300MW機組汽輪機電液調節系統的控制與調試
【摘要】：為保證電力系統的安全運行，國內的大型機組均使用電液調節系統進(jìn)行控制，實(shí)現轉速控制、同步并網(wǎng)、負荷控制等功能。本文以電廠(chǎng)300MW機組使用的上海汽輪機有限責任公司生產(chǎn)的汽輪機為例，介紹其系統機構、調試要點(diǎn)和實(shí)現功能。
【關(guān)鍵詞】：300MW機組;電液調節系統;控制;調試
近年來(lái)，300MW機組在我國得到了廣泛的應用。為保證電力系統的安全運行，國內的大型機組均使用電液調節系統進(jìn)行控制，實(shí)現轉速控制、同步并網(wǎng)、負荷控制等能。改變了系統的適應性和靈活性，提高了控制能力和控制效果，大大提高了發(fā)電機組的自動(dòng)化水平[1]。本文以電廠(chǎng)300MW機組使用的上海汽輪機有限責任公司生產(chǎn)的汽輪機為例，介紹其系統機構、調試要點(diǎn)和實(shí)現功能。
1、系統簡(jiǎn)介
該電廠(chǎng)的機組熱控系統采用上海新華控制工程有限公司提供的Symphony系統，是一套集計算機、自動(dòng)控制技術(shù)、數據庫和網(wǎng)絡(luò )為一體的產(chǎn)品，具有獨立的分散控制系統、監控技術(shù)及數據采集系統、控制系統，能夠滿(mǎn)足各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域對信息管理和過(guò)程控制的需求。系統采用合理的軟、硬件功能配置和模塊化設計，具有易于擴展的能力，將離線(xiàn)和在線(xiàn)調試集中于一體，便于調試及修改，設備的各個(gè)控制相對對立。由高速數據網(wǎng)、DPU以及連接在網(wǎng)上的人機接口站組成，采用開(kāi)放式的系統結構，設計了冗余TCP/IP網(wǎng)絡(luò )結點(diǎn)在不同類(lèi)型的站。
其中，汽輪機系統的功能模件組成了一個(gè)過(guò)程控制單元，，包括汽機基本控制、超速保護和汽機自啟停3個(gè)功能，并分別由3個(gè)冗余的功能控制器和相應的功能子模件完成。其硬件配置圖如下：
圖一 汽輪機硬件配置
機組的汽輪機電液調節系統操作員站是基于WindowsNT(2000)環(huán)境下的人機系統，具有界面友好、操作方便的特點(diǎn)。共設置了包括總貌、趨勢、棒圖、操作面板、報警信息等11幅畫(huà)面，為運行人員提供了方便的操作手段，通過(guò)監控畫(huà)面實(shí)施檢測汽輪機的運行。
2、控制功能
汽輪機電液調節系統的控制功能由3對冗余的BRCl00控制器實(shí)現，主要控制汽輪機的轉速和功率，通過(guò)GV、TV、RSV和 IV實(shí)現，同時(shí)還具備防止汽機超速的保護邏輯。主要功能包括超速保護、基本控制和自啟停，3部分之間既相互獨立，又通過(guò)對總線(xiàn)的控制交換控制信息。
2.1 超速保護
這部分的作用主要是超保護邏輯、DEH跳閘邏輯及超速試驗選擇邏輯、提供有開(kāi)關(guān)狀態(tài)及汽機自動(dòng)停機掛閘狀態(tài)三選二、轉速三選二，控制著(zhù)OPC電磁閥，，并匯總DEH跳閘信號通過(guò)接線(xiàn)將其送到ETS[2]。能夠有效防止汽輪機的轉速飛快上升，維持轉速在3000r/min。超速實(shí)驗必須在大于2950 r/min的定速3000 r/min、油開(kāi)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電液調節系統的核心，它提供與轉速及復合相關(guān)的控制邏輯、調節回路，通過(guò)一對冗余的BRC100實(shí)現所有伺服閥接口和閉環(huán)控制的PID調節器。此外，還包括自動(dòng)控制的其他功能，如限制設定、閥門(mén)管理、閥門(mén)設定、閥門(mén)試驗、閥門(mén)切換、設定值/變化率發(fā)生器等。
2.2.1 轉速控制
該電廠(chǎng)使用的汽輪機包括高壓缸啟動(dòng)和高中壓缸啟動(dòng)兩種啟動(dòng)方式。由TV控制沖轉高壓缸啟動(dòng)，當汽機掛閘后，閥門(mén)未處于校驗狀態(tài)，運行人員可以發(fā)出用戶(hù)RUN命令，這時(shí)TV保持關(guān)閉，GV、IV全開(kāi)。這個(gè)命令相當于開(kāi)機指令，它的發(fā)出意味著(zhù)沖轉開(kāi)始，汽機運行期間始終保持RUN命令，當汽機重新跳閘才能將其清除掉。
