330 MW机组DEH控制系统的改造

朱宝宇,杨敏,黄焕袍,王中胜

(北京国电智深控制技术有限公司,北京市,102200)

0 引言

国电丰城电厂3号、4号机组(2×330MW)分别于 1998年和 2000年投产,至今已投运了 10～12年。机组原数字电液(digital electro-hydraulic,DEH)控制系统由上海汽轮机厂成套采用美国西屋公司电调系统。因当时的技术发展水平等原因,原系统的各项软硬件功能存在很多的局限,已很难满足目前对生产过程的控制和管理方面的要求。利用 3号、4号机组大修的机会,采用北京国电智深控制技术有限公司的EDPF-NT+分散控制系统对DEH控制系统进行了改造。改造完成后,系统 DEH控制系统控制功能正确、可靠,满足了机组安全、稳定运行的要求。

1 机组启动方式

丰城电厂的汽轮机为 N300-16.7/538/538型亚临界单轴、双缸、双排、反动式中间再热凝汽式汽轮机。由于不是供热机组,机组不含连通管调节阀和热网抽汽调节阀,启动时采用高中压缸联合启动(冷态启动)。

高中压缸联合启动方式是在机组启动冲转过程中,高压缸和中压缸同时进汽,这种方式可使高中压合缸的机组分缸处加热均匀,减少热应力,并能缩短启动时间;缺点是汽缸转子膨胀情况较复杂,差胀较难控制[1-10]。

2 伺服卡和测速卡的选型

伺服(valve position control,VC)卡是根据伺服阀的控制信号和位置反馈(linear variable differential transformer,LVDT)的类型进行选型的。丰城电厂EH(electro-hyd raulic)油系统为抗燃油,因此采用穆格(MOOG)阀(工作原理如图1所示),对应使用直流-10～10 V的VC卡;根据LVDT信号和安装个数,使用六线制单路输入VC卡。

图1 高压主汽阀和调节汽阀的工作原理图Fig.1 Operating princip le of high-pressuremain steam valve and governor valve

SD(secure digital)卡采用单通道。虽然SD卡中设计有转速超限判断逻辑,但是丰城电厂此次改造并没有向SD卡接入三路油开关状态测量信号数字输入(digital input,DI),即DEH控制逻辑中用的油开关信号是用普通DI卡采集的。因此,超速保护控制(over-speed protection control,OPC)动作和自动停机危急遮断(automatic system trip,AST)动作信号也是通过普通数字输出(digitaloutput,DO)卡送给外部继电器回路的。

由于没有利用SD卡直接判断超速,驱动继电器进行保护动作,因此,降低了保护动作的快速性。但超速保护改由分布式处理单元(distributed p rocessing unit,DPU)实现,可以避免SD卡故障引起的误动作,提高了分散控制系统(distribution control system, DCS)可靠性。而且,这次改造把控制器的处理周期提高为100ms,一定程度上提高了控制器的处理速度。另一方面,出于忠于原设计的思想,这样做可以和改造前保持一致。

3 DEH投入步骤

3.1 挂闸

将控制模式选为自动控制,在画面点击挂闸按钮,确认再热主汽阀门1(reheat stop valve 1,RSV 1)和RSV 2(reheat stop valve 2)已全开后,阀位限制值由 0升至 100。6个高调门和 2个中调门由 0升至100,高主门关闭,由高主门控制汽机转速。

3.2 自动升速

(1)摩擦检查。设定目标转速为600 r/min,速率为50 r/min,待汽机转速升至600 r/m in后保持约10min,打闸汽机,到现场听声音大小判断汽机的摩擦是否合格。

(2)暖机。重新挂闸开始升速。此时转速继续由节流阀(throttle valve,TV)控制,TV逐渐开启,汽机升速至2 040 r/m in,保持3～4 h暖机,直至应力曲线在合理的区间范围内波动。

(3)阀切换。汽机转速2 950 r/min时,开始进行TV-GV(governing valve)切换。此时GV渐渐关闭,当GV关到一定开度开始节流时,转速开始下降,当转速下降30 r/min后,TV全开,转速由GV控制, IV(interceptor valve)保持全开不变。

(4)并网。定速3 000 r/min,由操作员按下“同期投入”按钮,此时DEH接受自同期装置的脉冲信号调速,直至并网(没有手动同期)。同期投入后,目标转速由同期装置给定。当发电机并网后,汽机将自动带上3%～5%的初负荷(由主蒸汽压力决定),画面上的数值显示由转速变为功率。在从600 r/m in升速到2 900 r/min期间要经过汽轮机的5个转速共振区,在共振区时,升速率将自动升至500 r/min,并且不能保持转速。

