摘要：大型火電機組啟動過程極為復(fù)雜，而且風(fēng)險較大，火電機組啟動過程中的控制技術(shù)是決定機組是否能夠成果啟動的關(guān)鍵。本文從機組啟動路徑智能規(guī)劃、汽輪機自啟動智能控制、故障智能剔除和蒸汽管道自動暖管五個方面對火電機組啟動優(yōu)化控制技術(shù)展開了分析，對汽輪機啟動過程進行風(fēng)險預(yù)估，實現(xiàn)了一種不依賴于熱應(yīng)力模型的汽輪機自啟動控制方式，提出了故障智能剔除方法、蒸汽管道自動暖管方法。

關(guān)鍵詞：火電機組;啟動;控制技術(shù)

中圖分類號：TM621 ???文獻標識碼：A ???文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

隨著智能控制和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的深入發(fā)展和應(yīng)用，在電力工業(yè)中，該技術(shù)也起到了重要的助推作用。例如，京東集團利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對燃煤機組進行了運行優(yōu)化并取得了較好的效果。從國家層面的發(fā)展導(dǎo)向來看，電力工業(yè)中智能化趨勢也十分明顯，不僅智能電網(wǎng)已初步建成，智能電廠也逐漸成為火電機組的主流。這些技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵在于智能控制技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。

火電機組由于系統(tǒng)龐大且復(fù)雜，機組啟動過程中面臨著各種各樣的風(fēng)險，這對啟動過程中的控制系統(tǒng)提出了極為苛刻的要求。目前，為了實現(xiàn)精準控制，確保順利啟機，機組自啟?？刂萍夹g(shù)根據(jù)火電機組的啟動順序，將啟動過程細分為多個環(huán)節(jié)進行控制。雖然隨著技術(shù)的日益成熟，火電機組啟動的成功率明顯提高，但是仍存在不少問題。因此，仍需要對火電機組啟動過程的控制進行優(yōu)化研究。相關(guān)學(xué)者圍繞這一問題也展開了大量研究，例如，張建玲^[1]等在常規(guī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合機組自啟停控制系統(tǒng)，構(gòu)建了一套火電機組啟動的智能控制系統(tǒng)。王志杰^[2]等為了改善機組啟動過程中鍋爐過熱蒸汽氣溫控制效果，提出了一種增量式自適應(yīng)逆控制系統(tǒng)。王志杰^[3]等針對制粉系統(tǒng)啟停時機選擇和啟停順序，利用已有機組啟動過程中積累的實踐數(shù)據(jù)建立了火電機組制粉系統(tǒng)的啟停專家知識庫，能夠有效指導(dǎo)火電機組的啟動。這些研究圍繞火電機組啟動過程中面臨的種種問題，運用智能控制技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)展開了深入分析并進行了案例闡述。

針對當前火電機組啟動過程的控制優(yōu)化，本文利用智能規(guī)劃、模糊相似度等智能算法進行了探索性分析，旨在找出當前火電機組啟動過程中控制優(yōu)化的主要方向和可采取的措施，為火電機組的啟動提供參考。

1 機組啟動路徑智能規(guī)劃

機組自啟?？刂萍夹g(shù)是在設(shè)定的啟動步驟下，按照斷點依次運行對應(yīng)功能組，從而完成整個火電機組的啟動。在這種啟動方式下，每個啟動步驟都需要在上一步驟成功完成以后才能夠執(zhí)行，雖然這一技術(shù)能夠有效提高機組的啟動成功率，但啟動時間則被相應(yīng)的延長。因此，可以嘗試在現(xiàn)有啟動技術(shù)的基礎(chǔ)上，深入分析各步驟啟動的條件和特點，對各環(huán)節(jié)的啟動順序和啟動時機進行合理規(guī)劃，以優(yōu)化啟動過程，縮短啟動時間，降低啟動成本^[4]。以典型的600MW等級超臨界機組的啟動過程為例，現(xiàn)有機組自啟?？刂萍夹g(shù)將啟動過程劃分為33個功能組，啟動過程中各功能組相對獨立。下面將嘗試運用智能規(guī)劃算法，在確保機組啟動成功率的基礎(chǔ)上，以最小化啟動時間為目標進行優(yōu)化分析。

