上汽超超臨界機(jī)組DEH主汽壓控制策略分析與優(yōu)化

袁岑頡，蔣 薇，董紅萍，毛孝忠

(1. 浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司, 浙江 嘉興 314201；2．國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014)

1 DEH主汽壓控制原理和特點(diǎn)

上汽超超臨界機(jī)組主汽壓控制模式分為限壓模式和初壓模式兩種。這兩種模式都能夠在原上汽300、600 MW機(jī)組(美國(guó)西屋技術(shù))中找到原型，即主汽壓控制(TPL)和汽輪機(jī)調(diào)壓模式(TCP)[1-3]。在TPL模式下，機(jī)組在額定主汽壓、滿負(fù)荷工況下投入TPL，當(dāng)主汽壓小于定值時(shí)，調(diào)門開(kāi)度減小，保證機(jī)前壓力不再降低。在TCP模式下，DEH側(cè)設(shè)定主汽壓力值，DEH調(diào)節(jié)調(diào)門開(kāi)度，保證主汽壓波動(dòng)小于一定范圍。

上汽超超臨界機(jī)組DEH控制采用中央小選控制，即汽機(jī)啟動(dòng)裝置TAB輸出、轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器NPR輸出、主蒸汽壓力控制YFDPR輸出三路進(jìn)行小選比較后形成有效地進(jìn)汽量設(shè)定YR作用到調(diào)門上。DEH三路小選功能圖見(jiàn)圖1。

圖1 DEH三路小選功能圖

在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，DEH采用限壓模式，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷，鍋爐側(cè)調(diào)節(jié)主蒸汽壓力[4-6]。當(dāng)FDPRIE未激活時(shí)(即主汽壓調(diào)節(jié)器未起作用)，主汽壓控制PID不起作用，DEH主汽壓調(diào)節(jié)器輸出處于快速跟蹤模式，跟蹤值SV。

通過(guò)這種方法保證了當(dāng)實(shí)際主汽壓PFD與壓力延時(shí)設(shè)定值FDSV兩者偏差小于限壓偏差DGD時(shí)，主汽壓調(diào)節(jié)器輸出大于有效進(jìn)汽量設(shè)定YR，在三路小選功能塊的作用下，主汽壓調(diào)節(jié)器被有效斷開(kāi)。當(dāng)兩者偏差大于限壓偏置DGD時(shí)，主汽壓控制YFDPR輸出小于有效進(jìn)汽量設(shè)定YR，此時(shí)DEH主汽壓調(diào)節(jié)器不再處于跟蹤狀態(tài)，F(xiàn)DPRER被激活，主汽壓控制PID開(kāi)始起作用并關(guān)小調(diào)門，保證機(jī)前壓力不再持續(xù)下降。其中，限壓偏置DGD原廠設(shè)計(jì)為-0.25 MPa，建議將此值設(shè)置為-1.5 MPa，防止主汽壓調(diào)節(jié)器被頻繁激活。主汽壓調(diào)節(jié)器控制框圖見(jiàn)圖2。

圖2 主汽壓調(diào)節(jié)器控制框圖

在并網(wǎng)期間，主汽壓調(diào)節(jié)器輸出的下限為額定壓力的20%，在脫網(wǎng)期間，主汽壓調(diào)節(jié)器輸出的下限為額定壓力的8%。在壓力模式未激活時(shí)，主汽壓調(diào)節(jié)器輸出的上限為校正后的主汽壓力PFDK的105%，在壓力模式激活時(shí)，主汽壓調(diào)節(jié)器輸出的上限為校正后的主汽壓力PFDK的101%。

2 初/限壓模式投切回路分析

2.1 初壓模式投切

汽輪機(jī)主控系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行或者通過(guò)操作畫(huà)面手動(dòng)投入初壓模式時(shí)，初壓模式人工投入VDB觸發(fā)，轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器NPR中負(fù)荷控制回路的有效延時(shí)負(fù)荷設(shè)定PSW迅速疊加額定負(fù)荷2%的初壓偏置DVD，同時(shí)轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器PID的積分時(shí)間由1 000 ms切換為250 ms。此時(shí)轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制回路PID輸入為

