性能試驗時火電廠汽輪機控制方式分析

馬 勇，朱立彤,付 昶，卞 晶 (.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 7002；2.西安交通大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，陜西 西安 70049；.長安大學(xué) 信息工程學(xué)院， 陜西 西安 70064)

0 引言

新建電廠在首次運行的幾個月之內(nèi)要進(jìn)行性能考核試驗[1-2]。性能考核試驗是由制造廠和業(yè)主之外的第三方進(jìn)行的。隨著我國火電廠自動化水平的提高，自動發(fā)電控制AGC、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS等高級自動控制系統(tǒng)的投入，使得火電廠的整套機組越來越像一個有機的整體[3]?？梢赃@樣說，單元機組越來越可以稱之為單元機，從燃料的燃燒到發(fā)電，環(huán)環(huán)相扣。如何在進(jìn)行性能試驗之前調(diào)整這些控制系統(tǒng)，成為性能試驗前必須認(rèn)真考慮的問題。

圖3為少模光纖端面發(fā)生軸向偏移的耦合示意圖.當(dāng)溫度變化時，光纖位置與天線焦點處會產(chǎn)生一定偏移，造成離焦.光纖發(fā)生軸向偏移時，空間光在光纖端面上產(chǎn)生一個離焦的圓形光斑，光斑面積隨偏移量的增大而增大.當(dāng)光斑面積大于纖芯模場有效面積后，有一部分光能量丟失，使耦合效率降低.而少模光纖模場面積相比單模光纖更大，離焦后接收到的光能量高于單模光纖，因此少模光纖對光斑軸向偏移的容忍度更高.光纖端面存在軸向偏移Δz時，可知入射光在光纖端面的光場分布為[18]

汽輪機性能試驗往往要求汽輪機閥位、凝結(jié)水流量、給水流量、發(fā)電機負(fù)荷等穩(wěn)定不變，而這些參數(shù)在機組正常運行過程中又在控制系統(tǒng)的作用下隨著外界的要求和工況而不斷變化。如何在進(jìn)行性能試驗時既保證性能試驗的要求得到滿足，又能保證機組的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運行，在這方面的研究比較少。文獻(xiàn)[4-6]研究了“機跟爐”控制方式在電廠中的實際應(yīng)用，但是在性能試驗的要求下，必須研究“爐跟機”的控制方式。

1 火電廠自動控制系統(tǒng)概述

1.1 燃煤機組的自動發(fā)電控制(Automatic Generation Control,AGC)

火電機組的自動發(fā)電控制(AGC)是指火電機組接受電網(wǎng)調(diào)度的控制指令，按預(yù)定的條件和要求，安全、快速、經(jīng)濟(jì)地調(diào)整發(fā)電機組的有功功率，維持發(fā)電有功功率和電力負(fù)荷之間的平衡，保證電力系統(tǒng)頻率的質(zhì)量[3]。

1.2 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(Coordination Control System,CCS)

在機組響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化要求時，只有對機爐進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，充分利用前饋、反饋、串級控制等技術(shù)，才能保證機組迅速滿足電網(wǎng)負(fù)荷變化的要求，維持機組參數(shù)的穩(wěn)定，確保機組的安全運行。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)機組正常運行時機、爐和輔機的協(xié)調(diào)工作，而且在機組發(fā)生故障時，能與機組保護(hù)系統(tǒng)配合，自動地進(jìn)行事故處理，如負(fù)荷返回、負(fù)荷閉鎖增/閉鎖減、負(fù)荷迫降等，并進(jìn)行各子控制系統(tǒng)之間的切換，避免發(fā)生一些人為誤操作[7]。

2 汽輪機性能試驗概述

當(dāng)前火電廠汽輪機性能試驗在美國機械工程師協(xié)會《汽輪機性能試驗規(guī)程》(ASME PTC6-2004)標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行，使用的水和水蒸汽性質(zhì)表是國際公式化委員會1997年工業(yè)用IFC水和水蒸汽狀態(tài)方程。汽輪機性能試驗通常包括三閥或五閥全開、四閥或六閥全開、最大連續(xù)出力、額定出力、75%額定負(fù)荷出力、50%額定負(fù)荷出力、高背壓運行工況、高加切除工況等。

首先，解除AGC，在協(xié)調(diào)控制方式下，再解除汽輪機自動，則機組轉(zhuǎn)為“爐跟機”運行方式。在“爐跟機”運行方式下，汽輪機承擔(dān)負(fù)荷控制的任務(wù)，通過改變汽輪機調(diào)節(jié)閥的開度來改變機組功率。鍋爐則承擔(dān)控制主汽壓力的任務(wù)，通過增減煤量維持當(dāng)前主汽壓力穩(wěn)定不變。

