330 MW機組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、4號機組(2×330MW)分別于 1998年和 2000年投產(chǎn),至今已投運了 10～12年。機組原數(shù)字電液(digital electro-hydraulic,DEH)控制系統(tǒng)由上海汽輪機廠成套采用美國西屋公司電調(diào)系統(tǒng)。因當(dāng)時的技術(shù)發(fā)展水平等原因,原系統(tǒng)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(chǎn)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(shù)有限公司的EDPF-NT+分散控制系統(tǒng)對DEH控制系統(tǒng)進行了改造。改造完成后,系統(tǒng) DEH控制系統(tǒng)控制功能正確、可靠,滿足了機組安全、穩(wěn)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(diào)節(jié)閥和熱網(wǎng)抽汽調(diào)節(jié)閥,啟動時采用高中壓缸聯(lián)合啟動(冷態(tài)啟動)。

高中壓缸聯(lián)合啟動方式是在機組啟動沖轉(zhuǎn)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(yīng)力,并能縮短啟動時間;缺點是汽缸轉(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(tǒng)為抗燃油,因此采用穆格(MOOG)閥(工作原理如圖1所示),對應(yīng)使用直流-10～10 V的VC卡;根據(jù)LVDT信號和安裝個數(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)測量信號數(shù)字輸入(digital input,DI),即DEH控制邏輯中用的油開關(guān)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(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(xiàn),可以避免SD卡故障引起的誤動作,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(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個高調(diào)門和 2個中調(diào)門由 0升至100,高主門關(guān)閉,由高主門控制汽機轉(zhuǎn)速。

3.2 自動升速

(1)摩擦檢查。設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速為600 r/min,速率為50 r/min,待汽機轉(zhuǎn)速升至600 r/m in后保持約10min,打閘汽機,到現(xiàn)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(zhuǎn)速繼續(xù)由節(jié)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(yīng)力曲線在合理的區(qū)間范圍內(nèi)波動。

(3)閥切換。汽機轉(zhuǎn)速2 950 r/min時,開始進行TV-GV(governing valve)切換。此時GV漸漸關(guān)閉,當(dāng)GV關(guān)到一定開度開始節(jié)流時,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DEH接受自同期裝置的脈沖信號調(diào)速,直至并網(wǎng)(沒有手動同期)。同期投入后,目標(biāo)轉(zhuǎn)速由同期裝置給定。當(dāng)發(fā)電機并網(wǎng)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(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)過汽輪機的5個轉(zhuǎn)速共振區(qū),在共振區(qū)時,升速率將自動升至500 r/min,并且不能保持轉(zhuǎn)速。

3.3 超速試驗

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

(1)調(diào)門嚴(yán)密性試驗。汽輪機啟機后并網(wǎng)之前,應(yīng)進行調(diào)門的嚴(yán)密性試驗。OPC的動作條件為:汽機轉(zhuǎn)速大于103%額定轉(zhuǎn)速;發(fā)電機并網(wǎng)開關(guān)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(dāng)轉(zhuǎn)速到達3 300 r/m in時,DEH發(fā)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(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)置為3 390 r/min,此時電超速和OPC功能被屏蔽,轉(zhuǎn)速緩慢上升到飛錘動作轉(zhuǎn)速,遮斷汽機。飛錘動作轉(zhuǎn)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(rèn)汽輪機控制方式在功率閉環(huán)控制方式下。點擊切換按鈕,6個高調(diào)門閥按照預(yù)先設(shè)定的次序逐個開啟和關(guān)閉,豐城電廠 6個高調(diào)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(huán)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(guān)到90%即可。

3.6 一次調(diào)頻

汽輪發(fā)電機組在并網(wǎng)運行時,為保證電網(wǎng)的穩(wěn)定,從而保證供電品質(zhì),會自動投入一次調(diào)頻功能。當(dāng)機組轉(zhuǎn)速在一次調(diào)頻死區(qū)范圍內(nèi)時,頻率調(diào)整給定為 0,一次調(diào)頻不動作。當(dāng)轉(zhuǎn)速在一次調(diào)頻死區(qū)范圍以外時,一次調(diào)頻動作,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)機組運行需要,實現(xiàn)機前壓力自動,機爐協(xié)調(diào)等運行方式。

4 問題分析

在沖轉(zhuǎn)時出現(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,畫面上顯示GV的開度為1%,但現(xiàn)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(diào)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(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會造成反饋有誤,產(chǎn)生閥門虛位。

現(xiàn)場對LVDT的線性度進行調(diào)整后,很大程度上改善了上述問題。表 1是 4號機組調(diào)整后的閥門開度和閥門行程對應(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、4號機組的流量特性曲線函數(shù)如表 2?？梢钥吹接捎?4號機當(dāng)時的工況參數(shù)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(qū)間。

(2)由于并網(wǎng)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(jù)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(zhuǎn)速設(shè)定值會跟蹤實際值,若此時實際值在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)之內(nèi),需要運行人員手動設(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,避免了運行人員的手動干預(yù),提高了自動化水平。

6 結(jié)語

改造后的機組發(fā)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。

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