根據DEH的畫(huà)面，運行人員可以設定升速率和目標轉速，當轉速給定等于目標值時(shí)，程序會(huì )自動(dòng)進(jìn)入HOLD狀態(tài)，等待運行人員重新發(fā)出新的目標值。在汽輪機升速的過(guò)程中，除了臨界區外，運行人員可以隨時(shí)發(fā)出HOLD命令，這個(gè)時(shí)候，轉速給定與實(shí)際轉速相等，汽機會(huì )停止繼續升速，持當前轉速[3]。為保證汽機安全通過(guò)臨界區，轉速在920~2000 r/min、2120~2820 r/min時(shí)，進(jìn)入臨界區，自動(dòng)設置升速率為500 r/min。工程師站可在線(xiàn)修改轉速的臨界區范圍。
2.2.2 負荷控制
包括開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種負荷控制的方式。開(kāi)環(huán)方式需要運行人員隨時(shí)注意實(shí)際負荷的變化，當前前蒸汽參數和V閥門(mén)流量曲線(xiàn)決定了目標負荷和實(shí)際負荷的近似程度;閉環(huán)是指控制過(guò)程中引入發(fā)電機調節級壓力反饋或有功功率反饋，這時(shí)的汽機GV受調解級壓力PID或負荷PID的控制調節。剛投入發(fā)電功率閉環(huán)，為保證功率閉環(huán)投時(shí)無(wú)其他顧慮，應采用負荷給定和目標負荷跟蹤當前實(shí)際負荷，可根據需要設定升負荷率和符合目標值。待鍋爐自 動(dòng)燃燒后，汽輪機電液調節系統可轉入鍋爐自動(dòng)方式。
負荷控制的主要功能包括主蒸汽壓力限制或保護、負荷限制、閥位限制、頻率校正、單閥/順序閥切換、閥門(mén)試驗和閥門(mén)校驗等功能。主蒸汽的壓力限制功能指當機前壓力降低至保護限值以下時(shí)，GV將以0.1%/s的速率關(guān)閉，直到機前壓力恢復到限值之上0.07MPa;氣壓保護功能主要用于在單元制機組的鍋爐異常運行時(shí)，用以恢復穩定燃燒，有助于防止鍋爐發(fā)生滅火事故[4]。負荷限制包括高負荷限制和低負荷限制兩種;閥位的限制功能允許機組運行人員設定平均閥位的最大值，當平均閥位的最大值超過(guò)這個(gè)限制會(huì )報警。
2.2.3 自動(dòng)帶初負荷
當時(shí)主蒸汽的壓力決定了初負荷的實(shí)際大小，因此應引入主蒸汽壓力進(jìn)行修正，主蒸汽壓力低時(shí)閥門(mén)開(kāi)度較大，高時(shí)閥門(mén)開(kāi)度小，可由工程師站在線(xiàn)修改。
2.3 自啟停功能
這部分以轉子的應力計算為基礎，具有監視和控制兩種功能，由一對冗余的BRC100完成�？刂撇⒈O視汽輪機運行的全過(guò)程，包括盤(pán)車(chē)、升速、帶負荷、并網(wǎng)等。升速過(guò)程中，汽輪機自啟停根據轉子的應力結算結果確定機組的狀態(tài)，并給出推薦的升速率和目標轉速;監視方式局限于報警或相關(guān)提示。轉子應力關(guān)系著(zhù)汽輪機的使用壽命，300MW汽輪機的推薦使用壽命統稱(chēng)為10000次循環(huán)曲線(xiàn)。汽輪機電液調節系統設計了HEAVY、MEDIUM和NORMAL循環(huán)對應的許用應力，分別為3000次、5000次、10000次，使其具有不同的轉速和負荷變化率。根據計算結果和選擇的許用應力，系統ATC程序還可計算出月轉子壽命消耗值、年轉子壽命消耗值及轉子壽命總消耗值。
3、小結
該電廠(chǎng)的300MW機組汽輪機數字電液調節系統自投入運行以來(lái)，控制邏輯設計滿(mǎn)足了工藝流程的要求，硬件動(dòng)作可靠，具有良好的組態(tài)性能和正常的系統通訊功能，滿(mǎn)足了300MW機組汽輪機的控制要求。
【參考文獻】：
[1] 陳新安.變頻技術(shù)在300 MW機組燃煤發(fā)電機組鍋爐供油系統中的應用研究[D].浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006.
[2] 王麗珍. 汽輪機數字式電液調節系統的研究[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汽輪機調速系統模型與非線(xiàn)性分析[J]. 儀器儀表用戶(hù), 2006,13(5):88-89.
[4] 李音. 汽輪機DEH系統建模與仿真組態(tài)平臺研究與開(kāi)發(fā)[J]. 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007.
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