燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組真空-軸封系統(tǒng)一鍵啟停智能程序控制

廣東粵電新會發(fā)電有限公司 莫真榮

1 控制波形圖

圖1是一幅熱工控制系統(tǒng)波形圖，被控對象是453MW 燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的真空-軸封系統(tǒng)，真正地實現(xiàn)了“熱工系統(tǒng)級智能程序一鍵啟?！笨刂啤３绦蚩刂萍劝碎_關(guān)量的順序控制（SCS），也有模擬量自動調(diào)節(jié)（MCS），還有開關(guān)量自動聯(lián)鎖（Interlock）以及更為復(fù)雜的超馳（Override）控制?？梢娬婵铡S封系統(tǒng)是個多參量的復(fù)變熱工控制系統(tǒng)。

圖1 真空&軸封系統(tǒng)一鍵啟停波形圖

453MW 燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組真空—軸封系統(tǒng)管控的開關(guān)量設(shè)備合計15臺套，模擬量調(diào)節(jié)回路2套，分屬SCS、MCS 和Interlock 三種控制方式，以順序控制為基本程序構(gòu)架，運用智能控制邏輯模塊作為控制基礎(chǔ)，開關(guān)量控制和模擬量調(diào)節(jié)信號交叉引用，交互自舉控制驅(qū)動而形成熱工系統(tǒng)級的“一鍵啟?！薄?/p>

2 控制策略

限于篇幅，本文僅以真空-軸封系統(tǒng)的啟動為例進行說明。真空-軸封系統(tǒng)啟動要根據(jù)機組當(dāng)前的熱力狀態(tài)決定啟動策略和步序。汽機熱力狀態(tài)規(guī)定，以汽輪機內(nèi)缸內(nèi)壁下半周金屬壁溫為基準(zhǔn)。冷態(tài)：＜150℃；溫態(tài)：≥150℃，＜400℃；熱態(tài)：≥400℃。以汽輪機冷態(tài)啟動為例，設(shè)計有5個步序。

步序1：發(fā)出指令打開，真空破壞閥、汽封母管至低壓缸電動關(guān)斷門、汽封母管至疏水?dāng)U容器氣動閥、高壓缸汽封疏水氣動閥、汽封母管至冷凝器調(diào)節(jié)閥開度100%。

同時關(guān)閉輔助蒸汽來汽封蒸汽關(guān)斷門、輔汽來汽封蒸汽旁路電動門、冷再熱蒸汽來汽封蒸汽旁路門、冷再熱蒸汽來汽封蒸汽關(guān)斷門、冷啟動汽源/輔汽來主路調(diào)門開度0%。

由步序1可見，DCS 控制與人工控制有很大不同，真空—軸封順序控制的第一條指令就同時開、關(guān)了10個閥門（8個開關(guān)量閥門和2個模擬量調(diào)節(jié)門）。計算機分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）——DCS 對生產(chǎn)過程監(jiān)控信號能進行“并行”處理。而人工只能逐臺依次“串行”手動操作，一次操作開關(guān)一個閥門。利用計算機輔助運行操作，能夠節(jié)省大量時間，也就意味著提高了機組運行的經(jīng)濟性。

步序2：待步序1指令執(zhí)行到位后，且輔助蒸汽溫度≥250℃，發(fā)出指令，全開輔助蒸汽來汽封蒸汽關(guān)斷門。

步序3：輔助蒸汽來汽封蒸汽關(guān)斷門全開5秒后，開始暖管。打開冷啟動汽源/輔汽來主路調(diào)門，置起始閥位在30%，暖管階段汽封蒸汽母管壓力調(diào)節(jié)回路給定（SV）值自動設(shè)定在5kPa。汽封母管至冷凝器調(diào)節(jié)閥已打開至100%，汽封母管至疏水?dāng)U容器氣動閥已全開，汽封母管溫度和汽機軸封系統(tǒng)開始升溫，暖管過程中，汽封蒸汽母管壓力調(diào)節(jié)回路維持汽封母管壓力不超過5kPa。待汽封母管溫度≥250℃、汽機低壓汽封溫度＞90℃，暖管完成。

