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300MW機(jī)組汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制與調(diào)試
【摘要】：為保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，國(guó)內(nèi)的大型機(jī)組均使用電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制、同步并網(wǎng)、負(fù)荷控制等功能。本文以電廠300MW機(jī)組使用的上海汽輪機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的汽輪機(jī)為例，介紹其系統(tǒng)機(jī)構(gòu)、調(diào)試要點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)功能。
【關(guān)鍵詞】：300MW機(jī)組;電液調(diào)節(jié)系統(tǒng);控制;調(diào)試
近年來，300MW機(jī)組在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。為保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，國(guó)內(nèi)的大型機(jī)組均使用電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制、同步并網(wǎng)、負(fù)荷控制等能。改變了系統(tǒng)的適應(yīng)性和靈活性，提高了控制能力和控制效果，大大提高了發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化水平[1]。本文以電廠300MW機(jī)組使用的上海汽輪機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的汽輪機(jī)為例，介紹其系統(tǒng)機(jī)構(gòu)、調(diào)試要點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)功能。
1、系統(tǒng)簡(jiǎn)介
該電廠的機(jī)組熱控系統(tǒng)采用上海新華控制工程有限公司提供的Symphony系統(tǒng)，是一套集計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)為一體的產(chǎn)品，具有獨(dú)立的分散控制系統(tǒng)、監(jiān)控技術(shù)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，能夠滿足各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)π畔⒐芾砗瓦^程控制的需求。系統(tǒng)采用合理的軟、硬件功能配置和模塊化設(shè)計(jì)，具有易于擴(kuò)展的能力，將離線和在線調(diào)試集中于一體，便于調(diào)試及修改，設(shè)備的各個(gè)控制相對(duì)對(duì)立。由高速數(shù)據(jù)網(wǎng)、DPU以及連接在網(wǎng)上的人機(jī)接口站組成，采用開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了冗余TCP/IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)在不同類型的站。
其中，汽輪機(jī)系統(tǒng)的功能模件組成了一個(gè)過程控制單元，，包括汽機(jī)基本控制、超速保護(hù)和汽機(jī)自啟停3個(gè)功能，并分別由3個(gè)冗余的功能控制器和相應(yīng)的功能子模件完成。其硬件配置圖如下：
圖一 汽輪機(jī)硬件配置
機(jī)組的汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)操作員站是基于WindowsNT(2000)環(huán)境下的人機(jī)系統(tǒng)，具有界面友好、操作方便的特點(diǎn)。共設(shè)置了包括總貌、趨勢(shì)、棒圖、操作面板、報(bào)警信息等11幅畫面，為運(yùn)行人員提供了方便的操作手段，通過監(jiān)控畫面實(shí)施檢測(cè)汽輪機(jī)的運(yùn)行。
2、控制功能
汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制功能由3對(duì)冗余的BRCl00控制器實(shí)現(xiàn)，主要控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率，通過GV、TV、RSV和 IV實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還具備防止汽機(jī)超速的保護(hù)邏輯。主要功能包括超速保護(hù)、基本控制和自啟停，3部分之間既相互獨(dú)立，又通過對(duì)總線的控制交換控制信息。
2.1 超速保護(hù)
這部分的作用主要是超保護(hù)邏輯、DEH跳閘邏輯及超速試驗(yàn)選擇邏輯、提供有開關(guān)狀態(tài)及汽機(jī)自動(dòng)停機(jī)掛閘狀態(tài)三選二、轉(zhuǎn)速三選二，控制著OPC電磁閥，，并匯總DEH跳閘信號(hào)通過接線將其送到ETS[2]。能夠有效防止汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速飛快上升，維持轉(zhuǎn)速在3000r/min。超速實(shí)驗(yàn)必須在大于2950 r/min的定速3000 r/min、油開關(guān)未合閘的情況下進(jìn)行。
2.2 基本控制部分
基本控制部分是汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心，它提供與轉(zhuǎn)速及復(fù)合相關(guān)的控制邏輯、調(diào)節(jié)回路，通過一對(duì)冗余的BRC100實(shí)現(xiàn)所有伺服閥接口和閉環(huán)控制的PID調(diào)節(jié)器。此外，還包括自動(dòng)控制的其他功能，如限制設(shè)定、閥門管理、閥門設(shè)定、閥門試驗(yàn)、閥門切換、設(shè)定值/變化率發(fā)生器等。
2.2.1 轉(zhuǎn)速控制
該電廠使用的汽輪機(jī)包括高壓缸啟動(dòng)和高中壓缸啟動(dòng)兩種啟動(dòng)方式。由TV控制沖轉(zhuǎn)高壓缸啟動(dòng)，當(dāng)汽機(jī)掛閘后，閥門未處于校驗(yàn)狀態(tài)，運(yùn)行人員可以發(fā)出用戶RUN命令，這時(shí)TV保持關(guān)閉，GV、IV全開。這個(gè)命令相當(dāng)于開機(jī)指令，它的發(fā)出意味著沖轉(zhuǎn)開始，汽機(jī)運(yùn)行期間始終保持RUN命令，當(dāng)汽機(jī)重新跳閘才能將其清除掉。
