一种切缸方法、装置及设备与流程
本发明实施例涉及热能动力工程自动化控制技术，尤其涉及一种切缸方法、装置及设备。
背景技术：
火力发电是我国主要的发电方式，利用锅炉产生的高温高压水蒸汽沿管道进入汽轮机中不断膨胀做功，从而带动发电机工作，实现发电。
目前国内超(超)临界机组中的汽轮机采用不同的启动方式，但一般都设计有中压缸启动方式。中压缸启动方式对相应的再热蒸汽压力和温度要求较低，可以缩短启动时间，提高机组启动的灵活性和安全性，因此在超(超)临界机组中得到了广泛的应用。采用中压缸启动的方式，需要在发电机并网后把负荷控制方式从中压缸调节切换为高压缸调节，即需要进行切缸操作，这是汽轮机中压缸启动方式下的不可避免的操作，通过切缸操作，可以提高机组的热效率。
切缸过程不应影响锅炉的燃烧和汽水平衡，即需要保证主汽压力基本平稳，负荷不剧烈波动。但在实际切缸操作过程中，由于高旁动作时机不当、高旁的关闭速率与高缸的开启速率不匹配所导致的蒸汽通流量不平衡以及主、再热蒸汽参数不稳定等问题，都会影响到切缸过程的品质，甚至导致高压缸保护动作、反切缸或发电机逆功率动作等严重事故。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种切缸方法、装置及设备，以实现切缸过程中主要运行参数的平稳过渡，提高切缸过程的品质。
第一方面，本发明实施例提供了一种切缸方法，该方法包括：
根据预设的流量指令的升速率确定高旁的关闭速率；
当实际流量指令达到第一流量指令后，以关闭速率开始关闭高旁。
进一步地，在当实际流量指令达到第一流量指令后，以关闭速率开始关闭高旁之前，还包括：
确定预启阀行程所对应的第一高调门指令；
根据高调门指令与流量指令的对应关系，确定第一高调门指令对应的第一流量指令。
进一步地，根据预设的流量指令的升速率确定高旁的关闭速率包括：
确定高压缸的蒸汽流量为0时的第二流量指令；
确定高压缸的蒸汽流量为额定蒸汽流量时的第三流量指令；
根据第二流量指令以及第三流量指令确定流量指令变化量；
根据高旁的容量确定高旁的蒸汽流量从0至额定蒸汽流量对应的高旁开度变化量；
根据高旁开度变化量以及流量指令变化量的比值确定高旁的关闭速率与流量指令的升速率的比例系数；
根据预设的流量指令的升速率以及高旁的关闭速率与流量指令的升速率的比例系数，确定高旁的关闭速率。
进一步地，在以关闭速率开始关闭高旁之后，还包括：
若实际流量指令达到目标流量指令后，高旁未完全关闭，则提高目标流量指令，并按照关闭速率，继续关闭高旁，直至高旁完全关闭。
进一步地，在以关闭速率开始关闭高旁之后，还包括：
检测高旁是否以关闭速率关闭。
第二方面，本发明实施例提供了一种切缸装置，该装置包括：
关闭速率确定模块，用于根据预设的流量指令的升速率确定高旁的关闭速率；
控制模块，用于当实际流量指令达到第一流量指令后，以关闭速率开始关闭高旁。
进一步地，该装置还包括：
第一流量指令确定模块，用于在当实际流量指令达到第一流量指令后，以关闭速率开始关闭高旁之前，确定预启阀行程所对应的第一高调门指令；以及
根据高调门指令与流量指令的对应关系，确定第一高调门指令对应的第一流量指令。
进一步地，关闭速率确定模块具体用于：
确定高压缸的蒸汽流量为0时的第二流量指令；
确定高压缸的蒸汽流量为额定蒸汽流量时的第三流量指令；
根据第二流量指令以及第三流量指令确定流量指令变化量；
根据高旁的容量确定高压缸的蒸汽流量从0至额定蒸汽流量对应的高旁开度变化量；
根据高旁开度变化量以及流量指令变化量的比值确定高旁的关闭速率与流量指令的升速率的比例系数；以及
根据预设的流量指令的升速率以及高旁的关闭速率与流量指令的升速率的比例系数，确定高旁的关闭速率。
进一步地，控制模块还用于：
若实际流量指令达到目标流量指令后，高旁未完全关闭，则提高目标流量指令，并按照关闭速率，继续关闭高旁，直至高旁完全关闭。