目標函數(shù)即為整個啟動過程所耗費的時間最短。同時，為了確?；痣姍C組啟動的成功率，需要設(shè)定以下約束條件：

（1）啟動方式。對于火電機組的啟動，分為冷態(tài)啟動、溫態(tài)啟動、熱態(tài)啟動和極熱態(tài)啟動四種方式。對于自啟停技術(shù)，需要首先根據(jù)機組啟動時的相關(guān)參數(shù)確定合適的啟動方式，以配套合適的啟動條件。（2）功能組關(guān)聯(lián)性。為了確保所有啟動環(huán)節(jié)都能夠順利啟動，在啟動過程中需要明確各功能組之間的關(guān)聯(lián)系。對于關(guān)聯(lián)系較強的功能組，需要明確哪些功能組應(yīng)先啟動，哪些功能組應(yīng)后啟動。對于關(guān)聯(lián)性較弱的功能組，需要明確合適的啟動時機，對于啟動時間相近的功能組可以考慮進行并行啟動，以節(jié)省啟動時間。（3）設(shè)備狀態(tài)。為了應(yīng)對各種復(fù)雜情況，并且實現(xiàn)動態(tài)優(yōu)化。在啟動過程中，需要對功能組的設(shè)備進行實時監(jiān)測，對于已經(jīng)啟動完成的功能組，則不需要再執(zhí)行啟動程序，而應(yīng)將對應(yīng)的決策變量置為0。

2 汽輪機自啟動智能控制

在火電機組的啟動過程中，汽輪機啟動過程時間相對較常，而且對啟動條件要求較為苛刻。尤其是汽輪機的冷啟動，啟動過程中，暖機過程不僅耗時長而且需要嚴格控制熱應(yīng)力問題。目前，國內(nèi)引進的啟動技術(shù)中，汽輪機熱力應(yīng)問題仍較為突出，通常只能通過犧牲啟動時間為代價。針對這一問題，本文將汽輪機的啟動過程劃分為多步驟進行，并運用模糊數(shù)相似度算法對各啟動步驟的風(fēng)險進行預(yù)估和管控，從而有效控制了汽輪機啟動過程的熱應(yīng)力問題，減少了汽輪機啟動過程所消耗的時間。

（1）啟動步序設(shè)計。從啟動順序來看，汽輪機的啟動步驟大同小異，但因機組類型不同也略微存在一定差異。以哈汽設(shè)計和生產(chǎn)的典型600MW等級汽輪機為例，該汽輪機的啟動過程可分為掛閘、運行、一次升速、摩擦檢查、二次升速、中速暖機、三次升速、閥切換、四次升速等步驟。為了進行界定，為每個啟動步驟都設(shè)定了嚴格的啟動條件和完成指標。在啟動過程中，各步驟根據(jù)監(jiān)測參數(shù)判斷是否滿足啟動條件，如果滿足則執(zhí)行啟動操作，判斷是否達到了啟動完成指標，如果達到則依次啟動下一步驟。（2）安全風(fēng)險分析。結(jié)合汽輪機的啟動特性，啟動過程中的風(fēng)險主要包括主蒸汽溫度偏低、軸向位移大、超速、凝汽器真空低、軸承溫度高、抗燃油壓力低、排汽溫度高、軸振大等12類主要風(fēng)險。為了對這些風(fēng)險實現(xiàn)提前預(yù)估，需要利用現(xiàn)有機組大量的實踐數(shù)據(jù)進行建模分析，找出各啟動狀態(tài)下發(fā)生各類風(fēng)險的概率。在這個過程中，重在積累實踐數(shù)據(jù)和建立智能分類模型，當建立好智能分類模型后，可以利用該模型實時監(jiān)測汽輪機啟動過程中發(fā)生各類風(fēng)險的概率，當預(yù)估的啟動風(fēng)險在設(shè)定的閾值之內(nèi)時，可以按照設(shè)定程序依次進行啟動操作，當預(yù)估的啟動風(fēng)險超出設(shè)定的閾值時，則提出警告并給出操作建議，操作人員則需要根據(jù)風(fēng)險情況采取對應(yīng)措施。

3 故障智能剔除

機組自啟?？刂萍夹g(shù)在正常的啟動過程中，一般按照設(shè)定的順序?qū)ο鄳?yīng)設(shè)備進行動作控制，即設(shè)備的每個動作都需要在控制設(shè)備接收到正確的反饋信號之后再進行動作。但由于火電機組啟動過程環(huán)節(jié)眾多，設(shè)備眾多，而且還面臨各種不確定因素，因此，在實際啟動過程中，常常會出現(xiàn)設(shè)備動作不到位，信號反饋不準確等問題，這些都會對正常的機組自啟?？刂茙韲乐馗蓴_，甚至導(dǎo)致機組自啟?？刂七^程不能正常運行。為了消除這些因素的影響，需要增大機組自啟?？刂萍夹g(shù)的魯棒性，而簡單增加魯棒性會導(dǎo)致啟動風(fēng)險上升，因此，可以嘗試運用仿人智能控制方法，通過對實踐運行數(shù)據(jù)的深入挖掘，對啟動過程中設(shè)備動作不到位或者信號反饋不準確等問題進行智能識別。例如，對于未能在設(shè)定時間內(nèi)接收到正確反饋信號的問題，可以啟動智能識別程序，通過監(jiān)測的相關(guān)設(shè)備參數(shù)判斷該問題是由于設(shè)備故障還是反饋信號故障導(dǎo)致的。對于反饋信號提前存在的問題，則需要通過相關(guān)設(shè)備的監(jiān)測參數(shù)判斷對應(yīng)的動作是已經(jīng)完成了還是反饋信號有誤。通過故障的智能剔除，可以有效增強機組啟動過程中的容錯率，從而更好地指導(dǎo)火電機組的啟動。

