330 MW機(jī)組DEH控制系統(tǒng)的改造

朱寶宇,楊敏,黃煥袍,王中勝

(北京國電智深控制技術(shù)有限公司,北京市,102200)

0 引言

國電豐城電廠3號(hào)、4號(hào)機(jī)組(2×330MW)分別于 1998年和 2000年投產(chǎn),至今已投運(yùn)了 10～12年。機(jī)組原數(shù)字電液(digital electro-hydraulic,DEH)控制系統(tǒng)由上海汽輪機(jī)廠成套采用美國西屋公司電調(diào)系統(tǒng)。因當(dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)展水平等原因,原系統(tǒng)的各項(xiàng)軟硬件功能存在很多的局限,已很難滿足目前對(duì)生產(chǎn)過程的控制和管理方面的要求。利用 3號(hào)、4號(hào)機(jī)組大修的機(jī)會(huì),采用北京國電智深控制技術(shù)有限公司的EDPF-NT+分散控制系統(tǒng)對(duì)DEH控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。改造完成后,系統(tǒng) DEH控制系統(tǒng)控制功能正確、可靠,滿足了機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

1 機(jī)組啟動(dòng)方式

豐城電廠的汽輪機(jī)為 N300-16.7/538/538型亞臨界單軸、雙缸、雙排、反動(dòng)式中間再熱凝汽式汽輪機(jī)。由于不是供熱機(jī)組,機(jī)組不含連通管調(diào)節(jié)閥和熱網(wǎng)抽汽調(diào)節(jié)閥,啟動(dòng)時(shí)采用高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)(冷態(tài)啟動(dòng))。

高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)方式是在機(jī)組啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)過程中,高壓缸和中壓缸同時(shí)進(jìn)汽,這種方式可使高中壓合缸的機(jī)組分缸處加熱均勻,減少熱應(yīng)力,并能縮短啟動(dòng)時(shí)間;缺點(diǎn)是汽缸轉(zhuǎn)子膨脹情況較復(fù)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(jù)伺服閥的控制信號(hào)和位置反饋(linear variable differential transformer,LVDT)的類型進(jìn)行選型的。豐城電廠EH(electro-hyd raulic)油系統(tǒng)為抗燃油,因此采用穆格(MOOG)閥(工作原理如圖1所示),對(duì)應(yīng)使用直流-10～10 V的VC卡;根據(jù)LVDT信號(hào)和安裝個(gè)數(shù),使用六線制單路輸入VC卡。

圖1 高壓主汽閥和調(diào)節(jié)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(shè)計(jì)有轉(zhuǎn)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(guān)狀態(tài)測量信號(hào)數(shù)字輸入(digital input,DI),即DEH控制邏輯中用的油開關(guān)信號(hào)是用普通DI卡采集的。因此,超速保護(hù)控制(over-speed protection control,OPC)動(dòng)作和自動(dòng)停機(jī)危急遮斷(automatic system trip,AST)動(dòng)作信號(hào)也是通過普通數(shù)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(qū)動(dòng)繼電器進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作,因此,降低了保護(hù)動(dòng)作的快速性。但超速保護(hù)改由分布式處理單元(distributed p rocessing unit,DPU)實(shí)現(xiàn),可以避免SD卡故障引起的誤動(dòng)作,提高了分散控制系統(tǒng)(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(shè)計(jì)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(dòng)控制,在畫面點(diǎn)擊掛閘按鈕,確認(rèn)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(gè)高調(diào)門和 2個(gè)中調(diào)門由 0升至100,高主門關(guān)閉,由高主門控制汽機(jī)轉(zhuǎn)速。

3.2 自動(dòng)升速

(1)摩擦檢查。設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速為600 r/min,速率為50 r/min,待汽機(jī)轉(zhuǎn)速升至600 r/m in后保持約10min,打閘汽機(jī),到現(xiàn)場聽聲音大小判斷汽機(jī)的摩擦是否合格。

