萊鋼CCPP發電控制系統優化

李金鳳

（山東鋼鐵股份有限公司 萊蕪分公司 自動化部，山東 萊蕪 271104）

0 引言

萊鋼熱電廠CCPP（燃氣蒸汽聯合循環發電）綠色環保項目工程自投運以來，運行穩定，針對燃氣輪機發電機組、50MW發電機組、循環水輔助系統等控制系統設備的優缺點和發電機運行時的工況等，本著節能減排優化精簡的目的，本文對控制系統和設備進行了一系列的優化和改造，從而保證了控制系統和設備處于最佳狀態。

1 50MW發電機稀油站自控系統優化

50MW發電機組稀油潤滑裝置主要用于主給水泵電動機軸承摩擦部位供送潤滑油。原稀油站系統設備老化，動態響應慢，主要以現場電氣手動控制為主，自動化水平低，不能有效、可靠、快速響應地保障主機給水泵設備安全運行。結合工藝控制需求，適時對其系統設備進行了改造。主要改造如下：

（1）稀油潤滑系統的聯鎖控制：當稀油站出口油壓≤100kPa，聯鎖啟動備用稀油泵；當稀油站出口油壓≥300kPa，聯鎖停備用稀油泵；當稀油站出口油壓≤30kPa，聯鎖停對應的給水泵。

（2）給水泵與稀油潤滑系統的聯鎖控制：備用給水泵的稀油站應處于運行狀態，即一臺稀油泵正常運行建立起備用給水泵的啟動油壓，備用給水泵具備啟動條件，當主給水泵故障，備用泵可以立即啟動。

（3）給水泵關聯輔助設備安全運行保障：當1＃稀油站油箱油溫≤15℃時，1＃稀油站加熱器自動啟動。

（4）增加生產過程參數的采集與記錄，實時監測關鍵數據的運行情況。

通過此次主機設備稀油站系統的適應性改造，工藝電氣安全性能、自動化的可控性得以完善，每臺稀油潤滑油泵都構成一個完整的稀油集中潤滑系統，根據稀油站輸油壓力自動啟停備用油泵，保證了潤滑系統的正常工作，提高了系統的技術性能、自控程度、反應速度和穩定性，保障了發電機組的安全生產，提高了發電量。

2 優化發電機調速系統

發電機調節系統一般由傳感器、傳動伺服放大機構、執行機構和反饋裝置等幾部分組成。通過傳感器探測被控參數的變化后系統作出相應的反應，傳動伺服放大機構將調節系統的輸出信號放大成能夠推動執行機構動作的油壓，使執行機構發生動作。執行機構包括調速氣門以及機械傳動機構，根據傳動伺服放大機構的輸出改變汽輪機的進氣量。

作為發電機系統的控制核心，該原調速系統采用了美國WOODWARD公司的505E控制系統，主要由WOODWARD505E（505digital governor for steam turbines with split-range actuators）、SPC（Servo Positon Controller）和CPC（Current to Pressure Converter）組成。原調速系統工作流程圖如1所示。轉速信號通過冗余配置的MPU進入505E調速系統，與設定值進行比較，然后將比較后的信號輸出到SPC，SPC同時接收來自油動機行程反饋裝置LVDT的信號，通過自身的PID調節運算后輸出4mA～20mA信號給CPC，CPC將電流信號轉化成機構輸出調節油壓的大小，通過油壓變化驅動液壓裝置調節油動機，使油動機行程達到指定位置。此調速系統存在隱患，即當LVDT出現故障時，SPC會自動發出指令將調速氣門快速關閉，致使發電機故障停機。所以此調速系統需作調整，將SPC取消，調整后的調速系統工作流程圖如圖2所示。優化后的調速系統，調整機組的進汽量，以保證機組關鍵控制參數（轉速、頻率等）的穩定，保障機組正常開停機以及安全運轉。

