（测试计量技术及仪器专业论文）火电机组运行评价方法的研究及其在仿真机上的应用.pdf

摘要 摘要 随着电力工业的迅速发展，特别是当今“厂网分离”和“竞价上网”格局的形成，对火电机组 运行的安全性和经济性提出了更高的要求。发电机组的稳定运行很大程度上取决于运行人员的技术 水平和熟练程度。火电机组仿真系统是提高运行人员业务素质的重要培训工具，其学员评价系统是 保证电厂运行人员仿真培训质量的关键。论文深入研究学员评价系统具有重要的理论和实际意义。 火电机组系统复杂，其冷、热态启动过程中需要考核的内容多，包括了阀门、挡板、电机等数 百个设备的启动顺序及状态和机、炉、电主要设备的运行参数。针对这种情况，现有的学员评价系 统还不完善，主要是目前还没有统一的考核标准和合理的评价方法。本文采用大系统理论“分解综 合”方法首先对机组冷、热态启动过程进行水平分解与垂直分解，水平分解是按“水平分布”概念 将机组启动过程分解为各个子系统，垂直分解是按“工作进度”概念将机组启动分成不同层次的操 作进度，然后对各个子过程进行考核，最终归纳得出整个启动过程的综合评价。 论文在研究和总结火电机组运行规律的基础上，分析了6 0 0 m w 机组的启动方式及其特点，结 合考核要求，对逻辑量考核采用规则知识库作为评价标准，对连续模拟量考核采用数理统计方法。 针对设备启动顺序的准确性判断问题，论文采用设定标志位的方法在评价某启动步骤时预先判断其 后步骤是否已完成。针对设备启动过程中是否处于正确状态的问题，论文通过比较设备状态与目标 状态是否匹配进行评分。针对启动必须考核的若干参数的实际启动曲线与标准曲线的吻合度问题， 采用偏差面积法实时比较过程参数与标准值的偏差程度，计算实际曲线相对标准曲线的累积偏差与 曲线累积上下限幅度的比值，对曲线的吻合度进行考核；针对启动过程中参数突变问题，采用数理 统计方法计算单次校核实际曲线相对标准曲线偏差的动态不确定度，根据误差理论判断实际瞳线中 有无突变点；针对实际启动与标准启动时间不一致的问题，采用数学处理方法使实际曲线沿时间坐 标移动或伸缩后与标准曲线时间坐标吻合。针对启动过程的经济性考核问题，按照对机组性能的影 响程度的大小，选取主蒸汽压力、过热蒸汽温度、再热蒸汽温度作为经济性小指标，通过累积计算 每个小指标变化所引起的机组相对能量变化量来评价学员操作对机组经济性的影响。 利用论文提出的评价方法，用c + + 语言开发了6 0 0 m w 机组的冷、热态启动状态参数评价系统 和过程曲线评价系统。本文研发的学员评价系统可以设定考核参数的目标值、允许偏差、考核周期、 满分值、扣分值，并能实现分段考核及对考核结果的存取等功能，能够客观、正确地对学员操作进 行评价，满足了电站仿真机的培训要求，提高了培训效率，解决了仿真培训的考核问题，具有很好 的应用价值。 关键词：火电机组，学员评价系统，分解综合，状态参数评价，过程曲线评价 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t p o w e ri n d u s t r yh a sd e v e l o p e dr a p i d l yr e c e n t l y , e s p e c i a l l yt h a tp o w e rp l a n t sa n dp o w e r 鲥da l e s e p a r a t e da n dt h ep r i c eb i d d i n gi sf o r m a t t e d , t h e r e f o r eh i g h e rr e q u e s ti sp u tf o r w a r dt op r o m i s et h es e c u r i t y a n de c o n o m yo ft h eu n i t s t oal a r g ee x t e n t , t h es e c u r i t ya n de c o n o m yo ft h eu n i t sd e p e n do nt h eo p e r a t o r s t e c h n i c a ll e v e la n dp r o f i c i e n c y s i m u l a t i o nt r a i n i n gi sa ni m p o r t a n tt o o lt ot r a i n i n gt h eo p e r a t o r ss k i l la n da r e a s o n a b l ee v a l u a t i o ns y s t e mi st h ek e yo fe n s u r i n gt r a i n i n gq u a l i t y i n d e p t hr e s e a r c ho ns t u d e n te v a l u a t i o n s y s t e mi nt h i sp a p e rh a sa ni m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t