大型火電機(jī)組自動化控制系統(tǒng)改造

李志勇，王 禮，朱 斌

（1.元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024070；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

大型火電機(jī)組自動化控制系統(tǒng)改造

李志勇1，王 禮2，朱 斌2

（1.元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024070；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

針對某大型火電機(jī)組自動化控制系統(tǒng)存在的問題，給出改造方案。通過控制系統(tǒng)試驗(yàn)，對改造效果進(jìn)行分析與評價。試驗(yàn)證明，該自動化控制系統(tǒng)的成功改造，為機(jī)組安全、穩(wěn)定并網(wǎng)發(fā)電奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為其他同類機(jī)組改造提供借鑒參考。

大型火電機(jī)組；自動化控制系統(tǒng)改造；DCS

某機(jī)組汽輪機(jī)為法國阿爾斯通—大西洋公司生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、四缸、四排汽、單軸、純凝汽、沖動式機(jī)組，汽輪機(jī)型號為T2A600302×2F1044；機(jī)組設(shè)有7段抽汽，熱力系統(tǒng)主要由3臺給水泵（1臺汽泵、2臺電泵）、2臺循環(huán)水泵、2臺凝結(jié)水泵、4臺雙列高加、1臺除氧器、4臺低加、2臺低加疏水泵、2臺高加疏水泵等設(shè)備組成。鍋爐為德國斯坦繆勒公司生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、一次中間再熱直流鍋爐；風(fēng)煙系統(tǒng)主要由2臺送風(fēng)機(jī)、2臺引風(fēng)機(jī)、2臺預(yù)熱器、8臺磨煤機(jī)等設(shè)備組成。發(fā)電機(jī)為法國阿爾斯通—大西洋公司生產(chǎn)的水氫氫冷發(fā)電機(jī)組，型號為T264／640。機(jī)組設(shè)計(jì)額定功率為600 MW，主蒸汽壓力為

［5］ 郝 欣.進(jìn)口機(jī)組電改汽工程給水控制方案設(shè)計(jì)與實(shí)施［J］.東北電力技術(shù)，2010，31（5）：12－15.

［6］ 郝 欣.鍋爐送引風(fēng)機(jī)變頻協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究［J］.東北電力技術(shù)，2013，34（3）：34－36. 17.75 MPa，主蒸汽溫度為540℃，再熱蒸汽溫度為540℃，額定排汽壓力為5.3 kPa［1－4］。

1 控制系統(tǒng)改造方案

針對機(jī)組存在的問題，對其自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。DCS控制系統(tǒng)選用新華控制工程有限公司的OC 6000e Nexus分散式監(jiān)控系統(tǒng)，共配有30對冗余控制站，配置了6臺操作員站、2臺工程師站、1臺歷史站、1臺接口機(jī)。自動化控制系統(tǒng)改造主要包括DAS、FSSS、BSCS、TSCS、ECS以及MCS等功能。

1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）

DAS系統(tǒng)沒有配置單獨(dú)的控制處理器，而是將相關(guān)測點(diǎn)分配在公用、BSCS、TSCS、ECS、MCS各系統(tǒng)中。對于DAS系統(tǒng)現(xiàn)場采集信號的處理過程來講，保證各種采集數(shù)據(jù)的實(shí)時性、正確性、準(zhǔn)確性以及安全性非常重要，它是實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全高效運(yùn)行的基礎(chǔ)。DAS系統(tǒng)的信號采集及處理過程充分利用OC6000e系統(tǒng)軟硬件的高效性和安全性，經(jīng)過合理的組態(tài)，使最終進(jìn)入DCS系統(tǒng)的信號和參數(shù)滿足各方面的性能指標(biāo)要求。

1.2 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）

FSSS控制邏輯分為公用控制邏輯、燃油控制邏輯及燃煤控制邏輯3大部分。公用控制邏輯部分包含鍋爐保護(hù)的全部內(nèi)容，即油泄漏試驗(yàn)、爐膛吹掃、主燃料跳閘（MFT）與首出原因記憶、點(diǎn)火條件（油層點(diǎn)火、煤層點(diǎn)火條件等）、負(fù)荷能力判斷、火焰聯(lián)鎖等。公用控制邏輯還包括FSSS公用設(shè)備（如供油、回油快關(guān)閥以及火檢冷卻風(fēng)機(jī)等）的控制。燃油控制邏輯包括各對油燃燒器投、切控制及層投、切控制。燃煤控制邏輯包括各制粉系統(tǒng)（煤層）的順序控制及單個設(shè)備的控制。