第三方面，本发明实施例还提供了一种设备，该设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
输出装置，用于提供用户输入机制和结果显示；
当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如上述任一方面所述的切缸方法。
本发明实施例通过根据预设的流量指令的升速率确定高旁的关闭速率，并在实际流量指令达到第一流量指令后，以关闭速率开始关闭高旁，解决了现有技术中因高旁关闭时机不当、以及高旁的关闭速率与高调门的开启速率不匹配所导致的蒸汽通流量不平衡以及再热蒸汽参数不稳定等问题，保证了切缸过程中机组主要运行参数的基本稳定，实现了切缸过程的平稳过渡，从而提高了切缸过程的品质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有的火力发电系统的工作流程示意图；
图2是典型的调门指令与流量指令的关系曲线图；
图3是本发明实施例提供的一种切缸方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种切缸方法的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种切缸装置的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种切缸装置的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是现有的火力发电系统的工作流程示意图。在介绍本发明实施例的技术方案之前，首先结合图1介绍中压缸启动方式下的工作流程，以及现有的切缸方式存在的问题。
火力发电中存在着三种形式的能量转换过程：依次为燃料化学能、蒸汽热能、机械能、电能。简单的说，就是利用燃料发热，加热锅炉中的水，形成高温高压蒸汽，然后蒸汽沿管道进入汽轮机中不断膨胀做功，冲击汽轮机转子高速旋转，带动发电机转子旋转，发出电能，再利用升压变压器，升到系统电压，与系统并网，向外输送电能。其中，汽轮机包括高压缸、中压缸和气压缸，利用压力的降低，实现蒸汽的膨胀做功，将热能转换为汽轮机的机械能。需要说明的是，图1以带箭头的实线表示蒸汽的流动方向，另外，图1仅示例性的示出了与本发明实施例相关的关键结构，而非全部。
参见图1，在中压缸启动方式下，高压缸20在切缸前并不进汽，锅炉10来的新蒸汽通过高旁50(高压旁路)进入再热器30，经过再热器30对蒸汽二次加热后进入中压缸40。因此，在切缸前由高旁50配合完成锅炉点火、升温升压、定压冲转、并网带初负荷。但随着电负荷(即发电机输出功率)的增加，需要将原本由高旁50承担的蒸汽通流量转移给高压缸20，由其参与做功。现有技术大多采用手动切缸的方式进行，具体过程如下：
在手动切缸方式中，切缸前机组带负荷较低，汽轮机数字电液(digitalelectrichydraulic，deh)控制系统一般处于基本控制模式，即阀位控制模式下。参见图2所示的典型的调门指令与流量指令的关系曲线图，机组所有高调门(开度)指令或低调门(开度)指令都是流量指令的函数，运行人员可手动设定流量指令的目标值以及流量指令的升速率，使得高调门开度随流量指令的增加而开启。如图2所示，当流量指令小于20％时，高调门的开度为0，即高压缸并未进汽，在机组并网带初始负荷并运行平稳后，流量指令继续增加，使机组逐渐进入切缸临界区。当流量指令到达20％后，高调门即将开启，运行人员可手动关闭高旁。结合图1，随着高旁50的关闭，高旁50出口处的气压会逐渐下降，与此同时，随着高压缸20进汽量的增加，高压缸20出口处的气压会逐渐升高，当两者气压达到平衡时，高排逆止阀60则会导通，当实际流量指令达到目标流量指令，高旁50完全关闭后，原本有高旁50承担的蒸汽流量转移到了高压缸20，从而完成了切缸过程。
