的负荷指令，机组指令回路接收电网中调AGC指令和本机运行人员的指令。
负荷指令下达至汽机主控回路和锅炉主控回路，通过锅炉风粉控制和汽机
DEH控制实现系统对负荷指令的响应，见图1。
机组指令接收AGC信号的先决条件是机组处于协调控制模式，就是说汽机控制在自动状态，锅炉控制也在自动状态。
在这种情况下，电网中调会根据电网频率的变化，计算频率差，折合成负荷指令下达给发电机组。
发电机组根据AGC信号，通过协调控制系统增加或减少机组出力，稳定电网的频率。
当AGC投入条件不成立的情况下，一般采用锅炉跟随汽机的控制方式，即汽机控制功率，锅炉控制压力。
在这种情况下，机组发电功率由本机运行人员设定，而锅炉则自动调整出力，维持机前设定压力的稳定，保证汽机与锅炉之间的能量平衡。
当汽机主控无法投入自动，同时锅炉主控也无法投入自动的情况下，机组处于BASE
运行方式（手动方式）。
此时，DEH系统根据主汽压力来调整综合阀位，使汽机与锅炉保持能量平衡，机组指令跟随综合阀位对应的机组功率。
机组BASE方式运行通常是机组运行的过渡阶段。
当发电机组的重要辅机（送风机、引风机等）出现故障，只能运行两台设备中的一台时，不能提供充足的出力，发电机组也就无法在额定出力下正常工作。
这时，机组控制以RB
（RUNBACK：
快速返回）方式运行，通常机组负荷会降低一半。
此时的机组指令同机组
1
BASE方式运行时相似，处于跟随模式。
即主汽压力不断下降，汽机进汽调节阀逐渐关小，
机组负荷指令则根据综合阀位的大小跟随相应值。
机组指令控制是机组控制系统的顶层控制，也是协调控制的顶层控制，伴随着机组运行
工况的变化，指令控制会选择相应控制策略，保持机组出力与电网需求的平衡和汽机与锅炉
的能量平衡。
图1指令控制SAMA图
1.1.2协调控制系统
协调控制系统就是汽机与锅炉协调控制系统，通常存在三种协调控制方式：
机炉协调控
制方式、锅炉跟随方式、汽机跟随方式，见图2。
图2协调控制系统SAMA图
在汽机主控在自动态，且锅炉主控在自动态时，机组控制处于机炉协调控制模式。
在机炉协调控制方式下，汽机与锅炉并行操作，锅炉控制机前压力，汽轮机控制功率，两者互相影响。
负荷变化过程先于锅炉指令信号，同时压力变化修正调节阀位置。
当汽机主控在手动态，且锅炉主控在自动态时，机组控制处于锅炉跟随模式。
在锅炉跟随控制方式下，锅炉控制机前主汽压力，汽机调门采用手动调节的方式来获得期望的功率。
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控制过程为，主汽压力设定值与机前压力相比较，其偏差经过发电机信号前馈和修正后产生锅炉指令信号去风和燃料回路。
同时，运转员通过设定调节阀位置来建立负荷指令。
当锅炉主控在手动，且汽机主控在自动时，机组控制处于汽机跟随模式。
在汽机跟随控制模式下，汽轮机控制机前蒸汽压力，通过调节锅炉的燃烧率来获得期望的负荷。
运转员手动设置燃料和风量值，燃料和风量的变化会带来锅炉能量水平的变化，从而改变机前压力的
变化。
1.1.3定压滑压选择
机前压力是单元制机组负荷控制一个十分重要的参数，定压和滑压选择指在机组正常运
行时，机前压力是保持一个定值还是维持某一个函数关系。
机前压力设定值应该等于某个目
标值还是按照某个函数关系跟踪负荷指令，则是由定压滑压选择控制策略来实现，见图3。
PT
偏置设定值
FW1
I
A
FW2
PDF
FDF
RB
IDF
APH
UD
F（x）
T
∑
I
T
滑压设定值
PT
T
Track
T
T
AI
AI
IA
PS
I
压力速率限制
定压设定值
压力实际设定值
图3定压滑压选择
单元机组按照定压方式运行时，机前压力保持不变，机组功率与调节阀的开度保持一一
对应关系。