h ep o w e ru n i t sa l ec o m p l e x , d u r i n gt h e r ec o l da n dh o ts t a r t u p ，s e v e r a lh u n d r e d so fe q u i p m e n t s i n c l u d i n gb o i l e r , t u r b i n ea n dg e n e r a t o ra n ds o m ev a l v e s ，b a f f l e sa n de l e c t r o m o t o r i nv i e wo ft h i ss i t u a t i o n , t h ee x i s t i n gs t u d e n te v a l u a t i o ns y s t e m sa r en o tp e r f e c t , a n da tp r e s e n tt h e r ea r en ou n i f o r ms t a n d a r da n da r e a s o n a b l ew a yo fe v a l u a t i o n i nt h i sp a p e r , l a r g e s c a l es y s t e m st h e o r yi su s e dt ov e r t i c a l l ya n dh o r i z o n t a l l y d e c o m p o s eu n i t s c o l da n dh o ts t a r t u pb yt h ew a yo f ”d e c o m p o s i t i o n - i n t e g r a t i o n ”c o m b i n e dw i t ht h e e v a l u a t i o nr e q u i r e m e n t s ，t h ei n t e g r a t e de v a l u a t i o nr e s u l t sc a nb ew o r k e do u ta f t e ra l lt h es u b p r o c e s s h a v i n gb e e ne v a l u a t e d b a s e do ns t u d y i n ga n ds u m m a r i z i n gt h er u n n i n gr u l e so ft h ep o w e ru n i t s ，t h ec h a r a c t e r i s t i ca n dm o d e o fh o ta n dc o l ds t a r t - u pa b o u t6 0 0 m wp o w e ru n i th a sb e e na n a l y z e d c o m b i n e dw i t ht h ee v a l u a t i o n r e q u i r e m e n t s ，k n o w l e d g eo fr u l e sa r eu s e dt ob ee v a l u a t i o nc r i t e r i o nf o rl o g i cv o l u m e ，m e t h o d so f m a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c sa r eu s e dt oe v a l u a t ec o n t i n u o u sa n a l o g f o rt h ei s s u et h a td e t e r m i n i n gt h ea c c u r a c y o ft h eb 0 0 ts e q u e n c e ，t h i sp a p e rs e tf l a g sa n du s eap r e j u d g et om a k es u r et h a tt h es t e p ss u b s e q u e n tt ot h e o n eb e i n ge v a l u a t e dh a s n tb e e nc o m p e t e d f o rt h ei s s u et h a tm a k i n gs u r et h ee q u i p m e n t sa l ei nc o r r e c t s t a t e ，t h i sp a p e rc o m p a r i n gt h es t a t eo fe q u i p m e n tw i t ht h et a r g e tt os c o r e f o rt h ei s s u et h a tn u m b e ro f p a r a m e t e r sm u s tb e e ne v a l u a t e d ，t h i sp a p e ru s e se r r o ra r e aa n dm e a ns q u a r ed e v i a t i o ne v a l u a t i o nm e t h o d s m a l li n d i c a t o ro f t h ee c o n o m yc a nb eu s e dt om a k ee c o n o m i ce v a l u a t i o no f t h es t u d e n t s o p e r a t i o n a c c o r d i n gt ot h em e t h o d sm e n t i o n e d ，t h es t u d e n te v a l u a t i o ns y s t e mo fs t a t ep a r a m e t e r sa n de v a l u a t i o n s y s t e mo fp r o c e s st r e n do f6 0 0 m w u n i t sa b o u tc o l da n dh o ts t a r t - u pa l ed e v i s e db yc a - + l a n g u a g e i nt h i s p a p e r , e v a l u a t i o ns y s t e md e v e l o p e dh a sv e r yg o o dv a l u ea n di sa b l et oo b j e c t i v e l ya n da c c u r a t e l ye v a l u a t e t h eo p e r a t i o no ft h et r a i n e e s ，m e e tt h en e e d so ft h es i m u l a t o rt r a i n i n gr e q u i r e m e n t s ，e n h a n c et h ee f f i c i e n c y o ft h et r a i n i n ga n ds o l v et h ep r o b l e mo fe v a l u a t i o no np r o c e s so fs i m u l a t i o nt r a i n i n g k e y w o r d s ：p o w e ru n i t s ，s t u d e n t e v a l u a t i o ns y s t e m ，d e c o m p o s i t i o n - i n t e g r a t i o n ，p a r a m e t e r se v a l u a t i o n m e t h o d p r o c e s s 仃e n de v a l u a t i o nm e t h o d i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：2 苤羞垒导师签名：研究生签名：嬲卫导师签名： 华t 日期： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 火电机组仿真机运行评价系统的研究背景和意义 火电机组仿真是利用计算机技术构成的，可以模拟电力系统第一线运行人员的操作环境，帮助 学员熟悉新设备，掌握新技术，解决新难题，具有现场培训和理论教学都难以达到的效果。学员在 仿真机进行各种方式下的运行操作就如同置身于实际运行岗位，使学员有身临其境之感，达到熟悉 设备和提高实际操作能力的目的。学员评价系统是电站仿真机的重要组成部分，该系统可实现对学 员操作的自动评分，使评价体系具有更好的客观性和合理性，并具有对电站实际生产的指导性作用。 火电机组仿真主要是对火电机组某单元发电机组系统的仿真【2 】。大型电站发电机组是一个设备庞大、 复杂的系统。如一台大型燃煤发电机组，包括锅炉、汽轮机、发电机三大主设备，还包括给煤机、 磨煤机、送风机、引风机、给水泵、凝结水泵、循环水泵、除氧器、低压加热器、高压加热器、润 滑油泵、励磁机等附属设备。因此，火电机组计算机仿真是一门综合技术，它以热能动力、电气系 统、控制系统、计算机技术、数学、电工电子及仪表等多学科、多专业的理论为基础，以计算机和 各种物理设备为工具对真实电站的发电机组进行仿真【3 4 j 。 火电厂发生事故的7 0 至8 0 与运行人员的操作有关【5 】，因此要求电厂运行人员具有较高的操 作水平，尤其是随着火电机组向大容量、高参数方向发展，对运行人员提出了更高的要求。一方面， 需要大型电站机组的投运来降低电力成本；另一方面，又要求运行人员通过熟练操作减少电站中因 意外事故造成的巨大经济损失。这样就迫切需要电站运行人员在上岗之前，就获得一定的操作培训， 要求他们有接近于现场的工作经验。很显然，制造真实的电站现场事故以培训操作人员应对事故的 经验是不可能也是不允许的，电站实时仿真系统的丰富培训手段为提高运行人员的操作水平起到相 当重要的作用。