[科普中国]-单元机组运行

本书是按照中国电力企业联合教育培训部1996年11月颁发的教学计划（试行）和动力类专业教研会组织审定过的教学大纲而编写的。

内容简介全书内容有五章；第一章绪论，讲述了单元机组及单元机组集控运行的概念；第二章单元机组自动控制系统，从操作角度描述了单元机组热控系统；第二单元机组自动控制系统，从操作角度描述了单元机组热控系统；第三章单元机组正常运行，讲述了单元机组正常运行生产的内容；第四章单元机组正常运行，主要介绍了自然循环锅炉和直流锅炉单元机组的冷态启动；第五单元机组典型事故及处理，在叙述单元机组事故特点和处理原则的基础上，主要讨论了MFT、RB、FCB、厂用电中断几种主要事故。

本书可作为电力工业学校电厂热力设备运行与检修专业的教材，也可作为电厂生产人员的培训用书。

单元机组的运行控制方式综述单元机组制是指电厂中一台锅炉配合一部汽轮机组成单元运行的方式，具备系统简单、便于集中控制、管道短、成本便宜、压力损失和散热损失小等优点。我国较大容量的电厂都使用单元机组制。国内电站主要以单元机组协调控制系统（CCS）来进行运行控制。1

单元机组协调控制系统简述单元机组必须配套有完善的协调控制系统（CCS）。即是将锅炉和汽轮发电机组作为一个整体进行控制，采用了递阶控制系统结构，把自动调节、逻辑控制、连锁保护等功能有机地结合在一起，构成一种具有多功能控制功能，满足不同运行方式和不同工况下控制要求的综合控制系统。1

功能上提出的基本要求（1）当外界负荷的需求发生改变时，机炉的协调控制动作应该使单元机组的输出功率能与外界负荷需求尽快地匹配；同时需要保证主要的运行参数的变化在机组本身的允许范围内。

（2）当由于机组的部分主要辅机发生故障或者由于其他原因造成机组的处理不能到达要求时，要求能自动地按照规定的变化速率让机组降负荷，降到适当的水平继续维持运行。

（3）为了适应机组在不同工况下运行的需要，要求同时具备多种运行控制方式。

（4）协调控制系统要方便集控运行人员的操作干预，例如进行手动模式操作，还有进行运行控制方式的切换等。1

单元机组协调控制系统的特点单元机组协调控制系统是单元机组实现负荷控制的“指挥中枢”，对大容量机组参与调峰的质量有着决定性的影响，是电力生产过程自动化水平高低的重要指标，具有如下的特点：

（1）系统结构先进。系统的构成采用递阶控制结构，不仅有机炉子控制回路，还在其基础上再引进机炉协调级，将锅炉、汽轮机、发电机组整个单元机组作为一个整体来进行协调控制。

（2）控制策略合理。根据汽机、锅炉各自在动态特性方面的特点，在机炉主控制器的设计中引进如前馈、补偿和变结构控制等自动控制技术，有助于克服系统的耦合特性与非线性因素的影响，因此可以实现良好的控制质量。1

协调系统的控制方式1、手动方式：

汽机调速器和锅炉指令的调节方式均为手动，这时锅炉的燃烧子系统的控制全部为手动，所以机组的负荷并不能跟着外界负荷需求的变化而改变。功率由锅炉部分控制，压力则由汽机来控制，输出功率的加与减完全由集控运行人员通过手动控制燃料的加减与手动控制调节汽门的开关来实现。手动方式通常只应用于锅炉启动初期。其他运行阶段，集控运行人员也可以根据运行的实际需要，直接切换到手动方式进行控制。1

2、锅炉跟随方式（BF）：

锅炉跟随方式（BF）是指汽轮机调节机组的输出功率，而锅炉自动跟随调节主汽压力的控制方式。当外界负荷需求改变时，首先动作汽机进汽阀门的开度大小来满足功率匹配的要求，阀门开度的改变会导致汽机前的压力信号出现偏差，锅炉主控通过改变燃料量的投入量来维持主蒸汽压力的稳定，所以BF方式首先利用的是机组的蓄热来满足外界负荷变化的需要，是一种“先支出后投资”的运行控制方式。这种方式有利于满足对负荷调整快速响应的要求，不过对机组的稳定运行不利。1