但是，由于运行人员关闭高旁的时机不当、高旁的关闭速率与高压缸的开启速率不匹配等因素，导致不能平稳地将高旁承担的蒸汽流量转移到高压缸上，影响了切缸过程的品质，造成了主汽压力不平稳、发电机输出功率波动等问题，甚至导致高压缸保护动作、反切缸或发电机逆功率动作等严重事故。
基于上述问题，本发明实施例提供了一种切缸方法，以实现切缸过程中主要运行参数的平稳过渡，提高切缸过程的品质。
图3是本发明实施例提供的一种切缸方法的流程示意图。如图3所示，该方法具体包括如下步骤：
步骤110、根据预设的流量指令的升速率确定高旁的关闭速率。
其中，流量指令与锅炉产生的蒸汽流量相对应，系统通过流量指令来控制锅炉的运作，使其输出相应的蒸汽流量。流量指令的升速率是运行人员预先设置的，从上文可知，高调门的开度与流量指令之间存在函数关系，且随着流量指令的升高，高调门将逐渐开启。因此，流量指令的升速率能够反映高调门的开启速率。根据流量指令的升速率来确定高旁的关闭速率，能够保证高旁的关闭速率与高压缸的开启速率相匹配。示例性的，高旁的关闭速率与流量指令的升速率可以存在一定的比例关系，该比例关系根据实际情况自行设定，本发明实施例对此不做限定。
步骤120、当实际流量指令达到第一流量指令后，以关闭速率开始关闭高旁。
其中，实际流量指令是指从0逐渐上升的实时变化的流量指令。第一流量指令为高调门实质进汽时的流量指令。现有技术往往在高调门开度大于0时所对应的流量指令下，便开始关闭高旁。但是，高调门开度大于0后的短时间内，高压缸内并未实质性进汽，因此，现有技术相当于提前了高旁的关闭时间。只有当高压缸实质进汽后，其排汽压力才会逐渐上升，才可以快速打开高排逆止阀，同时也可以防止过早关闭高旁，导致主汽压快速上升，引起高压缸保护动作的发生。因此，当实际流量指令达到第一流量指令的时刻才是关闭高旁的最佳时机。
本方案的工作原理：在高压缸实质性进汽时，以与高调门开启速率成一定比例关系的关闭速率，开始关闭高旁，从而优化了高旁的关闭时机，并使其关闭速率与高压缸开启速率相匹配，实现了将高旁承担的蒸汽流量平稳过渡至高压缸承担的效果，提升了切缸过程的品质。
本发明实施例通过根据预设的流量指令的升速率确定高旁的关闭速率，并在实际流量指令达到第一流量指令后，以关闭速率开始关闭高旁，解决了现有技术中因高旁关闭时机不当、以及高旁的关闭速率与高调门的开启速率不匹配所导致的蒸汽通流量不平衡以及再热蒸汽参数不稳定等问题，保证了切缸过程中机组主要运行参数的基本稳定，实现了切缸过程的平稳过渡，从而提高了切缸过程的品质。
图4是本发明实施例提供的另一种切缸方法的流程示意图，对上述切缸方法进行了细化。如图4所示，在上述实施例的基础上，该切缸方法具体包括如下步骤：
步骤210、根据预设的流量指令的升速率确定高旁的关闭速率。
可选的，该步骤可以包括：确定高压缸的蒸汽流量为0时的第二流量指令，确定高压缸的蒸汽流量为额定蒸汽流量时的第三流量指令，根据第二流量指令以及第三流量指令确定流量指令变化量；根据高旁的容量确定高旁的蒸汽流量从0至额定蒸汽流量对应的高旁开度变化量；根据高旁开度变化量以及流量指令变化量的比值确定高旁的关闭速率与流量指令的升速率的比例系数；根据预设的流量指令的升速率以及高旁的关闭速率与流量指令的升速率的比例系数，确定高旁的关闭速率。
其中，额定蒸汽流量是指锅炉在额定工况下输出的蒸汽流量，理想情况下，蒸汽流量随着流量指令的上升逐渐从0增加至额定蒸汽流量后趋于稳定。锅炉输出的蒸汽存在两个通路，其一为高压缸，其二为高旁，换句话说，切缸过程则是将蒸汽通路从高旁通路切换至高压缸通路的过程。在此过程中，高旁逐渐关闭，高调门逐渐开启，只要保证高旁关闭导致的通流量减少和高调门打开导致的通流量增加在动态上平衡，即可实现切缸过程的平稳进行。然而，由于高排逆止阀的存在，两者在动态上不可能完全平衡，高旁和高调门的开度与各自蒸汽流量的动态关系也较为复杂且不线性，但其静态关系近似线性，因此，只要计算同样蒸汽流量变化量下，高旁开度变化量与高调门开度变化量的比例关系，即可得到高旁的关闭速率与高调门的开启速率之间的比例关系，进而得到高旁的关闭速率。而前面提到，高调门的开度与流量指令存在函数关系，因此可将高调门的开度变化量转换为对应流量指令的变化量，得到高旁开度变化量与流量指令变化量的比例关系，进而得到高旁关闭速率与流量指令升速率之间的比例关系，再结合预设的流量指令的升速率得到高旁的关闭速率。