单元机组滑压运行时，汽机调节阀的开度维持不变——一般为全开位置，机组功
率与机前压力保持一一对应关系。
定压可以在机组任意控制模式下选择，而滑压需要在锅炉跟随控制模式并且机组负荷较
大的情况下进行。
在机炉协调模式下，如果出现RB，则控制方式变为锅炉跟随，机前压力
维持动作前压力一段时间，然后按照一定的速率滑压下降。
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1.2汽机控制工艺
2.2.1汽机控制
汽机控制就是汽轮机调节阀控制，汽机控制的执行部分就是数字电液调节系统DEH。
汽机控制在不同的控制方式下，将汽机指令送达DEH系统，DEH系统根据汽机指令作出相应的动作，驱动调节阀动作，完成对负荷或压力的控制，见图4。
汽机指令
TD
TF
CCS遥控
DEH反馈信号
100%
T
T
T
0%
II
H/L
A
至DEH
图4汽机控制SAMA图
相对于锅炉控制，汽机控制要简单一些，主要DEH控制。
DEH系统控制根据指令调节调节阀的开度，完成对转速和负荷的控制。
给水控制在设备属于汽机侧，但是在自动状态下接收的锅炉指令。
给水控制主要对两台汽动给水泵和一台电动给水泵的控制。
在机组启动阶
段和低负荷阶段，由30%负荷的电动给水泵供水，采用单冲量水位控制方式。
在负荷较高阶段和额定负荷运行时，有两台50%负荷的启动给水泵供水，采用三冲量的水位控制模式。
2.2.2给水控制（汽泵）
汽动给水泵是机组正常运行时的全部给水来源，采用三冲量的水位控制策略，见图5。
汽包水位被控对象的扰动有四个来源，给水量的扰动为内部扰动，其余如蒸汽负荷的扰
动、燃料量的扰动以及汽包压力的扰动等为外部扰动。
其中给水扰动、汽机负荷扰动和锅炉
热负荷扰动影响比较大。
由于蒸汽流量和燃料量的变化是经常产生的外部扰动，并且是产生"虚假水位"的根源，
所以在给水控制系统里常常引入蒸汽流量、燃料量信号作为前馈信号，以改善外部扰动时的
控制品质。
如上图所示，三冲量的调节回路中主要包含有主调节器TPI及付调节器TPI，付
调节器一般用比例规律的。
主调节器接受水位信号作为主控信号去控制副调节器。
副调节器
除接受主调节器信号外，还接受给水量反馈信号和蒸汽流量信号，组成一个三冲量的串级控制系统，其中副调节器的作用主要是通过内回路进行蒸汽流量和给水流量的比值调节，并快速消除来自给水侧的扰动。
而主调节器主要是通过副调节器对水位进行校正，使水位保持在
给定值。
当负荷变化而出现“虚假水位”时，由于采用了蒸汽流量信号，就有一个使给水量与负
荷同方向变化的信号，从而减少了由于“虚假水位”现象而使给水量向与负荷相反方向变化
的趋势，从而改变蒸汽负荷扰动下的水位控制质量。
汽动给水泵控制分成遥控和本地自动两种控制方式。
遥控时接收锅炉指令，自动维持水
位稳定；本地自动时，根据操作员的指令设定水位维持水位在设定值。
图5给水控制——汽泵
1.2.3给水调节阀控制
给水调节阀是低负荷阶段电动给水泵供水时维持水位稳定的控制手段，见图6。
在机组启动初期，主给水门关闭，电动给水泵定速运行，通过控制给水调节阀的开度，
调节给水流量，达到控制水位的目的。
此时，水位控制器对设定值和水位值的偏差进行运算，生成自动控制指令去控制给水调节阀的开度，改变给水流量，使水位跟踪设定值，进行单冲
量的水位调节。
当机组运行在高负荷状态，锅炉供水由两台启动给水泵供应，水位控制是三冲量控制方式。
如果此时有一台启动给水泵跳闸，则会联锁启动电动给水泵，保持水位的三冲量控制方式不变，此时串级控制器1计算水位实际值与水位设定值之间的偏差，然后与主蒸汽流量相加输出至串级控制器2。
串级控制器2计算控制器1与凝结水流量的偏差，计算相应阀位指令。
给水调节阀接收阀位指令，作出相应的开关动作，调节给水流量，从而达到控制水位的