圖1 原調速系統工作流程

圖2 調整后的調速系統工作流程

3 循環水泵房5＃泵的變頻改造

循環水泵房5＃泵原設計采用工頻運行模式，其水泵負載在設計初期根據滿負荷的工作量來選型，但在實際應用中循環水泵并非工作在滿負荷工況下，尤其在冬季采暖季節。目前干熄焦發電機循環水供暖采用管路內部水經用戶熱交換后返回凝結器系統的閉環方式，循環水泵只是適時地補充管道內部分損耗的水量，實際運行負荷只有滿負荷的30%，而且交流電機工頻運行調速困難，同時高壓大風機在工頻狀態下頻繁啟停困難，電力沖擊較大，勢必造成電能損耗和開停機時的電流沖擊損毀設備，實用效能方面存在欠缺。

因此采用變頻器直接控制5＃泵，變頻器可實現大電機軟啟、停，避免了啟動時的電壓沖擊，降低了電機的故障率，延長了使用壽命，也降低了對電網的容量要求和無功損耗。當電機在額定轉速的80%運行時，理論上消耗的實際功率為額定功率的52%左右，去掉電機機械等相關損耗，其節能效率也在40%左右，同時也可以實現閉環恒壓控制，操作方便靈活，可控性強。如為了循環水供水壓力穩定，可增加一個PID控制回路，PID控制器根據壓力變化，自動調整變頻器頻率輸出，達到改變出口流量，維持壓力穩定的目的，提升循環水控制水平，節能效率得到進一步提高。

改造后的5＃變頻泵運行模式為常規變頻運行，其崗位操作方式分為現場手動控制方式、DCS系統半自動或全自動控制方式。一旦變頻器發生故障，瞬時切換至工頻運行。當5＃變頻泵變頻器和工頻運行方式同時出現故障時，再自動開啟預留的6＃工頻泵，操作方式靈活，自控程度高，有效增強了系統運行的可靠性。

4 燃氣輪機與鍋爐的聯鎖控制

燃氣輪機的控制和保護要求具有高度的可靠性和安全性，該雙燃料機組的自動化控制系統采用GE公司的MarkVI控制系統和ABB公司的AC800F控制系統，MarkVI與AC800F通過Modbus RTU通訊，相互交換必須的信息，共同完成QD100A的控制。QD100A燃氣輪機燃燒焦爐煤氣發電，并將排出的高溫尾氣引入鍋爐后助燃高爐煤氣，鍋爐產生蒸汽帶動蒸汽輪機發電，實現低熱值高爐煤氣與中熱值焦爐煤氣的比例高達19∶1的資源綜合利用效果，優化燃機與鍋爐的聯鎖控制，確保兩者的安全運行。在此著重改造了以下兩方面：

（1）燃機事故停機：燃機緊急停機時，將停機信號傳至鍋爐主控DCS，鍋爐迅速切斷高爐煤氣支管和主管快切閥，同時開啟氮氣快開閥通入氮氣；送風機出口兩扇氣動門自動開啟，（此時送風機入口擋板常開，風機常運行），變頻自動加至30%，三通閥關閉；鍋爐值班人員可解除燃機與鍋爐聯鎖，重新投燒高爐煤氣（開四角氣動門），提高鍋爐負荷，盡快恢復鍋爐的正常運行。

（2）鍋爐緊急停爐：控制系統檢測到停爐信號，迅速關閉鍋爐四角高爐煤氣氣動閥、上層焦爐煤氣支管氣動閥，高爐煤氣和焦爐煤氣總管切斷閥不動作，高爐煤氣和焦爐煤氣總管反沖快開氮氣閥不動作。同時關閉三通閥擋板，開啟燃機旁通煙囪，燃機正常運行。

5 結束語

通過對以上系統和設備的優化改造，整個CCPP區域的發電量大大提高，自動控制系統運行穩定，為萊鋼能源動力廠創造了良好的經濟效益。