火电厂自动发电控制系统的优化设计

张 琦,杨 斌,孙永再

(山西漳泽电力股份有限公司河津发电分公司,山西河津 043300)

火电厂自动发电控制系统的优化设计

张 琦,杨 斌,孙永再

(山西漳泽电力股份有限公司河津发电分公司,山西河津 043300)

分析了山西漳泽电力股份有限公司河津发电分公司二期4号机组自动发电控制系统的运行现状,对该机组协调系统和相关的子系统进行控制技术改进和参数优化。针对机组煤质差及部分设备性能原因,设计了非协调方式下自动发电控制系统投运的新控制方式,该控制方式可在各种工况下长期稳定投入,为山西漳泽电力股份有限公司河津发电分公司 “竞价上网”提供了必要基础和有利条件。

自动发电控制;直接能量平衡;非协调方式;竞价上网

1 机组概况和背景介绍

山西漳泽电力股份有限公司河津发电分公司二期2×300 MW机组,锅炉采用哈尔滨锅炉厂的中间再热式、燃煤汽包炉。制粉系统采用3台直吹式双进双出钢球磨,每台磨带两层粉,共计6层粉的特殊布置。助燃油枪采用12支出力为1.8 t/h的油枪,分3层布置。给水系统采用3台50%的电动变速给水泵。

热工控制系统采用上海爱默生公司的Ovation-xp控制系统。分散控制系统控制内容包含有:数据采集系统DAS(Data Acquisition System),模拟量控制系统MCS(Modulation Control System),顺序控制系统SCS(Sequence Control System),电气控制系统ECS(Electrical Control System),锅炉安全监视系统FSSS(Furnace Safety Supervision System),汽轮机数字式电液调节系统DEH(Digital Electro-hydraulic Control System),典型一体化配置。

4号机组在2004年12月投产时通过了电网自动发电控制系统AGC[1](Automatic Generation Control)的调度测试,但由于制粉系统的特殊设计,加之机组煤质差及部分设备性能原因,导致AGC和机组协调控制系统时常退出自动。由于2009年初山西电网公司要求长期投入AGC系统,经过前期进行的协调系列改进和AGC系统的优化工作,由电厂人员完成分析报告和设计方案,负责实施完成各项技术改造,最终稳定投入AGC。

2 AGC控制功能的原始设计和优化后改进内容

2.1 原始设计基础及条件分析

DCS系统采用典型一体化的配置,使各系统之间的数据能通过环路共享,协调控制系统采用直接能量平衡[2]DEB(Direct Energy Balance),AGC控制方式建立在协调控制系统 (MCS)的基础之上。协调控制系统与网调的联络信号共有2个,其中模拟量信号1个,开关量信号1个,其他信号预留备用。

模拟量信号。网调负荷指令信号 (网调至DCS),实发功率信号 (远动变送器柜至网调);预留备用通道:负荷变化速率 (MW),最大允许负荷 (MW),最小允许负荷 (MW)。

开关量信号。AGC控制方式 (DCS至网调);预留备用通道:AGC方式允许信号 (网调至DCS),AGC方式请求信号 (DCS至网调),MCS控制方式 (DCS至网调),AGC状态信号(DCS至网调)。

AGC控制方式投入条件是:AGC负荷指令信号正常;协调控制系统投入方式 (设计修改);AGC负荷指令大于等于最小允许负荷,小于等于最大允许负荷。

2.2 AGC系统的自主改进

AGC系统是一个连续运行的实时系统,运行中不可避免地会遇到各种异常情况,如发电厂因设备消缺、运行方式改变不能按规定投入AGC功能、机组AGC功能因故紧急退出、机组因故不能按核定的AGC技术参数运行、机组跟踪远方控制命令的情况变坏等等,针对这些情况,设计了非协调方式AGC系统仍然可以安全投运。为竞价上网提供了高一级别的响应。

2.2.1 AGC方案设计

2.2.1.1 重新设计AGC系统

增加非协调方式下投入AGC系统。增加设计了汽机侧新运行方式TURB-AGC[2],相关控制逻辑的实现是原协调系统的基础上进行变更改进的,原有的协调系统控制功能不变,即把非协调方式下AGC控制作改进的协调控制系统对机组负荷进行自动控制的上一级的运行方式,增加了独立的机调功控制方式,在该特殊控制方式下,具备和原设计的机炉协调方式、炉跟随方式、机跟随方式无扰切换功能,具有改良的重要辅机跳闸保护功能,具备调度系统自动闭锁和自动切除保护功能。该方式为重新设计的自动控制方式,设计标准为具备不降低机组安全和自动化等级[3],可长期投入运行。