通过仿真机反复训练和事故模拟，可大大提高运行人员处理问题的能力，从而提高 电力生产的安全性 6 1 。 另一方面，由于我国长期以来依靠高投入、高耗能、高排放、低效率的粗放式经济增长方式， 使资源环境付出巨大代价，资源紧缺已成为我国经济可持续发展的“瓶颈”。2 0 0 3 年我国就已经成 为世界第一煤炭消费大国和第二石油、电力消费大国，同时消耗占世界当年消耗总量近5 0 的水泥、 3 5 的铁矿石、2 0 的氧化铝和铜，但是我们只创造了占世界4 的g d p 。据测算，现在我国每创造 1 美元g d p 所消耗的能源是美国的4 3 倍，是日本的1 1 倍。我国的年能源消耗量是日本的1 0 倍， 是美国的5 倍。每万美元产出消耗矿产资源是日本的7 1 倍、美国的5 7 倍、印度的2 8 倍r 7 1 。 火力发电行业是消耗一次能源的大户，用于发电的能源在一次能源中所占的比例不断提高。中 国在改革开放后，我国火力发电的供电煤耗量已经有了大幅度降低，根据国家电网0 4 年公布的资料 显示，中国供电煤耗和线损率5 年来分别下降了4 5 和8 1 ，供电标准煤耗由2 0 0 0 年的每千瓦时 3 9 2 克下降到2 0 0 5 年的3 7 4 克，但与世界先进水平相比每千瓦时仍然相差约5 0 克。提高火电厂的 经济性，既是火电企业自身降低成本的需要，也是全国一次能源生产、运输和节约的大事，更关系 到整个国民经济的可持续性发展。作为耗能大户，火力发电机组不仅在运行阶段，在机组的启停及 低负荷稳燃等工况下也要消耗大量的燃料油。特别是对于新建的火力发电机组，其在试运期间要经 过锅炉吹管、汽机冲转、机组并网、电气试验、机组带大负荷运行等许多阶段，此期间由于锅炉无 法投磨或无法完全断油运行，因此要耗费大量的燃油。根据原电力部颁布的试运导则中的规定， 6 0 0 m w 机组试运期间燃油消耗的标准定量为9 0 0 0 吨，燃料费用十分可观。6 0 0 m w 机组冷态启动一 东南大学硕士学位论文 次的油耗大约在1 2 0 1 6 0 吨，尤其是近年来能源短缺越来越突出， “厂网分离，竞价上网”使发电 企业的压力越来越大，0 8 年全国电力企业亏损达4 0 0 亿元，所以在保证机组安全运行的同时，要尽 量降低煤耗，实现机组既安全又经济的运行。因此，在对机组起、停、运行和故障处理阶段的学员 考核评价中，在保证安全性的同时要尽量保证机组的经济性。 火电站仿真技术由于具有较强的有效性、可重复性、经济性和安全性，得到了迅速发展【8 l 。火 电站仿真机是一个连续的实时数字仿真系统，它提供一个连续的实时运行环境，仿真整个电站的运 行工况，包括机组启动、停机和异常状态下的监视及操作等1 9 l 。此外，由于大型火电机组设备庞大、 系统复杂，对电站设备的分析，对运行安全性和经济性的研究，对值班人员的培训等，在实际发电 机组上很难直接进行或根本不可能。单元机组发电容量的增大以及设备可靠性的提高，减少了设备 的启、停和异常运行状态，使得运行人员在实际机组上接受培训的机会越来越少，特别是原来新机 组试运前的培训方法，远远不能满足当前的要求【1 们。利用火电机组仿真机的优势，则上述问题可迎 刃而解。火电站仿真机主要用于操作人员的培训，在实际机组投运前，就应该让运行人员在仿真机 上接受培训，使他们对该机组的各个设备和系统的运行特性、逻辑、控制回路的功能，人机界面的 监视内容和操作方式，以及在机组的正常扰动、启停和各种事故工况下的正确操作和处理方式等有 一个全面的了解和掌握，从而在新机组投运时就能正确、熟练地控制机组的运行，减少操作失误。 同时利用仿真机可对在岗人员进行定期轮训，不断提高其操作水平。 电站仿真机运行评价系统用于评价受训人员的操作水平，从“仿真培训中心”的模式来看，运 行评价系统可以使运行人员在业余时间，甚至在没有教练员的情况下进行学习，也就是使“自学习” j 成为可能，以减轻教练员的工作强度。运行评价软件系统是仿真机的一个重要部分，是学员操作 考核评价的重要手段。仿真机中的学员运行评价系统可以实现对学员的自动评价，避免人为因素对 学员成绩评定的影响，有利于提高对受训人员操作水平评价的科学性和合理性。评价系统的研究和 开发，最终可对电厂的实际操作进行指导i l2 1 3 】。如何评价学员的操作水平，采用何种评价方法来开 发学员评价系统，是仿真培训考核中的难点问题之一。 1 2 火电机组仿真机运行评价系统的研究状况 仿真技术在火电厂中的应用已有相当长的历史，本世纪6 0 年代初的仿真范围仅限于火电机组的 某个局部系统。进入7 0 年代，随着计算机开发和应用水平的提高，美国、日本等发达国家先后开发 了用于培训的火电机组工况仿真系统。1 9 7 9 年美国三里岛( t h r e em a i li s l a n d ) 核电站事故的发生，极 大地提高了人们对核电站运行人员培训效果重要性的认识，因而大大促进了核电、火电机组仿真技 术的发展【h j 。进入8 0 年代以来，运用各相关学科的新理论、新技术、新成果使得火电机组仿真系统 在硬件速度，数据处理量，运行可靠性，通讯能力，兼容能力等方面有了很大提高，相应地仿真系 统的软件功能及其开发、调试的环境和手段等也有了很大的进步。 