由于环保要求和节能的双重驱动,新建发电机组逐步向高参数、大容量方向发展,并主要以超临界、超超临界参数的600MW等级以上机型为发展目标。超超临界汽轮机和其他类型汽轮机结构上存在差异,尤其是上海汽轮机厂制造的超临界和超超临界机组。由于电源结构的改变,大型机组作为调峰机组已成常态,如何在满足调峰需求下追求最大经济效益是发电企业最关注的问题。本文主要以某660MW超超临界汽轮机组系统为研究对象,开展换热设备特性建模、真空保护和配汽优化等方面的相关工作。首先,对上海汽轮机厂制造的600MW超超临界等级汽轮机组回热系统加热器和凝汽器等换热设备进行建模分析。基于无量纲数理论建立加热器的变工况数学模型,运用现场运行数据和模型计算结果进行对比,验证模型的可靠性,并用模型评估加热器的性能,实现了电厂回热系统现场快速计算,设备的安全经济诊断。将无量纲数理论运用到凝汽器模型中,根据NTU关系式导出一个简单的计算凝汽器能效算法,用冷却水入口温度、流量、蒸汽温度以及相应的基准工况参数,就能对火力发电厂凝汽器进行变工况计算,为不同工况下的经济分析提供参考。通过两个换热设备的建模和特性分析表明,无量纲理论构造的模型方程简单,精度在工程合理范围之内,在测点较少的情况下能够准确进行电厂换热设备性能检测。其次,从电厂安全角度考虑汽轮机组低真空保护问题。本文在对上海汽轮机厂制造的超超临界汽轮机组结构分析的基础上,讨论该机组低真空保护设置的和其他类型汽轮机组的差异,研究真空下降带来的长叶片小容积流量带来的安全影响。针对小容积流量带来的安全问题对大型汽轮发电机组真空保护设置应进行优化。在传统低真空保护方式上进行改进,提出基于机组负荷的低压缸压力变值的低真空度保护方式和基于中低压连通管压力函数关系的低真空度保护方式,分别对这两种低真空保护方式的适用对象机组进行研究并对真空下降的事故处理方法提出建议。最后,研究上海汽轮机厂制造的超超临界汽轮机组在满足AGC要求下,采用何种运行控制策略使机组的经济最大化。本文从该类型机组配汽方式的优化入手,对对象机组进行现场试验,得到机组的部分特性。根据机组的设计数据建立汽轮机及回热系统变工况模型,在进行理论验证和试验验证后,进行机组变工况热力计算,来丰富试验数据,结合实际运行工况和模拟工况,提供一个兼顾电网调峰要求和节能合理的运行控制策略。