IN=PSW-PEL+DVD

式中 IN——PID輸入；PSW——有效延時(shí)負(fù)荷設(shè)定；PEL——實(shí)際功率；DVD——初壓偏置。

轉(zhuǎn)速負(fù)荷調(diào)節(jié)器控制框圖見(jiàn)圖3。

圖3 轉(zhuǎn)速負(fù)荷調(diào)節(jié)器控制框圖

在初壓偏置DVD的作用下，轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器輸出YNPR不斷累積增加，開(kāi)啟調(diào)門，最終導(dǎo)致機(jī)前壓力逐漸下降，最終導(dǎo)致主汽壓控制YFDPR輸出小于轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制NPR輸出，由于三路小選功能塊的作用YR值選擇YFDPR，主汽壓控制模式激活，F(xiàn)DPRIE起作用。此時(shí)轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器NPR不再對(duì)調(diào)門起作用，轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器作用信號(hào)NPRIE自動(dòng)退出，為防止轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制PID長(zhǎng)時(shí)間存在偏差而導(dǎo)致積分飽和，轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器NPR輸出上限YU由原先校正后的主汽壓力PFDK*1.05自動(dòng)切換為YU=YR+K*(PSW-PEL)。

通過(guò)這種方式保證了負(fù)荷控制器輸出YNPR>YR，轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器NPR被有效斷開(kāi)。

2.2 限壓模式投切

汽輪機(jī)主控系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行或通過(guò)操作畫(huà)面手動(dòng)投入限壓模式時(shí)，限壓模式人工投入GDB觸發(fā)，此時(shí)初壓偏置由額定負(fù)荷的2%切換為0，限壓偏置由0切換為-15。

主汽壓控制回路PID輸入為

IN=PFD-FDSVK=PFD-(FDSV+DGD)=PFD-FDSV-DGD

由于限壓偏置由0切換-15，此時(shí)主汽壓控制YFDPR輸出開(kāi)始增加，調(diào)門逐漸開(kāi)啟。同時(shí)由于初壓偏置由額定負(fù)荷的2%切換為0，轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器回路PID輸入為

IN=PSW-PEL+DVD=PSW-PEL

負(fù)荷控制回路中實(shí)際功率PEL由于調(diào)門開(kāi)啟不斷增加，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器NPR輸出不斷減小，最終負(fù)荷控制器輸出YNPR

3 DEH主汽壓控制對(duì)其他回路的影響

3.1 對(duì)功率設(shè)定PS的影響

(1)在限壓模式切換為初壓模式的過(guò)程中，DEH還引入了壓力限值GWGDER，當(dāng)實(shí)際主汽壓PFD和壓力延時(shí)設(shè)定值FDSV兩者偏差超過(guò)GWGDER時(shí)，DEH將發(fā)出壓力超限報(bào)警，同時(shí)閉鎖功率設(shè)定PS模件中的負(fù)荷設(shè)定增減，待主汽壓恢復(fù)正常后解鎖負(fù)荷閉鎖功能。該值原廠設(shè)計(jì)為-0.8 bar。

(2)當(dāng)機(jī)組從限壓模式切換為初壓模式時(shí)，F(xiàn)DPRER被激活(即主汽壓控制起作用)，有效延時(shí)負(fù)荷設(shè)定PSW跟蹤實(shí)際功率PEL，保證兩種模式的無(wú)擾切換。

(3)限壓模式控制時(shí)，主蒸汽壓力延時(shí)設(shè)定FDSV和實(shí)際汽壓PFD產(chǎn)生的偏差會(huì)動(dòng)態(tài)修正有效延時(shí)負(fù)荷設(shè)定PSW，設(shè)計(jì)的修正量為5 MW/MPa(1 000 MW機(jī)組)。

3.2 對(duì)轉(zhuǎn)速設(shè)定NS的影響

在機(jī)組啟動(dòng)升速期間，如果發(fā)生主蒸汽壓力突降，當(dāng)實(shí)際主汽壓PFD和壓力延時(shí)設(shè)定值FDSV兩者偏差超過(guò)GWGDER時(shí)，將觸發(fā)退出沖轉(zhuǎn)信號(hào)NSNF，此時(shí)轉(zhuǎn)速設(shè)定調(diào)節(jié)器處于快速跟蹤模式，轉(zhuǎn)速設(shè)定NS=實(shí)際轉(zhuǎn)速NT-60，通過(guò)這種方法保證轉(zhuǎn)速設(shè)定值NS一直小于實(shí)際轉(zhuǎn)速NT，使轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制NPR輸出為負(fù)值，確保調(diào)門的可靠關(guān)閉[7-8]。