我国火电厂仿真机技术发展迅速，现在已成为世界上拥有电站仿真机最多的国家。近年来随着 电站自动化程度的提高与火电机组的单机容量越来越大，为了确保机组能安全运行、减少事故、提 高经济效益，对电力系统中运行人员的技术素质和工作能力提出了更高的要求，这使得电力系统中 对运行人员的培训越来越重要。加强对运行人员的培训，提高其业务技能和应对各种复杂工况的能 力，已经成为电力工业安全生产、平稳运行的基础工作。研究和开发高水平的电站仿真培训机，是 提高运行人员操作水平、减少事故发生率以及提高机组运行效率的一条重要途径。2 0 多年来随着火 电机组仿真技术的应用，火电机组仿真机得到突飞猛进的发展，电站仿真系统在技术培训中发挥着 不可替代的重要作用。按我国电力行业标准3 0 0 m w 及以上机组的火电厂运行操作人员必须经过仿真 2 第一章绪论 机培训，取得合格证方可上岗。由此可见仿真机培训在火电机组安全稳定运行方面的重要性i b j 。 到目前为止，国内各地区电管局、各省电力局以及部分电站基本上都建立了电站仿真培训中心， 每个培训中心一般配备3 6 名教练员，用于指导运行人员的操作培训，对运行人员的操作水平进行 考核评估以及对仿真培训系统进行日常维护等工作。火电机组仿真机中传统的仿真培训考核功能是 由教练员或教练员组来完成的，即由教练员( 组) 观察、记录学员的整个操作过程，教练员( 组) 凭经验等对学员的操作水平进行手工打分。这就对教练员( 组) 提出了相当高的知识要求，具体来 说，一个合格的教练员或教练员组应该具备以下知识和水平：( 1 ) 、充分掌握电站锅炉、发电机、汽 轮机、热力系统、电气以及各种辅机等的有关运行和控制方面的系统专业知识；( 2 ) 、较高的计算机 硬件和软件知识水平；( 3 ) 、掌握电站系统专业知识的程度，理论上讲，应高于电站所有运行人员的 知识总和，否则，在培训过程中对运行人员提出的一些疑难问题无法作出正确的解答，尤其是在考 核评价的过程中对某些运行人员的运行操作水平无法作出合理正确的评价，从而影响仿真培训的效 果【1 6 j 。 从国内各个电站仿真培训的实际情况来看，由于多种局限因素和客观情况的存在，要配备一个 完全适合仿真培训中心要求的教练员或教练员组是有一定困难的，尤其是全面掌握电站系统专业知 识的教练员( 组) 【1 7 1 。对此，在实际仿真培训的过程中，一般由电站指派一些具有较高实际运行操作 经验的专家或技术人员与仿真中心的教练员一起参与指导运行人员的操作培训以及对运行人员的操 作水平进行考核评价，这样做能产生更好的仿真培训效果。但是在考核评价过程中，不仅要求教练 员有很高的知识水平，也增加了教练员的负担，学员不能自我培训且不可避免地使评价结果经常带 有主考者的主观意愿，使运行人员的考核成绩带有一定的主观性，甚至影响其以后的工种以及上岗 工资等。为此，国内不少使用培训仿真机的单位向其开发单位提出了在仿真机上配备培训评分系统 功能的要求【l8 1 9 2 0 1 。此外，一些评价系统只针对某种特定条件而设，具有一定的局限性，评价不够 全面【2 l 以2 1 。由于电站设备、系统及其运行与控制等方面的高度复杂性，开发一种合理的电站仿真机 培训评分系统是相当困难的1 2 引。 目前机组运行评价系统的研究主要在以下几个方面： l 、机组运行评价系统的主要考核内容是学员的操作，而能反映学员操作水平的就是仿真机数学 模型中各种设备参数的运行情况以及各种热工电气状况仪表1 2 钔，因此，学员评价考核的目标是通过 学员的操作来满足机组运行参数及状态的要求。 2 、火电机组的运行规程是指导学员操作的重要准则，同时又是学员评价时的主要依据【2 5 l 。通过 研究机组的运行规程，并将其转化为规则知识【2 6 j 。每一条运行操作规程都可以表示成规则知识库中 的一条或多条规则知识。火电机组仿真机操作评价系统中的规则知识库即由一系列的运行规则组成， 这些规则称为考核评分规则。 3 、当前的机组仿真机操作评价系统大多数都是面向特定系统或机组的，当机组的设备或运行工 况发生变化时，就要对机组运行评价系统进行大量的修改工作以适应设备或工况的变化。这样不仅 增加了系统的维护强度，而且对于不同的机组和工况，规则知识库中的规则知识也要随之变化。对 于这一评价系统，由于缺乏对通用系统的研究，系统的实际应用问题较多，更缺乏通用性p l2 8 】。 1 3 论文的研究内容 本文研究开发的机组操作评价系统是电站仿真机的重要组成部分，该系统可实现对学员操作的 自动评分，使评价体系具有更好的客观性和合理性，并可以实现对电厂的实际生产进行指导。 基于学员评价的研究现状，通过对火电机组启动过程中典型状态参数及启动过程曲线的分析， 3 东南大学硕士学位论文 建立了火电机组冷态启动、热态启动操作过程学员评价的方案和算法，并开发了扬二电厂6 0 0 m w 机组仿真机学员评价系统。本文的研究内容主要有以下几个方面： l 、根据电站设备、系统及其运行等方面的高度复杂性，分析、研究各类参数在启动过程中的变 化情况，在兼顾安全性与经济性的基础上，结合考核要求，确定各类启动方式中应考核的参数。 