目的。
图6给水调节阀控制SAMA图
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1.2.4给水控制（电泵）
电动给水泵是机组启动和低负荷阶段锅炉供水设备，控制策略，见图7。
在机组启动初期，电动给水泵定速运行，通过控制给水调节阀的开度，调节给水流量，达到控制水位的目的。
随着负荷的开高，要求的给水量增加，该启动控制阀逐渐开大，到了一定开度以后，调节性能变差，当发现控制阀已无法再对给水进行调节时，手动升高电泵转速，提高给水母管压力，增加给水，此时，启动控制阀仍然可以自动地将水位维持在设定值
上。
随着负荷继续升高，给水压力已升得较高，给水调节阀承受的节流压差也越来越大，当给水调节阀门开到90％以后，将电动给水泵转速控制投自动。
给水控制由给水调节阀节流
调节方式变成了给水泵转速调节方式。
当启动给水泵跳闸时，电动给水泵联锁启动，三冲量方式调节水位。
图7给水控制——电泵
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1.2.5除氧器水位控制
除氧器是凝结水通路上净化凝结水，保证水、汽纯净的重要设备，主要作用是除去溶解
在凝结水中的非凝结空气。
除氧器水位控制是平衡锅炉给水和凝结水的重要控制策略，与汽包水位或者汽水分离器
水位控制策略相似。
在给水流量较小的情况下，采用单冲量控制方式。
在给水流量较大时，
采用三冲量控制方式，将给水流量和凝结水流量扰动纳入控制策略中。
见图8。
在给水流量较小，单冲量控制方式下，除氧器水位控制通过除氧器给水调节阀开度的调
控实现控制目的，使除氧器水位跟踪除氧器水位设定值。
在给水流量较大，三冲量控制方式下，除氧器水位控制同时要将凝结水流量和给水流量
作为调节过程中的扰动量加以处理。
首先，除氧器水位设定值与实测值比较，差值经过一级
PID处理，得出值与给水流量换算值累加，累加后的值在第二级PID处理前与凝结水流量比
较，得出的差值经过计算得出除氧器给水调节阀开度需要的增加值或者减小值。
开度变化值
送到除氧器给水调节阀，阀门作出相应动作，除氧器供水量随之变化，达到维持除氧器水位
跟踪设定值的目的。
图8除氧器水位控制SAMA图
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1.2.6凝汽器热井水位控制
凝汽器是是机组安全、高效、经济、稳定运行的重要环节，是机组汽水循环中水的起点。
凝结水位控制的有效运行可以保障凝汽器运行的安全性，也使机组运行的经济性和稳定性得
到保证。
与凝结水水位相关的有两台设备，凝结水位调节阀和凝结水至凝补水箱溢流阀。
当凝结水水位低于设定值时，凝结水位调节阀增大开度，增加凝结水箱补水，使水位上升，跟踪设定值。
当凝结水位高于凝结水位设定值时，凝结水至凝补水箱溢流阀增大开度，凝结水热井
中的凝结水通过溢流阀泄至凝补水箱，凝结水位下降，跟踪设定值。
见图9。
图9凝结水位控制SAMA图
首先，凝汽器水位实测值与凝汽器水位设定值比较，差值经过左侧PID计算，得出凝
结水位调节阀需要增大或者减小的开度，开度指令驱动凝结水位调节阀开大或者关小，达到
调节水位的目的；同时，差值经过右侧PID处理得出溢流阀需要减少或者增加的开度，开
度指令驱动溢流阀动作，同样实现调节凝结水位的目的。
1.2.7高压加热器水位控制
高压加热器（或者低压加热器）是提高凝给水温度和机组热循环效率的装置。
高压加热器是一种表面式热交换器，一般放在除氧器之后，抽取汽轮机高压缸中的蒸汽
加热给水。
高压加热器安装疏水调节阀和危急疏
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