步序4：全關(guān)汽封母管至疏水?dāng)U容器氣動閥，用時5分鐘。汽封蒸汽母管壓力調(diào)節(jié)回路SV 值由5kPa按設(shè)定斜率自動過渡到40kPa，冷啟動汽源/輔汽來主路調(diào)門根據(jù)調(diào)節(jié)器SV 值開大或關(guān)小調(diào)節(jié)均壓箱壓力。汽封蒸汽母管壓力調(diào)節(jié)回路SV 值如果已設(shè)定在40kPa，調(diào)節(jié)過程中若冷啟動汽源/輔汽來主路調(diào)門開度至60%，汽封蒸汽母管壓力尚未超過38kPa，輔汽來汽封蒸汽旁路電動門將參與汽封蒸汽母管壓力調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式為點動、兩位式，點動方式為開0.5秒，停20秒。冷啟動汽源/輔汽來主路調(diào)門開度至30%，汽封蒸汽母管壓力已超過42kPa，輔汽來汽封蒸汽旁路電動門將關(guān)小，點動關(guān)0.5秒，停20秒。

步序3和步序4，是能否實現(xiàn)真空-軸封程序控制系統(tǒng) “一鍵啟?！钡年P(guān)鍵步驟。所謂的“一鍵啟?！睂渭兊拈_關(guān)量控制而言，許多年前就已經(jīng)實現(xiàn)，電廠中不乏應(yīng)用實例，比如化水程控、鍋爐吹灰程控、輸煤程控等。但對于汽輪機真空—軸封系統(tǒng)，就像我們前面分析的，是“多參量復(fù)變熱工控制”，設(shè)計技術(shù)路線方面要為開關(guān)量、模擬量的設(shè)備啟停和參數(shù)調(diào)節(jié)開發(fā)出新的控制算法，這里系統(tǒng)級應(yīng)用的是一種“交叉引用、協(xié)同調(diào)控”技術(shù)，設(shè)備級的基礎(chǔ)則是自主自動的智能化邏輯。開關(guān)量控制和模擬量調(diào)節(jié)遵循兩種完全不同的控制原理和操作方法。步序1和步序2控制的閥門有8個閥門是開關(guān)量信號，操作方式或者開或者關(guān)，兩位式控制。步序3和步序4，包含有模擬量調(diào)節(jié)，采用閉環(huán)負反饋PID定值（SV）調(diào)節(jié)回路，PID 調(diào)節(jié)在電廠中應(yīng)用已經(jīng)超過70年了，專門用于不可建模的控制對象，是一種連續(xù)、動態(tài)控制。

要實現(xiàn)系統(tǒng)級的交叉引用、協(xié)同調(diào)控，設(shè)備級就要具備智能化的邏輯功能。為此，模擬量調(diào)節(jié)回路研發(fā)設(shè)計了“三態(tài)式”智能調(diào)節(jié)，其功能為“三態(tài)式”自主切換，SV 值隨動變化，PID 調(diào)節(jié)器入口自動糾偏，出口超馳控制。圖2就是專為熱工系統(tǒng)“一鍵啟?！背绦蚩刂圃O(shè)計的智能三態(tài)式模擬量調(diào)節(jié)回路。三態(tài)式M/A 切換有“自動（AUTOMATIC）、伺服（STAND-BY）、手動（MANUAL）”三種工作方式，可在設(shè)備靜止?fàn)顟B(tài)人工切換調(diào)節(jié)回路至“自動”，DCS 邏輯自動判定被調(diào)系統(tǒng)設(shè)備啟停，如果工藝系統(tǒng)已經(jīng)運行則轉(zhuǎn)入“自動調(diào)節(jié)”，條件不滿足，自檢熱工裝置工作正常，則在“自動伺服”方式等待工藝系統(tǒng)的啟動。其突出的優(yōu)點是熱工系統(tǒng)順控在步序進行過程中，無須人工參與投切模擬量回路而為實現(xiàn)熱工系統(tǒng)的“一鍵啟?！碧峁┝吮匾獥l件。

圖2 三態(tài)式智能調(diào)節(jié)回路原理圖

三態(tài)式智能切換邏輯從手動到自動的過程經(jīng)過一次人工硬手操，兩次軟自舉，由回路邏輯判定完成。能將處于伺服（Stand-By）工作狀態(tài)的MCS，平滑地導(dǎo)向AUTO 方式。順序控制和模擬量調(diào)節(jié)就結(jié)成了“協(xié)同調(diào)控”自主自動的關(guān)聯(lián)體。