3.3 對(duì)高壓缸葉片溫度控制HATR的影響

當(dāng)控制模式處在限壓模式，并且FDPRIE激活時(shí)(即主汽壓控制起作用)，高壓缸葉片控制器會(huì)切換至快速跟蹤模式，設(shè)定值跟蹤輸出值，確保主汽壓調(diào)節(jié)器起作用時(shí)，高壓缸葉片溫度控制器保持當(dāng)前輸出不再影響調(diào)門。

4 DEH主汽壓控制的優(yōu)化措施

(1)在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，DEH主汽壓設(shè)定FDS來(lái)自機(jī)組協(xié)調(diào)控制CCS中主汽壓設(shè)定所生產(chǎn)的滑壓曲線，但是運(yùn)行期間會(huì)發(fā)現(xiàn)，滑壓曲線的實(shí)時(shí)變化會(huì)導(dǎo)致主汽壓設(shè)定FDS的頻繁波動(dòng)，當(dāng)機(jī)組處于大幅度加減負(fù)荷時(shí)，主蒸汽壓力延時(shí)設(shè)定FDSV和實(shí)際汽壓PFD會(huì)產(chǎn)生較大的偏差，從而導(dǎo)致DEH負(fù)荷閉鎖和負(fù)荷控制的退出。壓力延時(shí)設(shè)定與實(shí)際壓力的曲線(邏輯修改前)見(jiàn)圖4。

圖4 壓力延時(shí)設(shè)定與實(shí)際壓力的曲線(邏輯修改前)

在協(xié)調(diào)控制CCS主汽壓設(shè)定中增加相應(yīng)邏輯：當(dāng)DEH不在初壓模式時(shí)，主汽壓的設(shè)定FDS以2.5 MPa/min的變化速率跟蹤實(shí)際壓力PFD，該邏輯確保DEH主汽壓調(diào)節(jié)器只有在實(shí)際主汽壓PFD發(fā)生突降時(shí)才起作用。

壓力延時(shí)設(shè)定與實(shí)際壓力的曲線(邏輯修改后)見(jiàn)圖5。

圖5 壓力延時(shí)設(shè)定與實(shí)際壓力的曲線(邏輯修改后)

通過(guò)這種方法保證了壓力延時(shí)設(shè)定FDSV和PFD的緊密跟隨，保證了DEH壓力控制模式不會(huì)頻繁激活，以及負(fù)荷控制不會(huì)被頻繁撤出。同時(shí)修改了負(fù)荷閉鎖壓力限值GWGDER，由原廠的-0.8 bar修改為-8 bar(大于限壓偏置DGD的-15 bar)，保證閉鎖負(fù)荷在先，壓力模式激活在后。

(2)手動(dòng)將控制方式由限壓模式切換至初壓模式后開(kāi)始計(jì)時(shí)，如果30 s后轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器作用信號(hào)NPRIE仍起作用，為了避免負(fù)荷繼續(xù)波動(dòng)，在負(fù)荷設(shè)定值上增加了一個(gè)額定負(fù)荷-2%的偏置。這個(gè)偏置會(huì)抵掉轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制NPR回路中的初壓偏置DVD，使調(diào)門不再開(kāi)啟，防止汽機(jī)失控。

(3)機(jī)組在初壓模式且FDPRIE激活時(shí)(即主汽壓控制起作用)，自動(dòng)撤出一次調(diào)頻回路。機(jī)組在限壓模式或者FDPRIE無(wú)效(即主汽壓控制不起作用時(shí))，才能手動(dòng)投入一次調(diào)頻回路，隨著電網(wǎng)一次調(diào)頻不能有投切功能的要求，取消了該回路的作用。

(4)一次調(diào)頻投入時(shí)，為了避免壓力限值GWGDER過(guò)小導(dǎo)致負(fù)荷頻繁閉鎖，因此增加了切換回路，當(dāng)機(jī)組處于負(fù)荷控制且一次調(diào)頻正常投入時(shí)，壓力限值GWGDER由-0.8 MPa切換為-1 MPa，避免調(diào)頻時(shí)負(fù)荷閉鎖頻繁動(dòng)作。

(5)在限壓模式控制時(shí)，主蒸汽壓力延時(shí)設(shè)定FDSV和實(shí)際汽壓PFD產(chǎn)生的偏差會(huì)動(dòng)態(tài)修正有效延時(shí)負(fù)荷設(shè)定PSW。在實(shí)際應(yīng)用中，協(xié)調(diào)控制在汽機(jī)主控回路中都設(shè)置有主汽壓拉回邏輯，因此在DEH側(cè)取消了壓力修正回路，避免壓力偏差的重復(fù)修正。

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