“農(nóng)三代”是吳躦輝身上一個閃亮的標(biāo)簽，2009年他畢業(yè)于浙江農(nóng)林大學(xué)，剛一畢業(yè)就進(jìn)入了浙江愛普農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司工作，到今年已經(jīng)整整十個年頭了。說起選擇農(nóng)資行業(yè)的原因，吳躦輝說走進(jìn)農(nóng)資這個行業(yè)并不是他偶然的一個行為，而是經(jīng)過深思熟慮后所做下的決定。

性能試驗工程師根據(jù)現(xiàn)場記錄的數(shù)據(jù)，在標(biāo)準(zhǔn)上規(guī)定的計算方法指導(dǎo)下編寫計算程序，計算出機組的功率、熱耗率、高中低壓缸效率、發(fā)電煤耗、供電煤耗、補水率等參數(shù)。在PTC6上提供的修正方法指導(dǎo)下，參考制造廠提供的修正曲線，對結(jié)果進(jìn)行修正，從而給制造廠和業(yè)主單位提供準(zhǔn)確的機組實際運行資料，并在數(shù)據(jù)的指導(dǎo)下給業(yè)主提供一些節(jié)能減排的建議。

3 性能試驗時控制策略分析

在性能試驗和機組本身特點的雙重要求下，電廠運行工作人員需要對機組進(jìn)行一些調(diào)整從而使機組滿足性能試驗的要求。

3.1 保持汽輪機閥位全開

雖然由于鍋爐熱慣性較大，鍋爐能量的供給滯后于汽輪機的能量需求，因而造成較大的主汽壓變化，但是只有在“爐跟機”的運行方式下，汽輪機調(diào)節(jié)閥門才能維持基本不變。

首先，解除AGC，在協(xié)調(diào)方式下，再解除鍋爐自動，使機組在“機跟爐”的運行方式下運行。這時汽輪機調(diào)節(jié)主汽壓力，鍋爐調(diào)節(jié)機組負(fù)荷。然后，主汽壓力設(shè)定值重新設(shè)置到低值。主汽壓力設(shè)定值變低，則汽輪機調(diào)閥會在“機跟爐”運行方式下慢慢開大。繼續(xù)使主汽壓力設(shè)定值變低，則汽輪機調(diào)閥會繼續(xù)開大直至全開。

最后，還需要解除一次調(diào)頻控制。因為在一次調(diào)頻的作用下，汽輪機閥位會有微小的變化。

在此過程中，汽輪機的剩余調(diào)閥必須由熱工強置在關(guān)位置，不然這些閥門也會在“機跟爐”方式下慢慢全開。

3.2 保持汽輪機閥位不變

在進(jìn)行汽輪機性能試驗時，有時要求汽輪機調(diào)閥閥位保持穩(wěn)定不變。對于這樣的要求可以采用“爐跟機”的運行控制方式。所謂“爐跟機”的運行方式，就是鍋爐改變煤量調(diào)節(jié)主汽壓力，汽輪機調(diào)節(jié)機組負(fù)荷。

在進(jìn)行汽輪機性能試驗時，要求每一工況相對穩(wěn)定以便記錄機組運行數(shù)據(jù)。包括凝汽器水位、除氧器水位、凝結(jié)水流量、給水流量、汽輪機調(diào)閥閥位等都要求在記錄數(shù)據(jù)過程中相對穩(wěn)定。

2018年1月25日，美國國會美中經(jīng)濟(jì)與安全評估委員會舉行聽證會，專門就中國的“一帶一路”倡議進(jìn)行評估。評估委員會成員丹尼斯·謝阿(Dennis C. Shea)指出，中國領(lǐng)導(dǎo)人希望借助“一帶一路”倡議促進(jìn)其地緣政治利益，拓展中國在地區(qū)及全球治理中的地位，美國則在維護(hù)自由與開放的印太地區(qū)方面擁有重要利益，美國必須高度重視中國“一帶一路”倡議對美國的戰(zhàn)略影響，并對此作出回應(yīng)。[11]

在進(jìn)行三閥全開(針對汽輪機共有四個高壓進(jìn)汽調(diào)閥的情況)或者五閥全開(針對汽輪機共有六個高壓進(jìn)汽調(diào)閥的情況)試驗時，要求汽輪機的三個調(diào)節(jié)汽門全開或者五個調(diào)節(jié)汽門全開。在機組正常運行過程中，調(diào)節(jié)閥閥位是隨時變化的。在進(jìn)行汽輪機性能試驗之前要把汽輪機的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)到全開的位置。