具體到“汽封蒸汽母管壓力調(diào)節(jié)回路”，工藝系統(tǒng)設(shè)備沒有啟動或系統(tǒng)過程參數(shù)不符合調(diào)節(jié)要求之前，調(diào)節(jié)回路自主判定，自動設(shè)置工作方式在自動伺服狀態(tài)，系統(tǒng)工藝條件一旦滿足立刻轉(zhuǎn)投自動調(diào)節(jié)，SV 值根據(jù)系統(tǒng)工況“隨動定值”，例如“5kPa按設(shè)定斜率自動過渡到40kPa”。調(diào)節(jié)回路也會根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備啟停進程超馳控制執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)被控對象，例如直接將“汽封母管至冷凝器調(diào)節(jié)閥打開至100%”。三態(tài)式切換、定值隨動、自動糾偏和超馳控制共同成就了模擬量調(diào)節(jié)回路的智能化。在一個程序控制系統(tǒng)內(nèi)，模擬量調(diào)節(jié)回路和開關(guān)量順序控制相互引用對方的工作狀態(tài)自主確定工作進程，形成了所謂的“交叉引用、協(xié)同調(diào)控”的機制。

步序5：汽封蒸汽母管溫度≥250℃、汽輪機低壓汽封溫度＞90℃，汽封蒸汽母管壓力≥10kPa。條件滿足，啟動軸封風(fēng)機。

步序6：任一臺軸封風(fēng)機啟動正常，軸封加熱器負壓＜-3kPa（表示軸封風(fēng)機啟動且已正常工作），啟動真空泵單元順控 。

步序7：任一臺真空泵啟動正常，凝汽器真空＞-85kPa，延時30秒，自動啟動第二臺真空泵，當(dāng)凝汽器真空＜-2.5kPa，關(guān)閉真空破壞閥。

步序8：真空破壞閥關(guān)閉，真空＜-92kPa，自動停第二臺投入的真空泵。真空—軸封系統(tǒng)啟動完成。

步序5至8步，看似開關(guān)量控制，其實模擬量調(diào)節(jié)已經(jīng)投入自動，是與這幾步序的開關(guān)量控制“協(xié)同調(diào)控”的。雖說步序5至8步是開關(guān)量控制，但也并非是單線條的控制路徑，軸封風(fēng)機和真空泵皆為100%容量冗余配置，為的是系統(tǒng)運行安全，正常運行方式為一用一備，兩臺設(shè)備由“自動聯(lián)鎖”互聯(lián)，常規(guī)的自動聯(lián)鎖方式從上個世紀五十年代開始應(yīng)用，至今投切操作沒有本質(zhì)的改變，并不支持熱工系統(tǒng)順控的一鍵啟停，這是因為聯(lián)鎖的投切都是手動的。本次研制設(shè)計的“缺省自動智能聯(lián)鎖”掃除了熱工系統(tǒng)一鍵啟停長期面臨的障礙。是一款智能化的邏輯構(gòu)件，它的智能化體現(xiàn)在選擇器只要投入自動，就再也不需要人工干預(yù)而能夠完成自動聯(lián)鎖的全部功能。

圖3 智能聯(lián)鎖原理框圖

自動選擇器置于并列設(shè)備操作開關(guān)之上，按1拖N 的星型結(jié)構(gòu)連接，例如兩臺軸封風(fēng)機和兩臺真空泵的自動聯(lián)鎖就是按一拖二的方式連接的。能夠在順序控制自動進程中實現(xiàn)聯(lián)鎖自動投、切，確保順控進程的連續(xù)順暢。自動選擇器除了用于單元級冗余設(shè)備聯(lián)鎖控制，也參與了設(shè)備的出力調(diào)控。例如步序7和步序8對第二臺真空泵的啟、停控制。

3 結(jié)語

要想實現(xiàn)機組復(fù)變參數(shù)熱工系統(tǒng)的一鍵啟停，在“交叉引用、協(xié)同調(diào)控”設(shè)計理念的導(dǎo)引下，用于機組復(fù)變參數(shù)系統(tǒng)程序控制的智能邏輯已經(jīng)具備判斷進程、決定進退的能力。成功實現(xiàn)“一鍵啟?！钡钠麢C真空-軸封系統(tǒng)無論在啟停的安全、快速性、重復(fù)穩(wěn)定性、經(jīng)濟性等方面明顯高于人工操作。“三態(tài)式”模擬量調(diào)節(jié)、開關(guān)量智能聯(lián)鎖、超馳控制等構(gòu)建的熱工系統(tǒng)一鍵啟停程序控制，將有效地提升機組安全、經(jīng)濟運行水平。