1.3 順序控制系統(tǒng)（BSCS、TSCS、ECS）

鍋爐順序控制系統(tǒng)（BSCS）包括鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)、鍋爐輔機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)的控制、聯(lián)鎖、保護(hù)功能。汽輪機(jī)順序控制系統(tǒng)（TSCS）包括汽輪機(jī)側(cè)的主要輔機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)的控制、聯(lián)鎖、保護(hù)功能。電氣控制系統(tǒng)（ECS）分布在4對控制器中，各個控制器具體分配為：各段開關(guān)控制、保護(hù)、聯(lián)鎖；發(fā)變組、勵磁、6 kV切換；直流系統(tǒng)及外圍6 kV開關(guān)；模擬量和SOE。

1.4 模擬量控制系統(tǒng)（MCS）

1.4.1 機(jī)爐協(xié)調(diào)控制

協(xié)調(diào)控制方式是最高自動化水平的負(fù)荷控制。負(fù)荷指令同時送到鍋爐主控和汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)單元，負(fù)荷偏差被控制在最小。在協(xié)調(diào)方式下，鍋爐主控和汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)單元都在自動方式。鍋爐和汽輪機(jī)并行操作。在這種方式下鍋爐控制機(jī)前主蒸汽壓力，汽輪機(jī)控制負(fù)荷，兩者相互影響。在協(xié)調(diào)方式下，運(yùn)行人員可直接給定機(jī)組的負(fù)荷指令，如果機(jī)組投入AGC控制，則機(jī)組的負(fù)荷指令由網(wǎng)調(diào)控制。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)邏輯如圖1所示。

1.4.2 汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)單元（汽輪機(jī)主控）

機(jī)組運(yùn)行在協(xié)調(diào)控制方式下時，汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)單元投入自動方式，根據(jù)機(jī)組主控系統(tǒng)來的汽輪機(jī)負(fù)荷指令信號控制發(fā)電機(jī)有功功率和采用主蒸汽壓力偏差校正實(shí)際負(fù)荷，并對汽輪機(jī)調(diào)門給出某種限制，所以機(jī)組實(shí)際負(fù)荷兼顧給定負(fù)荷和主汽壓力偏差。機(jī)組運(yùn)行在汽輪機(jī)直接控制方式下時，汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)單元投入直接方式，負(fù)荷控制單元根據(jù)目標(biāo)負(fù)荷給出高調(diào)門開度指令直接調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷。

1.4.3 鍋爐主控

在自動狀態(tài)時，鍋爐主控根據(jù)主蒸汽壓力設(shè)定值和實(shí)際壓力的偏差，經(jīng)過PID控制器計(jì)算，結(jié)合機(jī)組負(fù)荷指令等前饋?zhàn)饔?，得出指令自動控制鍋爐的燃料、給水、送風(fēng)量等子系統(tǒng)。在手動狀態(tài)時，如鍋爐的燃料主控處于自動時，改變鍋爐主控輸出指令可以改變總?cè)剂狭縼磉m應(yīng)負(fù)荷需要。

1.4.4 一次調(diào)頻

一次調(diào)頻功能在機(jī)組并網(wǎng)后自動投入，在機(jī)組轉(zhuǎn)速故障，解列時自動退出。一次調(diào)頻功能有一個不靈敏區(qū)（±2 r／min），頻率偏差信號對應(yīng)的功率加到機(jī)組給定負(fù)荷回路，同時頻率偏差信號對應(yīng)的開度加到高調(diào)門開度指令，以便和一次調(diào)頻功能相適應(yīng)。

1.4.5 給水控制

圖1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)邏輯

在機(jī)組啟動至35%負(fù)荷之前，鍋爐給水調(diào)整采用2臺電泵、給水主調(diào)節(jié)器手動方式控制；35%左右負(fù)荷時進(jìn)行汽動給水泵與電泵切換，之后采用給水主調(diào)節(jié)器自動調(diào)節(jié)方式。給水主調(diào)節(jié)器具有自動跟蹤功能，可在任何情況下進(jìn)行自動、手動無擾切換。