2 、研究和总结电站的运行操作规程，电站启动的运行特点，科学、合理地制定过程曲线考核中 的评价依据和考核标准，在现有的评价方法的基础上进一步优化，建立以规则知识库为基础的考核 评价标准； 3 、根据电站设备、系统等具体情况，分析在机组起动过程中学员操作时整个系统的安全性与经 济性，研究学员操作对机组性能的影响。 4 、研究和开发学员评价系统的软件，具体为：采用c + + 语言开发火电机组启动过程的学员评 价系统。 1 4 本章小结 本章介绍了火电机组仿真机学员评价系统的研究背景和意义，学员评价系统在国内、外的研究 状况，分析了学员评价在火电机组仿真机考核中的重要性，介绍了本课题研究的学员评价系统的思 路和论文的主要研究内容。 4 第二章6 0 0 m w 机组启动方式及其特点分析 第二章6 0 0 m w 机组启动方式及其特点分析 机组由静止状态转变为带有额定负荷或并入蒸汽母管的全过程称为机组启动，机组的启动一般 分为冷态启动、热态启动、极热态启动。所谓冷态启动，是指机组在没有表压，汽轮机高压缸第一 级或中压缸叶片环金属温度小于2 0 4 c 情况下的启动【2 9 l ，热态启动、极热态启动则是指机组温度高 于环境值情况下的启动，热态启动时，锅炉在点火前就具有一定的压力和温度，故锅炉点火后机组 升温、升压速度可适当快些，启动时间会比冷态启动短，因此对机组热态、极热态启动过程中参数 品质要求较高。机组的启动时间，对单元机组是指从点火到机组并网运行所花的全部时间。机组的 启动时间除了与启动前锅炉及汽机的状态有关外，还与锅炉机组的形式、容量、结构、燃料种类、 电厂热力系统的形式及气候条件有关。此外，机组启动过程中还要充分考虑以下两个原则【3 0 】： l 、安全性原则：使机组各部件逐步和均匀的得到加热，使之不致产生过大的温差应力而威胁设 备安全； 2 、经济性原n - 在保证设备安全的前提下，尽量缩短启动时间，减少启动过程中的工质损失和 能量损失。 按照汽轮机冲转时的参数状态来区分，单元机组的启动方式分为额定参数启动和滑参数启动两 种不同的方式。采用额定参数启动时，锅炉首先启动，当蒸汽参数升至额定值时，再冲转汽轮机， 汽轮机从冲转至带额定负荷期间，主蒸汽阀门前的蒸汽参数始终保持为额定值。这种启动方式的运 行灵活性和经济性均较差，仅在母管制的小型机组上应用，单元制运行的大型机组已不再采用这种 启动方式。单元制机组通常采用滑参数启动，又称为联合启动。在锅炉点火，蒸汽升压、升温的过 程中，利用低温、低压蒸汽进行蒸汽管道的暖管，当到达一定参数后汽轮机进行冲转及并网，并随 着汽温、汽压的升高逐渐提高汽轮机的负荷，在整个启动过程中，主蒸汽阀门前蒸汽参数随机组负 荷的升高而升高。滑参数启动具有以下优点p 1 】： l 、启动过程中，蒸汽管道的暖管、汽轮机的启动与锅炉的升压同时进行，从而使整台机组的启 动时间缩短，增加了运行调度的灵活性。 2 、整台机组的加热是从较低的蒸汽参数开始的，各部件的受热膨胀比较均匀，锅炉水循环工况 稳定，过热器得到较好冷却。并且，由于开始进入汽轮机的蒸汽压力和温度较低，蒸汽的容积流量 较大，容易充满汽轮机，而且流速也较大，汽轮机的各部分均匀而迅速的升温，不至于产生过大的 热应力。 3 、启动过程经济性提高，特别是设置旁路的机组，启动过程中可回收工质及利用工质的热量， 工质损失和燃料消耗减少，机组在启动过程中即可以发出电能。 目前国内单元机组均采用锅炉与汽轮发电机组联合滑参数方式启动，考虑到大型机组发展状况 及滑参数启动安全性与经济性方面的优点，本章以扬二6 0 0 m w 亚临界机组压力法滑参数启动为例， 具体分析机组启动方式及其特点。 2 1 大系统理论在本评价系统中的应用 大型火电机组除了包含锅炉、汽轮机、发电机三大主设备外还包括给煤机、磨煤机、一次风机、 送风机、引风机、空气预热器、除尘器、烟囱、给水泵、回热系统、再热系统、凝汽器、凝结水泵、 变压器、励磁机、润滑油系统、控制油系统、化学水处理系统、d c s 控制系统及其他一些设备或子 5 东南大学硕士学位论文 系统。火电机组设备众多，结构复杂，机组启动过程中需考核的参数很多，包括了阀门、挡板、电 机等数百个设备的启动顺序及状态和机、炉、电主要设备的运行参数，对此，学员评价系统中不能 将火电机组作为传统的单目标系统进行研究。对于这样一个复杂系统或过程进行学员评价时，本文 参考控制理论中大系统理论相关知识，首先对火电机组进行分解，得到各级子系统，然后研究学员 评价系统中机组各子系统运转情况并以此作为学员操作考核的依据，最后归纳各子系统考核情况得 出学员操作的综合评价。 大系统理论( l a r g es c a l es y s t e m ) 是为了研究规模日趋庞大、结构越来越复杂的系统而产生的。 从上世纪7 0 年代以来，大系统理论已得到快速发展，而且已经形成新的理论体系。大系统的主要特 点是多级结构模型，无论是电站机组系统，还是其他的复杂工程、社会管理系统，由于所属的基层 单位太多，这些基层单位的工作任务和组织结构千差万别且相互影响，所提供的情报也不尽相同， 因此分析复杂系统时传统的单目标方法是不适用的【3 2 】。 