2.2.1.2 AGC保护逻辑设计

完善常规的中调负荷指令和实际负荷信号的超量程和误码的判断、处理[1]。出现上述情况时,自动退出 AGC方式,回到 “机组负荷调度请求方式”。增加了非协调方式下AGC投入允许条件。见图 1、图2。

图1 AGC投入允许条件

图2 AGC自动闭锁条件

2.2.1.3 修改AGC方式下的负荷调整限值

正常范围:由原来的0～330 MW改为150～310 MW,见图3。

2.2.1.4 修改送中调实发功率信号

MCS和AGC(由远动通道送出)使用的机组实发功率信号应使用同1台变送器,以保证信号的一致性。目前,实际情况是:发给中调的机组实发功率信号是由1台继电保护远动系统使用的变送器送出,而机组MCS所用的功率信号是DEH系统使用的3台变送器经过三取中 (平均)后的计算值。修改后,统一将DEH系统的功率信号作为AGC使用的功率信号,见图4。

图3 负荷指令量程

图4 实发功率量程

2.2.1.5 修改中调负荷闭锁条件

MCS控制回路中发生负荷禁升、禁降情况时,负荷限值自动保持在当前给定负荷水平上。

负荷禁升、禁降控制逻辑中除原设计的条件外,还根据机组当前实际运行情况,加入原煤发热量、给煤量和磨煤机的运行台数等限制参数,在AGC自动控制过程中,如果机组工况出现异常,满足不了负荷的调节要求时,则会发 “闭锁增”(或 “闭锁减”)的信号,此时中调的负荷指令信号经过运算后暂时保持,自动闭锁条件解除后,系统继续自动按允许速率对负荷进行调节。

2.2.2 报警功能完善

原AGC系统无相应的报警,为了便于运行人员监视,在AGC功能中设有报警判断逻辑,报警信号进入报警画面,并以颜色区分等级。增加的报警信号如下。

a)“AGC状态变更报警”,触发该信号的条件为机组运行方式由MCS方式或T URB-AGC方式变为AGC自动方式,且接受AGC初始指令时或AGC自动切为手动时。

b)“AGC负荷改变报警”,增设了AGC指令改变告警,其触发条件为在AGC自动方式,且未投入ACE系统时,当中调负荷指令大幅改变时,进行报警。

c)“AGC负荷速率报警”,当AGC指令值变化的速率超过±20 MW/s时,进行报警。

d)“AGC负荷限制报警”,当AGC负荷指令超过相应的自动闭锁值时,进行报警。

e)机组运行方式变更时,监视画面报警。完善原有的CCS-MODE,BF-MODE(Boiler Follow-mode),TF-MODE(TurbinFollow-mode)报警,增设T URB-AGC方式的报警,提醒运行人员注意和进行相关操作处理。

3 对协调系统MCS所包含的子系统进行的优化改进

为了保障AGC的长期稳定投入,必须对协调系统进行优化[2],以保证整个单元机组的安全经济运行。特别是机炉的子系统的控制质量将直接影响负荷和压力控制的质量,只有子系统好用,保证高指标控制质量的前提下,才能使最终的协调控制系统达到设计标准。

a)磨煤机一次风调节挡板调节效果的改良。磨煤机热风调整挡板执行机构为Limtorque型电动执行器,由于环境温度高和动作频繁,需要质量更好,精度更高的执行机构,改为Rotork型后,一次设备可靠性明显提高。另外,针对磨煤机调节挡板底座及连杆有松动和间隙的现象,进行了调节挡板底座加固和连杆的重新焊接固定,磨煤机一次风调节挡板的回差由10%减为3%,达到原设计要求,也为一次风自动控制的改进奠定了基础。

b)磨煤机一次风量自动控制参数优化。对一次风量调节PID进行修改,消除调节挡板反复上下调节摆动的情况;另外,针对风量测量装置容易堵灰的情况,相关技术改造正在进行中,短期内制定一次风量测量装置定期吹扫维保性作业,通过管理手段保障一次风调节回路的自动长期投入,稳定调节。

c)双磨运行条件下,磨煤机事故跳闸后实现自动快速投油稳燃,保障锅炉不灭火功能的实现。由于制粉系统的特殊设计,机组在2台磨运行条件下,如果1台磨煤机事故跳闸,该功能经过仅剩单磨双层粉运行,造成锅炉灭火。经过山西电力科学研究院专家的反复斟酌,参考运行人员的操作习惯,最终完成该控制逻辑的设计。经过停机期间多次静态模拟试验和试运行期间数次实际参数优化和效果检验,该功能最终达到设计标准。

d)负压调节系统的改进。进行了引风机自动控制站参数的修改;增加了引送风机站偏置自动控制回路,解决引送风机失速的问题。引风机静叶调节电动执行器由AUMA改型为SIPOS,在一次设备达到日常免维护的预期效果后,设计了根据2台引风机电流自动调整引风机挡板开度的偏置控制回路,有效地改善了电流偏差大的现象,对送风机站偏置自动控制系统也进行了同样改进。