表1是本发明实施例提供的蒸汽流量与高旁开度、流量指令之间的对应关系。下面结合图2和表1详细介绍上述计算过程。
参见表1，额定蒸汽流量为gmax。高旁容量为额定蒸汽流量的x％，其含义是，高旁能承担的蒸汽流量为x％gmax，当高旁承担x％gmax的蒸汽流量时，其开度为100％。假设高旁能承担额定蒸汽流量gmax，那么，其对应开度为
依据基本线性关系，对于相同的蒸汽流量变化量，例如0～gmax，可得到高旁的开度变化量与流量指令变化量的比例关系为
表1蒸汽流量与高旁开度、流量指令之间的对应关系
以高旁容量为40％gmax为例，参见图2，高调门开度为0时的第二流量指令为20％，高调门开度为100％时的第三流量指令为100％。依据表1，对于蒸汽流量从0变化至gmax时，高旁的开度变化量为250％，流量指令的变化量为80％，因此，高旁的关闭速率与流量指令的升速率的比例系数为250/80，约为3，即高旁的关闭速率是流量指令的升速率的3倍。
需要说明的是，流量指令小于20％时，高调门的开度均为0，此处选择第二流量指令为20％，是因为当流量指令达到20％后，高调门开始开启。
还需要说明的是，上述高旁的容量以及流量指令的取值均为示例性说明，而非限定，本领域技术人员可根据实际情况设定。
步骤220、确定预启阀行程所对应的第一高调门指令。
可以理解的，在保证不影响锅炉汽水平衡的前提下，必须通过高调门和高旁的配合以保证尽快冲开高排逆止阀，这是整个切缸过程的关键，也是避免高压缸金属温度过高而启动保护动作的关键。为减小切缸过程中主汽压的波动，效果显著的办法是在高调门开始进汽时关闭高旁，以达到“此消彼长”的目的。因此，高旁开始关闭的判据就是高调门开始进汽。
汽轮机高调门一般装有预启阀，预启阀是出于减少高调门前后差压，方便打开高调门的目的而设计的，在预启阀尚未完全打开前，其进汽量是可以忽略不计的。现有的切缸过程中，高调门开始进汽的逻辑判据为实际流量指令大于任一能够使高调门指令大于0％时所对应的特定流量指令值，如图2所示的20％，但这相当于提前了高旁关闭时间，容易引起主汽压的快速上升。只有当预启阀开启后，高压缸排汽压力才会逐渐上升，这才是高调门真正开始进汽的时间。
示例性的，可以根据预启阀行程占高调门总行程的百分比，确定第一高调门指令，即确定高调门真正开始进汽时的开度。
步骤230、根据高调门指令与流量指令的对应关系，确定第一高调门指令对应的第一流量指令。
根据汽轮机厂家提供的流量指令分配曲线图，例如图2，确定第一高调门指令对应的第一流量指令。高旁关闭以实际流量指令大于预启阀行程占比对应的流量指令值为依据，能够有效匹配高压缸通流和高旁减载的起始平衡。示例性的，假设预启阀行程占高调门总行程的百分比为7％，则第一高调门指令为7％，依据图2可得，当高调门(开度)指令为7％时，对应的流量指令为23％，则切缸过程中高旁开始关闭的判据为流量指令大于23％。
步骤240、当实际流量指令达到第一流量指令后，以关闭速率开始关闭高旁。
示例性的，当实际流量指令达到23％后，以3倍于流量指令升速率的关闭速率，开始关闭高旁，以保证切缸过程的平稳运行。
步骤250、若实际流量指令达到目标流量指令后，高旁未完全关闭，则提高目标流量指令，并按照关闭速率，继续关闭高旁，直至高旁完全关闭。