分解综合的思想是研究复杂系统的主要思想，是贯穿于大系统理论的重要方面。分解是分解 综合方法的第一步，它可以分为两种主要方式： l 、水平( 空间) 分解：从整体问题出发，利用水平分解定义一组彼此独立的低阶子系统。由此 可见，水平分解是基于子系统的分解，为此首先要定义子系统。子系统的定义可以通过结构模型的 分解找出强连接部分，可以根据控制作用的影响范围或者按照系统的自然形式实现。定义子系统后， 我们可以先暂时切断各子系统之间的状态关联或者将关联量设置为某个定值或函数，这样，便可将 原有的高阶大系统分解为若干个易于处理的独立子系统。例如，可以将整个火力发电系统分解为锅 炉、汽轮机、发电机等一级子系统，这些一级子系统又可进一步被分解为二级子系统，例如可将锅 炉子系统按系统结构分解为给水、制粉、送风、引风、过热器喷水等二级子系统，这些二级子系统 又可进一步被分解为三级子系统，例如可将送风子系统分解为送风机和送风机出口挡板等三级子系 统，将该层次的子系统称为设备级子系统。如此，可将整个系统最终分解为一系列子系统或设备级 子系统。系统分解的原则为：直到不可再分或不需再分。设备级子系统虽然是最底层的子系统，但 是并不是所有的子系统都需要被分解到设各级。锅炉系统进行具体水平分解过程如图2 1 所示。 图2 一l6 0 0 m w 火电机组锅炉系统水平分解示意图 2 、垂直( 时间) 分解：垂直分解是通过“工作进度”这一概念将系统分成不同层次的操作进度 6 第二章6 0 0 m w 机组启动方式及其特点分析 来实现对复杂系统的分解。因此，可将整个火电机组按“工作进度”分解为启动、停机以及故障处 理等其它一级子过程，这些一级子过程又可进一步被分解为二级子过程，可将启动子过程分解为冷 态启动、热态启动、极热态启动等二级子过程；将停机子过程分解为紧急停机、滑参数停机等二级 子过程。这些二级子过程又可进一步被分解为三级子过程。例如，某6 0 0 m w 火电机组冷态启动过 程，如图2 2 所示，可将其分解为锅炉点火前准备子过程、锅炉点火至大机具备冲转条件子过程、 大机冲转至发电机并网带初负荷子过程、机组带负荷至6 0 0 m w 子过程等。锅炉点火前准备过程又 可以分为厂用电系统投入正常运行子过程、阀门状态检查子过程、启动循泵子过程、辅汽系统投用 子过程、锅炉上水子过程、启动主机盘车运行子过程等；机组带负荷至6 0 0 m w 过程可以分解为投 燃料系统子过程，机组升负荷子过程，根据汽温情况投入过热器减温水子过程，负荷 6 0 m w 时， 检查低压缸喷水自动关闭子过程，当负荷大于6 0 m w 时，投入功率反馈、调节级压力反馈子过程， 将凝汽器水位调节至正常水位子过程，负荷至1 2 0 m w 时进行除氧器汽源切换子过程，负荷至1 5 0 m w 进行厂用电切换子过程，两台小汽机分别冲转至3 0 0 0 r p m 子过程，投入连排扩容器子过程等。 图2 26 0 0 m w 火电机组冷态启动过程垂直分解示意图 进行分解以后，一般来说，由于各子系统之间相互关联或者设定关联值偏离实际值，将复杂系 统分解成各个子系统后并不能得到问题的最优解，于是需要进行综合。相对于其他的复杂系统，按 照垂直分解，火电机组各子系统之间的耦合并不是十分强烈，尤其是现行的大型火电机组均实行d c s ( 集散控制系统) 控制方案，评分系统在获得到各子系统的得分情况后，加权累加即可得总体评分 情况。 一般而言，国内各仿真培训中心学员最终的考核评估也是被分为若干次分类考核进行的，而每 个学员的总成绩则为其各次考试成绩之加权和。这些分类考核与上述二级子过程相对应，诸如冷态 启动考核、热态启动考核等等。本文开发的评价系统，总成绩由安全性得分和经济性得分组成。前 者由各种评价参数的得分和各种评价曲线的成绩构成，后者由经济性小指标得分构成。 7 东南大学硕士学位论文 2 26 0 0 m w 机组冷态启动过程及特点 大型火力发电机组是一个机、炉、电、热控等系统协同工作的系统，由于电力生产过程的复杂、 庞大以及设备系统间的相互耦合，火电机组设备、运行与控制方面具有高度复杂性，因此在火电机 组运行评价系统的开发中需要考虑的因素很多。本节参考控制理论中大系统理论“分解综合”的有 关知识，在总结火电机组运行规程的基础上，结合电站各种设备的原理和运行机制以及火电机组的 启动及运行特点，详细分析了6 0 0 m w 机组冷态启动过程及特点。 如前节所述，按照机组设备的操作顺序和工质能量的转换关系，机组冷态启动全过程按照垂直 分解方法一般包括以下四个部分：锅炉点火前准备；锅炉点火至大机具备冲转条件；大机冲转至发 电机并网带初负荷；机组带负荷至6 0 0 m w 。下面以机组冷态启动过程垂直分解的四个子过程为基础， 按照水平、垂直分解相综合的方法，进一步详细分析机组冷态启动的各个评分细节【3 3 3 4 3 5 】。 2 2 1 冷态启动锅炉点火前准备具体操作过程与分析 机组冷态启动锅炉点火前准备具体操作包括以下子过程： l 、厂用电系统投入正常运行。