在設(shè)定最小給水流量的基礎(chǔ)上，給水流量主調(diào)節(jié)器接受鍋爐蒸汽流量信號（主汽流量的90%），壓力調(diào)節(jié)器輸出的比例信號經(jīng)限幅和定值修正的中間點(diǎn)溫度信號，經(jīng)過主調(diào)節(jié)器發(fā)出給水流量定值信號同時傳給汽泵或電泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，控制給水泵出力滿足鍋爐運(yùn)行對水量的要求，該信號另外疊加了中間點(diǎn)溫度控制的偏置作用保證中間點(diǎn)溫度具有合理的過熱度。

當(dāng)3臺給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器全部手動時，給水主調(diào)節(jié)器切手動；給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障、燃水比失調(diào)時，應(yīng)人為將主給水調(diào)節(jié)器切為手動。給水主控處于手動時，運(yùn)行人員可以通過改變給水主控指令來改變鍋爐的給水量。

1.4.6 鍋爐燃燒調(diào)節(jié)

鍋爐燃燒調(diào)節(jié)的主要任務(wù)是根據(jù)鍋爐主控發(fā)出的燃料調(diào)節(jié)指令，改變供給鍋爐燃燒的燃料量，在水／煤比控制作用下改變給水量以改變鍋爐的蒸汽量來滿足鍋爐壓力調(diào)節(jié)的要求。同時，為了保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性，在改變?nèi)剂狭康耐瑫r相應(yīng)地改變送風(fēng)量。此外，為了保證鍋爐的正常、安全運(yùn)行，要保證鍋爐的爐膛負(fù)壓在所要求范圍內(nèi)，因此要調(diào)節(jié)引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)來保證爐膛負(fù)壓。鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由燃料量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。

總?cè)剂狭坑擅汉腿加?種燃料量組成，燃料主控根據(jù)所要求的鍋爐輸入指令與總?cè)剂狭科町a(chǎn)生，然后分配給每臺給煤機(jī)作為每臺給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速指令。當(dāng)燃料主控在手動操作方式時，可以通過對燃料主控的手動增減實(shí)現(xiàn)對所有給煤機(jī)轉(zhuǎn)速的同時等量增減。

總風(fēng)量設(shè)定值為經(jīng)過氧量修正的蒸汽量的函數(shù)，調(diào)節(jié)器接收設(shè)定值與總風(fēng)量的差值信號，對8臺磨煤機(jī)二次風(fēng)總調(diào)節(jié)器發(fā)出信號，校正系數(shù)為80%～140%，使磨煤機(jī)二次風(fēng)量與煤粉量適應(yīng)，并且使鍋爐的總風(fēng)量與總的燃煤量相適應(yīng)。

2 控制系統(tǒng)試驗(yàn)

機(jī)組啟動后，檢查各種監(jiān)視點(diǎn)的正確性，投入相應(yīng)的變送器，檢查測點(diǎn)與顯示點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系和精度，以滿足運(yùn)行的要求。同時為投入相應(yīng)的保護(hù)和自動狀態(tài)作好準(zhǔn)備。機(jī)組的所有保護(hù)和聯(lián)鎖隨機(jī)組啟動而相繼投入，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)也根據(jù)機(jī)組運(yùn)行工況而相繼投入。在送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、減溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)、負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)、給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入后，檢查MCS邏輯以及與DEH之間的信號正常后，將協(xié)調(diào)方式投入。進(jìn)行RB、負(fù)荷變動和AGC等相關(guān)試驗(yàn)。

2.1 機(jī)組保護(hù)及自動投入統(tǒng)計(jì)

隨著機(jī)組的分步試運(yùn)及整套啟動的進(jìn)行，設(shè)計(jì)并投入鍋爐主保護(hù)17項(xiàng)，鍋爐主要輔機(jī)保護(hù)166項(xiàng)，汽輪機(jī)主要輔機(jī)保護(hù)54項(xiàng)，投入率100%。機(jī)組設(shè)計(jì)模擬量控制系統(tǒng)共335套，168期間可投入325套，168期間實(shí)際投入325套，168期間投入率100%。機(jī)組保護(hù)與自動投入情況如表1所示。

表1 機(jī)組保護(hù)與自動投入情況

2.2 機(jī)組RB試驗(yàn)