3.3 超速试验

进行超速试验时,将DEH的目标转速设置高于超速保护的定值,慢慢提升汽轮机转速,到达被试验的一路超速保护的动作转速时,此路超速保护动作,遮断汽轮机。

(1)调门严密性试验。汽轮机启机后并网之前,应进行调门的严密性试验。OPC的动作条件为:汽机转速大于103%额定转速;发电机并网开关解列;投入OPC试验按钮。

(2)电超速试验。在DEH操作画面上选择“电超速试验”,此时 OPC功能将被屏蔽,当转速到达3 300 r/m in时,DEH发出打闸指令遮断汽轮机。

(3)机械超速试验。在DEH操作画上选择“机械超速试验”,DEH将目标转速设置为3 390 r/min,此时电超速和OPC功能被屏蔽,转速缓慢上升到飞锤动作转速,遮断汽机。飞锤动作转速在 110% ～112%之间满足要求。

3.4 单顺阀切换

在进行切换之前,确认汽轮机控制方式在功率闭环控制方式下。点击切换按钮,6个高调门阀按照预先设定的次序逐个开启和关闭,丰城电厂 6个高调阀的动作顺序:GV1,GV 2同时动作→GV 4→GV5→GV6→GV 3。

3.5 阀门在线活动试验

为确保阀门活动灵活,需定期对阀门进行活动试验,以防止卡涩。为减小试验过程中负荷的变动,建议投入负荷闭环控制。丰城电厂活动性试验时,为了减小负荷波动的影响,试验时阀门主汽门关到90%即可。

3.6 一次调频

汽轮发电机组在并网运行时,为保证电网的稳定,从而保证供电品质,会自动投入一次调频功能。当机组转速在一次调频死区范围内时,频率调整给定为 0,一次调频不动作。当转速在一次调频死区范围以外时,一次调频动作,频率调整给定按不等率随转速变化而变化。

3.7 DEH遥控

DEH遥控是指将对调门的控制交给协调控制系统(coordinated control system,CCS),调门直接接收CCS给出的综合阀位指令,在CCS里可以根据机组运行需要,实现机前压力自动,机炉协调等运行方式。

4 问题分析

在冲转时出现高压主汽门指令增加,但预启阀卡塞,高压主汽门反馈不跟随的现象。解决方法为冲转压力由4.2MPa提高到4.6 MPa。

转速升至2 040 r/m in时,画面上显示GV的开度为1%,但现场门的实际开度已达到 3%以上。这是由于在试运过程中,高调门安装接线不牢固,又由于温度高、振动大等原因,造成阀门LVDT信号接触不良,使得反馈信号不准。这包括 2方面问题:(1)阀位引线与端子排是否固定。(2)拉杆与操纵座连接固定螺栓松动会造成反馈有误,产生阀门虚位。

现场对LVDT的线性度进行调整后,很大程度上改善了上述问题。表 1是 4号机组调整后的阀门开度和阀门行程对应表。从表中可以看出有的阀门呈现两边大,中间小的扇形特性。但是由于阀门的物理位置大于 42%后,流量特性基本上保持不变。所以可以适当牺牲大位置的线性,保证小位置的线性度。

表1 阀门开度和阀门行程对应表Tab.1 Valve strokes under various valve openings cm

5 逻辑分析

表2 流量特性曲线函数Tab.2 Functions of flow characteristics curve

(1)在阀门开度控制的逻辑中,3号、4号机组的流量特性曲线函数如表 2。可以看到由于 4号机当时的工况参数和 3号机不同,指令为 0.1时,阀门会在6%附近波动,所以把 0.1时的开度改为 3,这样就避开了阀门的波动区间。

(2)由于并网时初始负荷往下跌,在主蒸汽压力折算初始负荷的逻辑中,脉冲时间由 0.1 s改为0.15 s(1.5个扫描周期),这样不会根据下降后的主汽压力计算初始负荷,锁住了负荷初始值。

(3)由于汽机跳闸后再挂闸时,转速设定值会跟踪实际值,若此时实际值在临界转速区之内,需要运行人员手动设定到临界区之外。现改为跟踪临界区上限之外的靠近值,这样,避免了运行人员的手动干预,提高了自动化水平。

6 结语

改造后的机组发电负荷由 300 MW提高到340MW,运行情况表明,机组原来存在的问题得到了很好的改善和解决,此次通流改造是十分必要和可行的。

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