厂用电系统是指由机组高、低压厂用变压器，停机、检修变压器 及其供电网络和厂用负荷组成的系统，供电范围包括主厂房内厂用负荷、输煤系统、脱硫系统、除 灰系统、水处理系统、循环水系统等。厂用电投入的具体操作内容包括：( 1 ) 、确认厂用1 0 k v 母 线2 a x 、2 b x 、2 a y 、2 b y 有电压并且各对应备用进线开关在合闸位置；( 2 ) 、确认4 0 0 vp c ( 动 力中心) 线路t 2 a - l 、t 2 b 一1 、t 2 a - 2 、t 2 b - 2 、b 2 a 1 、b 2 b 1 均有电压：( 3 ) 、确认m c c ( 电机 控制中心) 线路t 2 a 1 e t 、t 2 b 1 e t 、t 2 a 1 e b 、t 2 b 1 e b 有电压；( 4 ) 、确认1 1 5 vi x ；( 直流电源) 直流母线2 a 、2 b 、2 3 0 vd c 均有电压；( 5 ) 、确认u p s ( 不间断电源) 2 a 、2 b 母线均有电压；( 6 ) 、 确认4 0 0 vp c 、t 2 a 1 、t 2 b 1 、t 2 a 2 、t 2 b 2 、b 2 a 1 、b 2 b 1 各自对于联投压板在投入位置；( 7 ) 、 确认柴油机启动方式开关h s 1 在“a u t o 位置；( 8 ) 、确认柴油机同期方式选择开关h s 3 在“a u t o ” 位置；( 9 ) 、确认柴油机电源切换方向开关h s 1 0 在“a u t o ”位置等内容。 2 、进行各系统检查，保证各阀门状态正确。本部分操作主要是对机组主、辅系统的检查确认工 作。在这个操作环节中要检查各主、辅系统设备和阀门状态，为锅炉点火做好准备，具体操作内容 包括：( 1 ) 、确认锅炉本体疏水、放空气手动门开；( 2 ) 、确认电磁泄压阀前隔离门开；( 3 ) 、确认下 降管放水手动门关；( 4 ) 、确认各磨煤机进口闸板门开；( 5 ) 、确认各密封风机出口门开；( 6 ) 、确认 主汽至小汽机、轴封、a 、b 主汽门前疏水手动门开；( 7 ) 、确认凝水排l 2 门、低压缸后缸喷水调 门前后隔离门开；( 8 ) 、确认凝水再循环旁路门关；( 9 ) 、确认前置泵a 、b 再循环调门前后隔离门、 给水泵a 、b 及电泵再循环调门前后隔离门及其中间抽头隔离门开：( 1 0 ) 、确认# 2 辅汽供汽电动门 前隔离门、辅汽至炉侧总门开；( 1 1 ) 、确认辅汽至除氧器加热调门旁路门，辅汽至暖风器加热调门 旁路门，冷再供辅汽调门旁路门关；( 1 2 ) 、确认a 、b 凝汽器循环水进出水时放水门关；( 1 3 ) 、确 认闭式冷却水系统中闭冷水箱出口门开、闭冷水泵进口门开，任一闭冷器进出口门开、闭冷水泵出 口门开度在3 0 1 0 之间，闭冷水箱放水门关：( 1 4 ) 、确认各真空泵进口手动门、轴加疏水器后隔 离门开；( 1 5 ) 、确认除氧器底部放水门及向厂房外放水一、二次门关；( 1 6 ) 、确认小汽机a 、b 的 e h 油泵进出口门开，仪用气干燥塔a 、b 进口门开，密封油高备油调门旁路门关；( 1 7 ) 冷再至辅 汽总门关。 3 、循环水系统投用。本部分操作主要包括循环水系统中循环水泵投用、凝汽器热井补水、投凝 泵，建立凝水小循环、低加上水、除氧器上水、投用辅汽至除氧器水箱加热、高加上水、锅炉上水、 8 第二章6 0 0 m w 机组启动方式及其特点分析 凝汽器抽真空等操作。循环水泵是循环水系统的推动装置，可以将冷却水送至高低压凝汽器去冷却 汽轮机低压缸排汽，以维持高低压凝汽器的真空，使汽水循环得以继续。在启动循泵操作中要保证 任一循泵有运行反馈并且循泵连锁块变绿，同时检测到凝汽器循环水进水压力大于2 0 k p a 。凝汽器 热井是凝汽器下部收集凝结水的集水井，循环水系统投用操作过程中需要将凝汽器热井补水至 1 0 0 0 m m 至1 4 5 0 m m 之间，凝汽器热井补水调门要投自动且要保证凝输泵有运行反馈。凝汽器主要 是用来在汽轮机排汽口建立并维持高度真空，将汽轮机的排汽凝结成洁净的凝结水作为锅炉的给水 循环使用。为保持所形成的真空，在机组启动前需要将凝汽器真空破坏阀关闭，启动真空泵，凝汽 器抽真空，操作过程中需确认真空破坏阀有关反馈，任两台及以上真空泵，a 、b 侧真空压力均大于 9 0 k p a 。 其他操作注意事项如下：启动凝泵建立凝水小循环时要确认凝泵一台运行，另一台投联动备用， 任一凝泵有运行反馈且凝水流量大于4 0 0 t h ；各低加水侧通水时要确认拌5 、拍、# 7 a 、# 7 b 、# 8 a 、 # s b 低加进、出口门开，旁路门关；除氧器上水时要确认除氧器水位在1 0 0 0 m m 至2 5 0 0 m m 之间； 投用辅汽至除氧器水箱加热，启动电泵打循环时要确认辅汽至除氧器水箱加热电动门开，电泵进口 流量大于1 0 0 t h 且除氧器加热压力 1 2 0 m w 时，检查 i v 后疏水自动关闭，疏水阀后温度正常，确认i v 后疏水阀均有关反馈、负荷大于1 2 0 m w ；负荷至 1 5 0 m w 时进行厂用电切换，确认2 a