在機(jī)組正常運(yùn)行時，如果出現(xiàn)鍋爐或汽輪機(jī)重要輔機(jī)事故跳閘，將產(chǎn)生鍋爐負(fù)荷能力動作［5－7］。RB發(fā)生后，鍋爐輸入指令將以預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)值和變化率而減少，這時機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式將退出，鍋爐輸入指令將一直下降到剩余運(yùn)行輔機(jī)所能允許的負(fù)荷水平為止?？刂葡到y(tǒng)將完成鍋爐主要輔機(jī)之間或與輔機(jī)有關(guān)的輔助設(shè)備的啟停等相應(yīng)的聯(lián)鎖和保護(hù)。無論機(jī)組是否運(yùn)行在協(xié)調(diào)方式，RB均自動投入，且在操作員站不設(shè)RB開關(guān)。機(jī)組RB運(yùn)行方式如表2所示。

表2 機(jī)組RB運(yùn)行方式

機(jī)組進(jìn)行RB功能試驗(yàn)時，不需要人工干預(yù)，順控邏輯動作正常，其參數(shù)波動范圍不危及機(jī)組安全且不引起機(jī)組保護(hù)動作跳閘，即RB功能設(shè)計(jì)合理、功能完善，RB試驗(yàn)合格。自動控制系統(tǒng)經(jīng)受了考驗(yàn)，具備投入條件。以2號送風(fēng)機(jī)RB為例，機(jī)組各個主要參數(shù)的變化過程如表3所示。

表3 送風(fēng)機(jī)RB動作過程中機(jī)組主要參數(shù)記錄表

2.3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入試驗(yàn)

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)各種控制方式的調(diào)節(jié)品質(zhì)良好，能夠滿足機(jī)組及其各輔機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行要求，系統(tǒng)抗擾動能力較強(qiáng)。機(jī)組168 h試運(yùn)行期間協(xié)調(diào)控制投入良好。能夠滿足機(jī)組大負(fù)荷、快速率變動。協(xié)調(diào)升、降負(fù)荷試驗(yàn)曲線如圖2、圖3所示。

圖2 協(xié)調(diào)升負(fù)荷試驗(yàn)曲線

圖3 協(xié)調(diào)降負(fù)荷試驗(yàn)曲線

2.4 機(jī)組AGC投入試驗(yàn)

2014年8月14日，進(jìn)行了AGC投入在線試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中機(jī)組運(yùn)行情況穩(wěn)定，沒有發(fā)現(xiàn)異常波動情況。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，AGC負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍、負(fù)荷調(diào)節(jié)速率、負(fù)荷響應(yīng)時間及穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)精度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足調(diào)度考核指標(biāo)要求。機(jī)組AGC試驗(yàn)曲線如圖4所示。

圖4 AGC試驗(yàn)曲線

3 結(jié)束語

通過自動化控制系統(tǒng)改造，機(jī)組在運(yùn)行操作、監(jiān)視和控制水平上有很大提高，主要保護(hù)與自動投入率達(dá)100%，機(jī)組在50%～100%范圍內(nèi)可利用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行升降負(fù)荷，且各項(xiàng)參數(shù)保持穩(wěn)定，滿足機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的需求。改造后的自動控制系統(tǒng)提高了機(jī)組的控制系統(tǒng)性能，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的協(xié)調(diào)控制，自動化水平又上了一個新臺階。該自動化控制系統(tǒng)的成功改造，為機(jī)組安全、穩(wěn)定并網(wǎng)發(fā)電奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為其他同類型機(jī)組改造提供借鑒。

［1］ 姚建華，李月華.600 MW進(jìn)口亞臨界旋流煤粉燃燒鍋爐爐內(nèi)低氮改造技術(shù)［J］.鍋爐技術(shù)，2014，45（3）：57－59.

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Transformation of Automatic Control System for Large Capacity Fossil?fired Generating Units

LI Zhi?yong1，WANG Li2，ZHU Bin2
（1.Yuanbaoshan Power Generation Co.，Ltd.，Chifeng，Inner Mongolia 024070，China；2.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，Chin a）

According to the existing problems in the automatic control system，the transformation solution for a large capacity fossil?fired generating units is proposed.The transformation effect and evaluation is analysized by the test of the control system.It has been proved by experiments that the successful transformation of the automatic control system has laid a solid foundation for its safe and sta?ble generation online，which can provide reference for other similar units.

Fossil?fired generating units；Transformation of automatic control system；DCS

TK32

A

1004－7913（2015）05－0048－04

李志勇（1974—），男，高級工程師，主要從事電廠熱工自動化管理工作。

2015－02－12）