觀察組患者則需要接受管狀胃治療,醫(yī)生在進(jìn)行切除后將患者胃部游離至幽門部位,將胃網(wǎng)膜做動脈與胃短動脈等切斷,保留其余血管組織,選擇患者胃角作為起點,利用直線切割縫合器沿著患者胃大彎與胃小彎平行切至尾部底端。醫(yī)生需要保留患者胃底部組織,將患者賁門以及胃小彎部分組織切除,制作成長度20—25cm、內(nèi)景3—4cm的管狀胃。之后,醫(yī)生在距離患者腫瘤上緣5cm部位將患者食管切斷,將腫瘤去除之后,進(jìn)行管狀胃上提經(jīng)主動脈弓之后直至食管床部位,并且將患者食管近側(cè)斷端與管狀胃進(jìn)行吻合處理,最后對切口進(jìn)行縫合[4]。

為了讓汽輪機調(diào)閥維持在當(dāng)前閥位穩(wěn)定不變，仍然需要解除一次調(diào)頻。

“行”是道德行為，是個人的實際行動。人們的道德行為是為了實踐自己的道德認(rèn)識，并在此過程中進(jìn)一步認(rèn)識道德、感受道德，二者既有區(qū)別又有一定的聯(lián)系，道德認(rèn)識促進(jìn)道德行為的發(fā)生，道德行為加深自身道德認(rèn)識的深刻程度。人們有了自己對事件的認(rèn)識和判斷，有了自己的道德認(rèn)識，個人的道德行為、道德意志、道德情感會隨之而生。而且道德情感、道德意志、道德行為會隨著道德意識的進(jìn)化而進(jìn)化，自然也會隨著道德認(rèn)識的退化而退化。

3.3 高背壓工況

高背壓試驗就是把汽輪機排汽背壓提高到比較高的壓力下測量汽輪機的出力性能等參數(shù)。如空冷機組的高背壓工況是把汽輪機背壓提高到30kPa(絕對壓力)下記錄汽輪機各項參數(shù)并進(jìn)行計算。在機組的背壓自動模式下可以自動設(shè)定背壓，但是如果一次往大的方向設(shè)定太多就會造成自動跳閘轉(zhuǎn)為手動，所以在設(shè)定高的背壓參數(shù)時最好一次增加一點一次增加一點這樣設(shè)定，并在設(shè)定過程中密切監(jiān)視汽輪機排汽溫度、汽輪機振動等參數(shù)，做到在提高背壓過程中時刻掌握汽輪機運行情況。

1.故意違反強制性法律法規(guī)。容錯機制的要旨是實現(xiàn)正向激勵作用和反向鞭策作用的相結(jié)合。主觀性惡意為之，故意違反強制性的法律法規(guī)，這種行為的主觀惡意較為惡劣。我們且不談其造成的惡劣后果，僅僅從主觀角度出發(fā)，將其作為可以容忍的錯誤實屬不當(dāng)。進(jìn)而言之，故意違反強制性法律法規(guī)造成的后果，在一般情形中比過失違反強制性法律法規(guī)造成的后果更為嚴(yán)重，這是從主觀惡性的角度進(jìn)行定紛止?fàn)帯?/p>

如果遇到汽輪機排汽溫度升高過快，或者汽輪機振動增加過快應(yīng)暫停提高背壓的操作并密切觀察參數(shù)，采取相應(yīng)措施。在機組參數(shù)穩(wěn)定了之后，再繼續(xù)提高背壓。

3.4 高壓加熱器切除工況

當(dāng)前，300MW及300MW以上機組的高加系統(tǒng)大部分均為三個高加。高加的布置通常有下面兩種布置方式，見圖1和圖2所示。

圖1 水側(cè)小旁路高加布置示意

圖2 水側(cè)大旁路高加布置示意

水側(cè)小旁路布置的高壓加熱器和水側(cè)大旁路布置的高壓加熱器各有利弊。水側(cè)小旁路的布置運行起來更靈活，可以在一個高壓加熱器出故障時繼續(xù)運行另外兩個高壓加熱器，但是這樣的布置會增加投資。水側(cè)大旁路的布置運行起來相比于水側(cè)小旁路的布置不夠靈活，如果一個高壓加熱器水側(cè)出現(xiàn)泄漏時，則必須停運全部三個高壓加熱器。

