330 MW機組DEH控制系統的改造

朱寶宇,楊敏,黃煥袍,王中勝

(北京國電智深控制技術有限公司,北京市,102200)

0 引言

國電豐城電廠3號、4號機組(2×330MW)分別于 1998年和 2000年投產,至今已投運了 10～12年。機組原數字電液(digital electro-hydraulic,DEH)控制系統由上海汽輪機廠成套采用美國西屋公司電調系統。因當時的技術發展水平等原因,原系統的各項軟硬件功能存在很多的局限,已很難滿足目前對生產過程的控制和管理方面的要求。利用 3號、4號機組大修的機會,采用北京國電智深控制技術有限公司的EDPF-NT+分散控制系統對DEH控制系統進行了改造。改造完成后,系統 DEH控制系統控制功能正確、可靠,滿足了機組安全、穩定運行的要求。

1 機組啟動方式

豐城電廠的汽輪機為 N300-16.7/538/538型亞臨界單軸、雙缸、雙排、反動式中間再熱凝汽式汽輪機。由于不是供熱機組,機組不含連通管調節閥和熱網抽汽調節閥,啟動時采用高中壓缸聯合啟動(冷態啟動)。

高中壓缸聯合啟動方式是在機組啟動沖轉過程中,高壓缸和中壓缸同時進汽,這種方式可使高中壓合缸的機組分缸處加熱均勻,減少熱應力,并能縮短啟動時間;缺點是汽缸轉子膨脹情況較復雜,差脹較難控制[1-10]。

2 伺服卡和測速卡的選型

伺服(valve position control,VC)卡是根據伺服閥的控制信號和位置反饋(linear variable differential transformer,LVDT)的類型進行選型的。豐城電廠EH(electro-hyd raulic)油系統為抗燃油,因此采用穆格(MOOG)閥(工作原理如圖1所示),對應使用直流-10～10 V的VC卡;根據LVDT信號和安裝個數,使用六線制單路輸入VC卡。

圖1 高壓主汽閥和調節汽閥的工作原理圖Fig.1 Operating princip le of high-pressuremain steam valve and governor valve

SD(secure digital)卡采用單通道。雖然SD卡中設計有轉速超限判斷邏輯,但是豐城電廠此次改造并沒有向SD卡接入三路油開關狀態測量信號數字輸入(digital input,DI),即DEH控制邏輯中用的油開關信號是用普通DI卡采集的。因此,超速保護控制(over-speed protection control,OPC)動作和自動停機危急遮斷(automatic system trip,AST)動作信號也是通過普通數字輸出(digitaloutput,DO)卡送給外部繼電器回路的。

由于沒有利用SD卡直接判斷超速,驅動繼電器進行保護動作,因此,降低了保護動作的快速性。但超速保護改由分布式處理單元(distributed p rocessing unit,DPU)實現,可以避免SD卡故障引起的誤動作,提高了分散控制系統(distribution control system, DCS)可靠性。而且,這次改造把控制器的處理周期提高為100ms,一定程度上提高了控制器的處理速度。另一方面,出于忠于原設計的思想,這樣做可以和改造前保持一致。

3 DEH投入步驟

3.1 掛閘

將控制模式選為自動控制,在畫面點擊掛閘按鈕,確認再熱主汽閥門1(reheat stop valve 1,RSV 1)和RSV 2(reheat stop valve 2)已全開后,閥位限制值由 0升至 100。6個高調門和 2個中調門由 0升至100,高主門關閉,由高主門控制汽機轉速。

3.2 自動升速

(1)摩擦檢查。設定目標轉速為600 r/min,速率為50 r/min,待汽機轉速升至600 r/m in后保持約10min,打閘汽機,到現場聽聲音大小判斷汽機的摩擦是否合格。

(2)暖機。重新掛閘開始升速。此時轉速繼續由節流閥(throttle valve,TV)控制,TV逐漸開啟,汽機升速至2 040 r/m in,保持3～4 h暖機,直至應力曲線在合理的區間范圍內波動。

(3)閥切換。汽機轉速2 950 r/min時,開始進行TV-GV(governing valve)切換。此時GV漸漸關閉,當GV關到一定開度開始節流時,轉速開始下降,當轉速下降30 r/min后,TV全開,轉速由GV控制, IV(interceptor valve)保持全開不變。

(4)并網。定速3 000 r/min,由操作員按下“同期投入”按鈕,此時DEH接受自同期裝置的脈沖信號調速,直至并網(沒有手動同期)。同期投入后,目標轉速由同期裝置給定。當發電機并網后,汽機將自動帶上3%～5%的初負荷(由主蒸汽壓力決定),畫面上的數值顯示由轉速變為功率。在從600 r/m in升速到2 900 r/min期間要經過汽輪機的5個轉速共振區,在共振區時,升速率將自動升至500 r/min,并且不能保持轉速。

3.3 超速試驗

進行超速試驗時,將DEH的目標轉速設置高于超速保護的定值,慢慢提升汽輪機轉速,到達被試驗的一路超速保護的動作轉速時,此路超速保護動作,遮斷汽輪機。

(1)調門嚴密性試驗。汽輪機啟機后并網之前,應進行調門的嚴密性試驗。OPC的動作條件為:汽機轉速大于103%額定轉速;發電機并網開關解列;投入OPC試驗按鈕。

(2)電超速試驗。在DEH操作畫面上選擇“電超速試驗”,此時 OPC功能將被屏蔽,當轉速到達3 300 r/m in時,DEH發出打閘指令遮斷汽輪機。

(3)機械超速試驗。在DEH操作畫上選擇“機械超速試驗”,DEH將目標轉速設置為3 390 r/min,此時電超速和OPC功能被屏蔽,轉速緩慢上升到飛錘動作轉速,遮斷汽機。飛錘動作轉速在 110% ～112%之間滿足要求。