通過增加故障智能剔除環(huán)節(jié)，可以智能識別出大量信號故障和設(shè)備故障，減少各種不確定因素對火電機組啟動過程的干擾，避免啟動過程中因某些故障導(dǎo)致啟動中斷等問題的發(fā)生，提高火電機組的啟動效率。

4 蒸汽管道自動暖管

隨著火電機組容量和參數(shù)的日益提高，機組的熱力系統(tǒng)日益復(fù)雜，熱力系統(tǒng)中包含了大量的管道，而且相當對的管道都工作在高溫高壓的環(huán)境下，為了確保啟動安全，需要提前對熱力系統(tǒng)的管道進行暖管處理，以減少受熱不均導(dǎo)致的管路損壞等問題。由于熱力系統(tǒng)管道錯綜復(fù)雜，目前對于這部分的工作仍較多的由人工進行操作，包括管路的疏水，進氣閥門的開度很多都是依靠工作人員的經(jīng)驗進行控制，這使得暖管工作不僅需要消耗大量的熱力，而且耗時較長。另外，暖管工作對工作人員的經(jīng)驗要求較高，而實際操作過程中，經(jīng)常會由于人工的操作不當導(dǎo)致管路損壞的情況。針對人工暖管存在的種種問題，在充分梳理熱力系統(tǒng)中管路暖管要求的基礎(chǔ)上，提出了一套智能暖管方案。首先整理大量暖管過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并利用智能算法對這些數(shù)據(jù)進行挖掘，找出各啟動參數(shù)下合理的暖管操作。通過智能暖管控制，不僅可以節(jié)省大量人力物力，而且還能夠?qū)崟r監(jiān)控管暖狀態(tài)。具體的蒸汽管道自動暖管控制流程如下：

（1）監(jiān)測相應(yīng)的啟動參數(shù)，判斷是否啟動待暖管蒸汽管道的疏水閥門。當條件滿足時，啟動暖管程序，打開疏水閥門。（2）監(jiān)測對應(yīng)蒸汽管道的出口溫度，根據(jù)出口溫度的變化速率給出蒸汽管道進汽閥門開度控制信號，實現(xiàn)對管路進氣閥門的控制。（3）根據(jù)出口溫度的變化速率和進汽閥門開度確定暖管需要等待的時長，然后進行相應(yīng)的暖管操作。（4）監(jiān)測暖管的相應(yīng)指標，判斷暖管指標是否已經(jīng)達到完成條件，如果達到則完成暖管動作，如果仍未達到，則執(zhí)行步驟（5）。（5）根據(jù)蒸汽管道出口溫度的變化速率確定下一步動作，如果變化速率平緩，則跳轉(zhuǎn)到步驟（2），加大進氣閥門開度，然后再進行一段時間的暖管操作;如果變化速率不平緩，則跳轉(zhuǎn)到步驟（4），不進行閥門開度動作，繼續(xù)監(jiān)測暖管的相應(yīng)指標是否達到了完成條件。

5 結(jié)語

火電機組啟動控制是火電機組的核心技術(shù)之一。本文圍繞當前火電機組啟動過程中耗時偏長的問題，進行啟動控制優(yōu)化分析。一方面，對于關(guān)聯(lián)性較弱而且啟動時機相近的啟動環(huán)節(jié)進行并行動作，以節(jié)省啟動時間;另一方面，通過剔除啟動過程中因信號故障或設(shè)備故障而導(dǎo)致的啟動延時或者啟動中斷，提高啟動效率。另外，重點分析了火電機組啟動過程中耗時較長的汽輪機啟動環(huán)節(jié)和熱力管道暖管環(huán)節(jié)，這些都為火電機組啟動優(yōu)化提供了新的思路。研究過程中利用了智能控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，能夠有效地指導(dǎo)火電機組啟動過程中的控制優(yōu)化。

參考文獻

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收稿日期：2019-07-10

作者簡介：韓洛奇（1974—），男，河北保定人，本科，畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)，高級工程師，研究方向：熱力工程自動化。

?（1986—），男，漢族，廣東河源人，工程師，本科，研究方向：輸配電運行與檢修。