(2)暖機(jī)。重新掛閘開始升速。此時(shí)轉(zhuǎn)速繼續(xù)由節(jié)流閥(throttle valve,TV)控制,TV逐漸開啟,汽機(jī)升速至2 040 r/m in,保持3～4 h暖機(jī),直至應(yīng)力曲線在合理的區(qū)間范圍內(nèi)波動(dòng)。

(3)閥切換。汽機(jī)轉(zhuǎn)速2 950 r/min時(shí),開始進(jìn)行TV-GV(governing valve)切換。此時(shí)GV漸漸關(guān)閉,當(dāng)GV關(guān)到一定開度開始節(jié)流時(shí),轉(zhuǎn)速開始下降,當(dāng)轉(zhuǎn)速下降30 r/min后,TV全開,轉(zhuǎn)速由GV控制, IV(interceptor valve)保持全開不變。

(4)并網(wǎng)。定速3 000 r/min,由操作員按下“同期投入”按鈕,此時(shí)DEH接受自同期裝置的脈沖信號(hào)調(diào)速,直至并網(wǎng)(沒有手動(dòng)同期)。同期投入后,目標(biāo)轉(zhuǎn)速由同期裝置給定。當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后,汽機(jī)將自動(dòng)帶上3%～5%的初負(fù)荷(由主蒸汽壓力決定),畫面上的數(shù)值顯示由轉(zhuǎn)速變?yōu)楣β省Ｔ趶?00 r/m in升速到2 900 r/min期間要經(jīng)過汽輪機(jī)的5個(gè)轉(zhuǎn)速共振區(qū),在共振區(qū)時(shí),升速率將自動(dòng)升至500 r/min,并且不能保持轉(zhuǎn)速。

3.3 超速試驗(yàn)

進(jìn)行超速試驗(yàn)時(shí),將DEH的目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)置高于超速保護(hù)的定值,慢慢提升汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速,到達(dá)被試驗(yàn)的一路超速保護(hù)的動(dòng)作轉(zhuǎn)速時(shí),此路超速保護(hù)動(dòng)作,遮斷汽輪機(jī)。

(1)調(diào)門嚴(yán)密性試驗(yàn)。汽輪機(jī)啟機(jī)后并網(wǎng)之前,應(yīng)進(jìn)行調(diào)門的嚴(yán)密性試驗(yàn)。OPC的動(dòng)作條件為:汽機(jī)轉(zhuǎn)速大于103%額定轉(zhuǎn)速;發(fā)電機(jī)并網(wǎng)開關(guān)解列;投入OPC試驗(yàn)按鈕。

(2)電超速試驗(yàn)。在DEH操作畫面上選擇“電超速試驗(yàn)”,此時(shí) OPC功能將被屏蔽,當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)3 300 r/m in時(shí),DEH發(fā)出打閘指令遮斷汽輪機(jī)。

(3)機(jī)械超速試驗(yàn)。在DEH操作畫上選擇“機(jī)械超速試驗(yàn)”,DEH將目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)置為3 390 r/min,此時(shí)電超速和OPC功能被屏蔽,轉(zhuǎn)速緩慢上升到飛錘動(dòng)作轉(zhuǎn)速,遮斷汽機(jī)。飛錘動(dòng)作轉(zhuǎn)速在 110% ～112%之間滿足要求。

3.4 單順閥切換

在進(jìn)行切換之前,確認(rèn)汽輪機(jī)控制方式在功率閉環(huán)控制方式下。點(diǎn)擊切換按鈕,6個(gè)高調(diào)門閥按照預(yù)先設(shè)定的次序逐個(gè)開啟和關(guān)閉,豐城電廠 6個(gè)高調(diào)閥的動(dòng)作順序:GV1,GV 2同時(shí)動(dòng)作→GV 4→GV5→GV6→GV 3。

3.5 閥門在線活動(dòng)試驗(yàn)