3、 汽机跟随方式（TF）：

汽机跟随控制方式（TF）是指锅炉调节功率、汽机自动跟随调节汽压的控制方式。当外界负荷需求改变时，首先对锅炉的燃料量输入进行调节，等到机前主汽压力偏离稳定值后，为了维持压力稳定，汽机主控系统自动跟随调节进汽阀门的开度，使输出功率满足外界需要。所以这种方式并没有对机组的蓄热进行有效利用，对外界负荷变化的响应速度较慢，是一种“先投资后支出”的控制方式。因为压力的控制对象是热惯性较小的汽轮机，所以压力的变化较小，机组运行比较稳定。当内扰出现时，比如燃料投入量增加，汽压功率都会上升，为了保持压力的稳定，机主控把阀门开度关小，进而功率则会进一步上升，反之则相反。1

4、 机炉协调控制方式：

锅炉跟随和汽机跟随这两种控制方式中，锅炉跟随方式（BF）虽然能比较快速地对电网需求变化作出响应，不过当锅炉蓄热量动用过大多时，主蒸汽的压力会出现较大幅度的波动，极易危害机组运行的稳定性；汽机跟随方式（TF）虽然没有利用锅炉的蓄热量，可以维持汽压得稳定，但是其对负荷变化的响应过慢，并不能快速满足现代电网调峰等要求，而且调频能力差。在如何既能适当地利用锅炉蓄热量，保证主蒸汽压力不产生大幅波动的条件下，能够最大程度地满足外界负荷变化的要求这个问题的探讨中，衍生出了机炉协调控制这种运行方式。1

大容量单元机组集控运行综述单元机组集控对象炉机电集中控制的控制对象一般包括锅炉及其燃料供应系统、给水除氧系统、汽轮机及其相应的冷却系统、发电机变压器组、高低压厂用电及直流电源系统等。升压母线及送出线电气系统视具体情况在集中控制室控 制或另设网控室。

当单元机组的电气主接线的单元特点不明显，厂用电之间横向关系密切时，有时采用炉机集中控制、电气部 分在主控室控制。机炉集中控制室与电气之间的联系靠联络信号和电话进行。这样，炉机集中控制的对象就变 成了锅炉及其燃料供应系统、给水及除氧系统、汽轮机及其冷却系统等。2

单元机组集中控制的内容单元机组集中控制的特点是炉机电统一控制，协调操作。因此，单元机组的集中控制有利于机组的安全和经 济运行，便于运行管理和统一指挥。单元机组集中控制技术远比母管制小机组的控制复杂。因此，全面采用自动化技术是集控得以实现的保证。

集中控制能满足以下要求：在值班员就地配合下，实现机组启停；在机组正常运行情况下，对机组实行监控与调整；对机组的紧急事故进行处理。

集中控制的内容包括：

1、 自动检测：机组启停、正常运行工况下，自动检测运行工况，进行显示、记录、报警、打印制表；

2、程序控制：根据值班员的指令，自动完成整个机组或局部工艺系统的程序启停；

3、自动保护：在机组启停和事故状态下，自动切换设备或系统，使机组保持在有利状态，保护设备的安全；

4、 自动调节：自动保持最佳运行参数或满足电力系统对机组的要求。2

单元机组系统热机专业称锅炉直接向所配合的汽轮机供汽的系统称为单元机组；而电气专业称发电机、变压器直接联结的 系统为发电机— 变压器组，也称单元制接线。单元机组是指炉 — 机 — 电集中控制的大容量机组。单元机组系 统简单，比起母管制热力系统和母线制电气系统，节省了母管分段门，切换阀门以及发电机电压母线、母线断路 器等许多元件，因而可靠性提高了。2

单元机组集控运行的优缺点a、节省投资，降低发电厂造价；

b、降低发电厂运行费用，提高经济效益；

c、加快电力建设速度，适应飞速增长的负荷需求；

d、可减少装机量，便于管理。

新建机组都是300MW～600MW的大机组。 在单机容量增大的同时，为了提高循环热效率，大机组均采用高 参数。 因为一台大机组退出运行要影响大量负荷，所以采用大机组对机组运行可靠性提出了更高的要求。于是出现了单元机组。2

单元机组采用单元制系统，管道最短，发电机电压母线最短，管道附件最少，发电机电压回路的开关器也最少，操作方便，适于炉、机、电集中控制。 单元制系统的缺点是其中任一主要设备发生故障时，整个单元都要被 迫停止运行，相邻机炉之间不能切换运行，所以运行灵活性比起母管制要差。

随着国民经济的发展和电力系统的日益扩大，其运行的峰谷差也相应增大。原有的小容量机组已不能满足调 峰要求，原来承担基本负荷的大容量单元机组也逐渐承担调峰的任务。单元机组均具有高度自动化系统，能实现 全程自动调节和计算机监控，提高了机组运行的可靠性和经济性，提高了机组对电网效率和负荷变化的适应性。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所