其中，目标流量指令是运行人员根据经验设定的，理论上，当实际流量指令从0增加到目标流量指令后，高旁可完全关闭，实现将蒸汽流量通路切换至高压缸通路，以提高机组的热效率。但是，由于每次锅炉启动时的升压情况不同，当中压缸达到相同的冲转压力时，高旁开度也不尽相同，从而导致实际流量达到目标流量指令后，高旁并未完全关闭。因此需要进一步提高目标流量指令，使得高旁按照上述关闭速率继续关闭，直至完全关闭。
可选的，在以关闭速率开始关闭高旁之后，还包括：检测高旁是否以关闭速率关闭。
示例性的，在关闭高旁的过程中，可通过采集高旁的开度或者高旁出口处的汽压等信号，以判断在切缸过程中高旁确实以一定的速率关闭，实现对切缸过程的监测，有利于保证切缸过程的稳定运行。
需要说明的是，在切缸过程中，要密切注意高压排汽缸的金属温度，检查高排逆止阀是否能够打开。若出现高排逆止阀打不开，高压排汽缸金属温度超过跳机值时，应立即打闸停机，以确保安全。
基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种切缸装置，如图5所示，该装置包括：
关闭速率确定模块310，用于根据预设的流量指令的升速率确定高旁的关闭速率。
控制模块320，用于当实际流量指令达到第一流量指令后，以关闭速率开始关闭高旁。
图6是本发明实施例提供的另一种切缸装置的结构示意图。如图6所示，可选的，该装置还包括：
第一流量指令确定模块330，用于在当实际流量指令达到第一流量指令后，以关闭速率开始关闭高旁之前，确定预启阀行程所对应的第一高调门指令，以及根据高调门指令与流量指令的对应关系，确定第一高调门指令对应的第一流量指令。
可选的，关闭速率确定模块310具体用于：确定高压缸的蒸汽流量为0时的第二流量指令，确定高压缸的蒸汽流量为额定蒸汽流量时的第三流量指令，根据第二流量指令以及第三流量指令确定流量指令变化量；根据高旁的容量确定高压缸的蒸汽流量从0至额定蒸汽流量对应的高旁开度变化量；根据高旁开度变化量以及流量指令变化量的比值确定高旁的关闭速率与流量指令的升速率的比例系数，以及根据预设的流量指令的升速率以及高旁的关闭速率与流量指令的升速率的比例系数，确定高旁的关闭速率。
可选的，控制模块320还用于：若实际流量指令达到目标流量指令后，高旁未完全关闭，则提高目标流量指令，并按照关闭速率，继续关闭高旁，直至高旁完全关闭。
可选的，控制模块320还用于检测高旁是否以关闭速率关闭。
本发明实施例提供的切缸装置可执行本发明任意实施例所提供的切缸方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
图7为本发明实施例提供的一种设备的结构示意图，如图7所示，该设备包括处理器410、存储装置420、输入装置430和输出装置440；设备中处理器410的数量可以是一个或多个，图7中以一个处理器410为例；设备中的处理器410、存储装置420、输入装置430和输出装置440可以通过总线或其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。
存储装置420作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的切缸方法对应的程序指令或模块(例如，切缸装置中的关闭速率确定模块310和控制模块320)。处理器410通过运行存储在存储装置420中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现本发明任意实施例提供的切缸方法。
输入装置430可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的信号输入。输出装置440可包括显示屏等显示设备，提供用户输入机制和结果显示。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
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