為確保閥門活動(dòng)靈活,需定期對(duì)閥門進(jìn)行活動(dòng)試驗(yàn),以防止卡澀。為減小試驗(yàn)過程中負(fù)荷的變動(dòng),建議投入負(fù)荷閉環(huán)控制。豐城電廠活動(dòng)性試驗(yàn)時(shí),為了減小負(fù)荷波動(dòng)的影響,試驗(yàn)時(shí)閥門主汽門關(guān)到90%即可。

3.6 一次調(diào)頻

汽輪發(fā)電機(jī)組在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí),為保證電網(wǎng)的穩(wěn)定,從而保證供電品質(zhì),會(huì)自動(dòng)投入一次調(diào)頻功能。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速在一次調(diào)頻死區(qū)范圍內(nèi)時(shí),頻率調(diào)整給定為 0,一次調(diào)頻不動(dòng)作。當(dāng)轉(zhuǎn)速在一次調(diào)頻死區(qū)范圍以外時(shí),一次調(diào)頻動(dòng)作,頻率調(diào)整給定按不等率隨轉(zhuǎn)速變化而變化。

3.7 DEH遙控

DEH遙控是指將對(duì)調(diào)門的控制交給協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(coordinated control system,CCS),調(diào)門直接接收CCS給出的綜合閥位指令,在CCS里可以根據(jù)機(jī)組運(yùn)行需要,實(shí)現(xiàn)機(jī)前壓力自動(dòng),機(jī)爐協(xié)調(diào)等運(yùn)行方式。

4 問題分析

在沖轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)高壓主汽門指令增加,但預(yù)啟閥卡塞,高壓主汽門反饋不跟隨的現(xiàn)象。解決方法為沖轉(zhuǎn)壓力由4.2MPa提高到4.6 MPa。

轉(zhuǎn)速升至2 040 r/m in時(shí),畫面上顯示GV的開度為1%,但現(xiàn)場門的實(shí)際開度已達(dá)到 3%以上。這是由于在試運(yùn)過程中,高調(diào)門安裝接線不牢固,又由于溫度高、振動(dòng)大等原因,造成閥門LVDT信號(hào)接觸不良,使得反饋信號(hào)不準(zhǔn)。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(dòng)會(huì)造成反饋有誤,產(chǎn)生閥門虛位。

現(xiàn)場對(duì)LVDT的線性度進(jìn)行調(diào)整后,很大程度上改善了上述問題。表 1是 4號(hào)機(jī)組調(diào)整后的閥門開度和閥門行程對(duì)應(yīng)表。從表中可以看出有的閥門呈現(xiàn)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(dāng)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(duì)應(yīng)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(shù)Tab.2 Functions of flow characteristics curve

(1)在閥門開度控制的邏輯中,3號(hào)、4號(hào)機(jī)組的流量特性曲線函數(shù)如表 2。可以看到由于 4號(hào)機(jī)當(dāng)時(shí)的工況參數(shù)和 3號(hào)機(jī)不同,指令為 0.1時(shí),閥門會(huì)在6%附近波動(dòng),所以把 0.1時(shí)的開度改為 3,這樣就避開了閥門的波動(dòng)區(qū)間。

(2)由于并網(wǎng)時(shí)初始負(fù)荷往下跌,在主蒸汽壓力折算初始負(fù)荷的邏輯中,脈沖時(shí)間由 0.1 s改為0.15 s(1.5個(gè)掃描周期),這樣不會(huì)根據(jù)下降后的主汽壓力計(jì)算初始負(fù)荷,鎖住了負(fù)荷初始值。

(3)由于汽機(jī)跳閘后再掛閘時(shí),轉(zhuǎn)速設(shè)定值會(huì)跟蹤實(shí)際值,若此時(shí)實(shí)際值在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)之內(nèi),需要運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)定到臨界區(qū)之外。現(xiàn)改為跟蹤臨界區(qū)上限之外的靠近值,這樣,避免了運(yùn)行人員的手動(dòng)干預(yù),提高了自動(dòng)化水平。

6 結(jié)語

改造后的機(jī)組發(fā)電負(fù)荷由 300 MW提高到340MW,運(yùn)行情況表明,機(jī)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。

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