3.4 單順閥切換

在進行切換之前,確認汽輪機控制方式在功率閉環控制方式下。點擊切換按鈕,6個高調門閥按照預先設定的次序逐個開啟和關閉,豐城電廠 6個高調閥的動作順序:GV1,GV 2同時動作→GV 4→GV5→GV6→GV 3。

3.5 閥門在線活動試驗

為確保閥門活動靈活,需定期對閥門進行活動試驗,以防止卡澀。為減小試驗過程中負荷的變動,建議投入負荷閉環控制。豐城電廠活動性試驗時,為了減小負荷波動的影響,試驗時閥門主汽門關到90%即可。

3.6 一次調頻

汽輪發電機組在并網運行時,為保證電網的穩定,從而保證供電品質,會自動投入一次調頻功能。當機組轉速在一次調頻死區范圍內時,頻率調整給定為 0,一次調頻不動作。當轉速在一次調頻死區范圍以外時,一次調頻動作,頻率調整給定按不等率隨轉速變化而變化。

3.7 DEH遙控

DEH遙控是指將對調門的控制交給協調控制系統(coordinated control system,CCS),調門直接接收CCS給出的綜合閥位指令,在CCS里可以根據機組運行需要,實現機前壓力自動,機爐協調等運行方式。

4 問題分析

在沖轉時出現高壓主汽門指令增加,但預啟閥卡塞,高壓主汽門反饋不跟隨的現象。解決方法為沖轉壓力由4.2MPa提高到4.6 MPa。

轉速升至2 040 r/m in時,畫面上顯示GV的開度為1%,但現場門的實際開度已達到 3%以上。這是由于在試運過程中,高調門安裝接線不牢固,又由于溫度高、振動大等原因,造成閥門LVDT信號接觸不良,使得反饋信號不準。這包括 2方面問題:(1)閥位引線與端子排是否固定。(2)拉桿與操縱座連接固定螺栓松動會造成反饋有誤,產生閥門虛位。

現場對LVDT的線性度進行調整后,很大程度上改善了上述問題。表 1是 4號機組調整后的閥門開度和閥門行程對應表。從表中可以看出有的閥門呈現兩邊大,中間小的扇形特性。但是由于閥門的物理位置大于 42%后,流量特性基本上保持不變。所以可以適當犧牲大位置的線性,保證小位置的線性度。

表1 閥門開度和閥門行程對應表Tab.1 Valve strokes under various valve openings cm

5 邏輯分析

表2 流量特性曲線函數Tab.2 Functions of flow characteristics curve

(1)在閥門開度控制的邏輯中,3號、4號機組的流量特性曲線函數如表 2?？梢钥吹接捎?4號機當時的工況參數和 3號機不同,指令為 0.1時,閥門會在6%附近波動,所以把 0.1時的開度改為 3,這樣就避開了閥門的波動區間。

(2)由于并網時初始負荷往下跌,在主蒸汽壓力折算初始負荷的邏輯中,脈沖時間由 0.1 s改為0.15 s(1.5個掃描周期),這樣不會根據下降后的主汽壓力計算初始負荷,鎖住了負荷初始值。

(3)由于汽機跳閘后再掛閘時,轉速設定值會跟蹤實際值,若此時實際值在臨界轉速區之內,需要運行人員手動設定到臨界區之外。現改為跟蹤臨界區上限之外的靠近值,這樣,避免了運行人員的手動干預,提高了自動化水平。

6 結語

改造后的機組發電負荷由 300 MW提高到340MW,運行情況表明,機組原來存在的問題得到了很好的改善和解決,此次通流改造是十分必要和可行的。

[1]孔凡平,張文遜.國產 300 MW汽輪機通流改造及經濟性分析[J].發電設備,2003,17(4):15-17.

[2]張學超,姚群.DEH系統負荷控制功能仿真研究[J].熱力透平, 2009,38(3):197-201.

[3]賈云生,達布希拉圖.國產300MW DEH控制邏輯分析[J].內蒙古科技與經濟,2009(11):114-115.

[4]李江,張江水.汽輪機調門位置反饋方式的探討[J].新疆電力技術,2010(2):72-73.

[5]薛鵬.淺談DEH閥門管理及汽機調門特性試驗[J].新疆電力, 2005(2):34-35.

[6]黎文彪.電廠DEH控制系統改造及應用[J].中國高新技術企業, 2009(14):47-48.

[7]侯金彥.電廠DCS與DEH冗余通訊[J].自動化與儀器儀表,2010 (1):89-91.

[8]呂勝利,楊春鋒.菏澤電廠DEH系統出現的問題及處理[J].山東電力技術,2009(5):69-71.

[9]陳小強,羅志浩,尹鋒.玉環電廠1 000MW機組DEH與CCS接口設計與問題分析[J].浙江電力,2008,27(2):47-50.

[10]顧俊峰,馬敬茹.600MW直接空冷機組DEH應用[J].華北電力技術,2008(3):39-42.