e)协调控制的投入和控制品质的优化。在一次风量调节控制优化和负压调节回路优化的基础上,进行了汽机主控站参数的修改、风量控制站PID参数的修改和协调系统炉主控重要参数的优化处理。修订风煤量折算函数,重要单点信号品质判断和故障报警,完善控制逻辑切手动条件,合理设置偏差报警。经过协调连续投入5个月的观察,整体效果比修改前有明显改善。

f)脱硫系统增压风机入口负压调节系统的改进。由于原有脱硫系统的增压风机静叶动作情况不良,会影响锅炉入口负压调节系统,且严重滞后于负荷调节,因此对其进行了自动化改造,电动执行器由AUMA型改为SIPOS5型。并重新设计控制方案,实现了增压风机静叶自动控制脱硫系统入口负压,增加了引风机静叶前馈系统。经过改造后,高标准稳定投入脱硫系统入口风压自动控制,升降负荷时脱硫系统入口负压由原先的-500 Pa到+100 Pa波动提高至-200 Pa至-50 Pa,主机锅炉侧炉膛负压由原先的-200 Pa至+50 Pa提高至-120 Pa至-10 Pa范围,负压调节效果明显改善。

g)二次风配风调节的改进和燃烧器摆角控制优化。在燃烧调整试验后,完善了二次风调节挡板的自动控制逻辑,修订了炉膛和二次风差压自动调节PID参数,对二次风调节挡板和燃烧器摆角进行了集中整治。经过整改后,实现了锅炉末级过热器左右侧气温平衡,主汽温减温水调门由30%减少到 10%以内,汽机侧主汽门前温度提高了10℃,降低供电煤耗1.5 g/(kW◦h)。

h)5号高压调门振荡缺陷的处理。协调方式下负荷在270 MW时,5号高压调门经常发生振荡现象。更换了GV5 MOOG阀和修订滑压曲线,进行了5号高压调门顺阀特性曲线的修订;5号高压调门在快开区域的阀位指令自保持逻辑的修改,进行此两项工作后,彻底消除了5号高压调门振荡异常的发生。

图5 GV5阀门特性曲线改进前后对比图

通过一次测量装置和执行机构等设备的改造,协调系统和其子系统的改进及调节参数的整定,大大提高了一次设备的安全可靠性,优化了各调节回路的调节品质,最终确保机组长期投入AGC系统。

4 结论

经过近两年的设备整治、改造,山西漳泽电力股份公司河津发电分公司主辅机设备性能指标已满足协调控制系统要求,完全达到同类型机组核定的AGC系统调节品质。在应对机组因设备消缺、运行方式改变等特殊工况时,其他同类机组不能按规定投入协调和AGC功能的情况下,山西漳泽电力股份公司河津发电分公司4号机组仍然可以安全投入非协调方式下AGC系统,为竞价上网提供了高等级的响应,希望能对同类型机组有所借鉴。

[1] 于希宁.火电厂自动控制理论基础[M].北京:中国电力出版社,2000:60-97.

[2] 电机工程学会,热工自动化技术 [M].北京:中国电力出版社,2006:9-40.

[3] 朱北恒.火电厂热工自动化系统试验[M].北京:中国电力出版社,2003:273-280.

The Optimized Design Application of Automatic Generation Control(AGC)System in Coal-Fired Power Plant

ZHANG Qi,YANGBin,SUN Yong-zai
(Shanxi Zhangze Power Stock Co.Hejin Power Plant,Hejin,Shanxi 043300,China)

The running status of the Automatic Generation Control system(AGC)is analyzed of unit 4 in Hejin Branch Company of Zhangze Power Company Co.,Ltd.The control technology is improved and parameter is optimized for unit coordinated system and subsystem.The non-coordinated mode automatic generation control system is newly designed based on the poor coal and equipment performance feature.This system shall be put into operation in any working conditions stably so as to lay a necessary basis and provide favorable conditions for‘competitive bid for regional power plant to the grid'of.Hejin Branch Company of Zhangze Power Company Co.,Ltd.

Automatic Generation Control(AGC);Direct Energy Balance(DEB);non-coordinated mode;competitive bid for regional power plant to the grid

TK323

A

1671-0320(2010)01-0061-04

2009-08-26,

2009-12-12

张 琦 (1977-),男,山西永济人,1999年毕业于华北电力大学自动控制专业,工程师,从事热控专业技术管理工作;

杨 斌 (1978-),男,山西河津人,2001年毕业于中南大学自动化专业,工程师,从事热控专业检修管理工作;

孙永再 (1975-),男,山西永济人,1996年毕业于太原电力高等专科学校热能动力专业,工程师,从事热控专业技术管理工作。