在性能試驗時要求停運全部高壓加熱器。對于水側(cè)小旁路布置的高加，停運相對來說比較簡單，只要按規(guī)程從壓力由高到低的順序依次停止即可。但是對于水側(cè)大旁路布置的高加，在停運高加的同時要注意虛假水位導(dǎo)致的高加解列情況。

在人類越來越關(guān)注綠色發(fā)展的大背景下，生態(tài)指標(biāo)具有可執(zhí)行性，如生活污水處理率就對水體處理、檢測等方法做出嚴(yán)格規(guī)定，但是提高污水的處理率又可能會減少蓄水效益。傳統(tǒng)的評價模型中只對不同指標(biāo)賦予相應(yīng)的權(quán)重，通過得到指標(biāo)的綜合量值區(qū)分某一流域的治理水平是否達(dá)標(biāo)。但這種評價并沒有權(quán)重的動態(tài)變化和指標(biāo)間的矛盾消解辦法。將上述指標(biāo)體系采用關(guān)系物元模型表示，如圖2。

在停運水側(cè)大旁路布置的高加時，一個高壓加熱器由于斷汽高加內(nèi)壓力會驟然減小，壓力變小會導(dǎo)致高加內(nèi)凝結(jié)的水瞬間變?yōu)檎羝斐商摷偎?。虛假水位的出現(xiàn)會導(dǎo)致高加瞬間全部解列。這樣的解列會對機組的正常運行造成很大的影響。為了避免這個問題，建議在高加解列之前盡量維持高加低水位運行。

4 應(yīng)用情況

寧夏六盤山熱電廠汽輪機在做額定出力試驗時，解除AGC控制，解除CCS，進(jìn)行“鍋爐跟隨”方式運行，并在記錄數(shù)據(jù)過程中解除一次調(diào)頻，這樣做的結(jié)果是汽輪機閥位保持不變，為數(shù)據(jù)的記錄分析提供了便利。另外，在做五閥全開試驗時，由電廠熱工人員強置第六閥全關(guān)，其余五閥全開。該電廠高加為水側(cè)大旁路布置方式，在做高加切除工況時，維持高加低水位運行，并在切除一號高加之前，慢慢關(guān)小一號高加正常疏水調(diào)閥，直至慢慢關(guān)完。在關(guān)小一號高加正常疏水調(diào)閥的同時，慢慢開大一號高加危急疏水調(diào)閥，直至一號高加維持低水位運行。這樣做的優(yōu)點是：當(dāng)關(guān)閉一號高加汽源的時候，二號高加的高壓汽水就不會通過一號高加正常疏水調(diào)閥返到一號高加來了。對于二號高加和三號高加均可以這樣進(jìn)行。這樣在切除高加的過程中并沒有出現(xiàn)由于虛假水位導(dǎo)致的高加瞬間全部解列的情況發(fā)生。

5 結(jié)語

對于電廠運行人員來說，配合試驗人員進(jìn)行汽輪機性能試驗是一個不同與電廠運行工作的新任務(wù)。在這個任務(wù)中不但要求保持電廠設(shè)備的完好完成發(fā)電工作，還要根據(jù)性能試驗的要求對機組進(jìn)行各種各樣的調(diào)整。在這些調(diào)整中，如果任何一步出現(xiàn)問題，都會對機組造成無法彌補的損失。在深刻理解AGC、CCS、一次調(diào)頻和汽輪機壓力控制的基礎(chǔ)上，如果按照本文中介紹的這些措施進(jìn)行調(diào)整，就會在配合汽輪機性能試驗時有的放矢。

[1]電力工業(yè)部(國家電力公司)熱力發(fā)電設(shè)備及材料質(zhì)量檢驗測試中心編譯.美國國家標(biāo)準(zhǔn)汽輪機性能試驗規(guī)[S].

[2]劉 凱.汽輪機試驗[M].北京:中國電力出版社,2005.

[3]《電力系統(tǒng)調(diào)頻與自動發(fā)電控制》編委會.電力系統(tǒng)調(diào)頻與自動發(fā)電控制[M].北京:中國電力出版社,2006.

[4]尹 峰,朱北恒,李 泉.超(超)臨界機組協(xié)調(diào)控制特性與控制策略[J].中國電力,2008,41(3):66-69.

[5]張秋生,張文興,高志存.大型循環(huán)流化床機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)研究[J].中國電力,2005,38(7):53-56.

[6]吳玉平,王永龍.機跟爐協(xié)調(diào)控制在300MW CFB鍋爐煤質(zhì)大幅波動時的應(yīng)用[J].中國電力,2008,4(12):42-44.

[7]巨林倉,劉齊壽,楊清宇,等.電廠熱工過程控制系統(tǒng)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2009.