根據(jù)DEH的畫面，運(yùn)行人員可以設(shè)定升速率和目標(biāo)轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速給定等于目標(biāo)值時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)進(jìn)入HOLD狀態(tài)，等待運(yùn)行人員重新發(fā)出新的目標(biāo)值。在汽輪機(jī)升速的過程中，除了臨界區(qū)外，運(yùn)行人員可以隨時(shí)發(fā)出HOLD命令，這個(gè)時(shí)候，轉(zhuǎn)速給定與實(shí)際轉(zhuǎn)速相等，汽機(jī)會(huì)停止繼續(xù)升速，持當(dāng)前轉(zhuǎn)速[3]。為保證汽機(jī)安全通過臨界區(qū)，轉(zhuǎn)速在920~2000 r/min、2120~2820 r/min時(shí)，進(jìn)入臨界區(qū)，自動(dòng)設(shè)置升速率為500 r/min。工程師站可在線修改轉(zhuǎn)速的臨界區(qū)范圍。
2.2.2 負(fù)荷控制
包括開環(huán)和閉環(huán)兩種負(fù)荷控制的方式。開環(huán)方式需要運(yùn)行人員隨時(shí)注意實(shí)際負(fù)荷的變化，當(dāng)前前蒸汽參數(shù)和V閥門流量曲線決定了目標(biāo)負(fù)荷和實(shí)際負(fù)荷的近似程度;閉環(huán)是指控制過程中引入發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力反饋或有功功率反饋，這時(shí)的汽機(jī)GV受調(diào)解級(jí)壓力PID或負(fù)荷PID的控制調(diào)節(jié)。剛投入發(fā)電功率閉環(huán)，為保證功率閉環(huán)投時(shí)無其他顧慮，應(yīng)采用負(fù)荷給定和目標(biāo)負(fù)荷跟蹤當(dāng)前實(shí)際負(fù)荷，可根據(jù)需要設(shè)定升負(fù)荷率和符合目標(biāo)值。待鍋爐自 動(dòng)燃燒后，汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)可轉(zhuǎn)入鍋爐自動(dòng)方式。
負(fù)荷控制的主要功能包括主蒸汽壓力限制或保護(hù)、負(fù)荷限制、閥位限制、頻率校正、單閥/順序閥切換、閥門試驗(yàn)和閥門校驗(yàn)等功能。主蒸汽的壓力限制功能指當(dāng)機(jī)前壓力降低至保護(hù)限值以下時(shí)，GV將以0.1%/s的速率關(guān)閉，直到機(jī)前壓力恢復(fù)到限值之上0.07MPa;氣壓保護(hù)功能主要用于在單元制機(jī)組的鍋爐異常運(yùn)行時(shí)，用以恢復(fù)穩(wěn)定燃燒，有助于防止鍋爐發(fā)生滅火事故[4]。負(fù)荷限制包括高負(fù)荷限制和低負(fù)荷限制兩種;閥位的限制功能允許機(jī)組運(yùn)行人員設(shè)定平均閥位的最大值，當(dāng)平均閥位的最大值超過這個(gè)限制會(huì)報(bào)警。
2.2.3 自動(dòng)帶初負(fù)荷
當(dāng)時(shí)主蒸汽的壓力決定了初負(fù)荷的實(shí)際大小，因此應(yīng)引入主蒸汽壓力進(jìn)行修正，主蒸汽壓力低時(shí)閥門開度較大，高時(shí)閥門開度小，可由工程師站在線修改。
2.3 自啟停功能
這部分以轉(zhuǎn)子的應(yīng)力計(jì)算為基礎(chǔ)，具有監(jiān)視和控制兩種功能，由一對(duì)冗余的BRC100完成。控制并監(jiān)視汽輪機(jī)運(yùn)行的全過程，包括盤車、升速、帶負(fù)荷、并網(wǎng)等。升速過程中，汽輪機(jī)自啟停根據(jù)轉(zhuǎn)子的應(yīng)力結(jié)算結(jié)果確定機(jī)組的狀態(tài)，并給出推薦的升速率和目標(biāo)轉(zhuǎn)速;監(jiān)視方式局限于報(bào)警或相關(guān)提示。轉(zhuǎn)子應(yīng)力關(guān)系著汽輪機(jī)的使用壽命，300MW汽輪機(jī)的推薦使用壽命統(tǒng)稱為10000次循環(huán)曲線。汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了HEAVY、MEDIUM和NORMAL循環(huán)對(duì)應(yīng)的許用應(yīng)力，分別為3000次、5000次、10000次，使其具有不同的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化率。根據(jù)計(jì)算結(jié)果和選擇的許用應(yīng)力，系統(tǒng)ATC程序還可計(jì)算出月轉(zhuǎn)子壽命消耗值、年轉(zhuǎn)子壽命消耗值及轉(zhuǎn)子壽命總消耗值。
3、小結(jié)
該電廠的300MW機(jī)組汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，控制邏輯設(shè)計(jì)滿足了工藝流程的要求，硬件動(dòng)作可靠，具有良好的組態(tài)性能和正常的系統(tǒng)通訊功能，滿足了300MW機(jī)組汽輪機(jī)的控制要求。
【參考文獻(xiàn)】：
[1] 陳新安.變頻技術(shù)在300 MW機(jī)組燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐供油系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006.
[2] 王麗珍. 汽輪機(jī)數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研究[D]. 太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007.
[3 王穎,王印松,李中華. 300MW汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模型與非線性分析[J]. 儀器儀表用戶, 2006,13(5):88-89.
[4] 李音. 汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)建模與仿真組態(tài)平臺(tái)研究與開發(fā)[J]. 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007.
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