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    機電一體化論文-----300MW機組汽輪機電液調節系統的控制與調試

    時間:2019-10-13 13:54:08 編輯:凈溪知網查重

    【摘要】:為保證電力系統的安全運行,國內的大型機組均使用電液調節系統進行控制,實現轉速控制、同步并網、負荷控制等功能。本文以電廠300MW機組使用的上海汽輪機有限責任公司生產的汽輪機為例,介紹其系統機構、調試要點和實現功能。

    【關鍵詞】:300MW機組;電液調節系統;控制;調試

    近年來,300MW機組在我國得到了廣泛的應用。為保證電力系統的安全運行,國內的大型機組均使用電液調節系統進行控制,實現轉速控制、同步并網、負荷控制等能。改變了系統的適應性和靈活性,提高了控制能力和控制效果,大大提高了發電機組的自動化水平[1]。本文以電廠300MW機組使用的上海汽輪機有限責任公司生產的汽輪機為例,介紹其系統機構、調試要點和實現功能。

    1、系統簡介

    該電廠的機組熱控系統采用上海新華控制工程有限公司提供的Symphony系統,是一套集計算機、自動控制技術、數據庫和網絡為一體的產品,具有獨立的分散控制系統、監控技術及數據采集系統、控制系統,能夠滿足各個生產領域對信息管理和過程控制的需求。系統采用合理的軟、硬件功能配置和模塊化設計,具有易于擴展的能力,將離線和在線調試集中于一體,便于調試及修改,設備的各個控制相對對立。由高速數據網、DPU以及連接在網上的人機接口站組成,采用開放式的系統結構,設計了冗余TCP/IP網絡結點在不同類型的站。

    其中,汽輪機系統的功能模件組成了一個過程控制單元,,包括汽機基本控制、超速保護和汽機自啟停3個功能,并分別由3個冗余的功能控制器和相應的功能子模件完成。其硬件配置圖如下:

    圖一 汽輪機硬件配置

    機組的汽輪機電液調節系統操作員站是基于WindowsNT(2000)環境下的人機系統,具有界面友好、操作方便的特點。共設置了包括總貌、趨勢、棒圖、操作面板、報警信息等11幅畫面,為運行人員提供了方便的操作手段,通過監控畫面實施檢測汽輪機的運行。

    2、控制功能

    汽輪機電液調節系統的控制功能由3對冗余的BRCl00控制器實現,主要控制汽輪機的轉速和功率,通過GV、TV、RSV和 IV實現,同時還具備防止汽機超速的保護邏輯。主要功能包括超速保護、基本控制和自啟停,3部分之間既相互獨立,又通過對總線的控制交換控制信息。

    2.1 超速保護

    這部分的作用主要是超保護邏輯、DEH跳閘邏輯及超速試驗選擇邏輯、提供有開關狀態及汽機自動停機掛閘狀態三選二、轉速三選二,控制著OPC電磁閥,,并匯總DEH跳閘信號通過接線將其送到ETS[2]。能夠有效防止汽輪機的轉速飛快上升,維持轉速在3000r/min。超速實驗必須在大于2950 r/min的定速3000 r/min、油開關未合閘的情況下進行。

    2.2 基本控制部分

    基本控制部分是汽輪機電液調節系統的核心,它提供與轉速及復合相關的控制邏輯、調節回路,通過一對冗余的BRC100實現所有伺服閥接口和閉環控制的PID調節器。此外,還包括自動控制的其他功能,如限制設定、閥門管理、閥門設定、閥門試驗、閥門切換、設定值/變化率發生器等。

    2.2.1 轉速控制

    該電廠使用的汽輪機包括高壓缸啟動和高中壓缸啟動兩種啟動方式。由TV控制沖轉高壓缸啟動,當汽機掛閘后,閥門未處于校驗狀態,運行人員可以發出用戶RUN命令,這時TV保持關閉,GV、IV全開。這個命令相當于開機指令,它的發出意味著沖轉開始,汽機運行期間始終保持RUN命令,當汽機重新跳閘才能將其清除掉。

    根據DEH的畫面,運行人員可以設定升速率和目標轉速,當轉速給定等于目標值時,程序會自動進入HOLD狀態,等待運行人員重新發出新的目標值。在汽輪機升速的過程中,除了臨界區外,運行人員可以隨時發出HOLD命令,這個時候,轉速給定與實際轉速相等,汽機會停止繼續升速,持當前轉速[3]。為保證汽機安全通過臨界區,轉速在920~2000 r/min、2120~2820 r/min時,進入臨界區,自動設置升速率為500 r/min。工程師站可在線修改轉速的臨界區范圍。

    2.2.2 負荷控制

    包括開環和閉環兩種負荷控制的方式。開環方式需要運行人員隨時注意實際負荷的變化,當前前蒸汽參數和V閥門流量曲線決定了目標負荷和實際負荷的近似程度;閉環是指控制過程中引入發電機調節級壓力反饋或有功功率反饋,這時的汽機GV受調解級壓力PID或負荷PID的控制調節。剛投入發電功率閉環,為保證功率閉環投時無其他顧慮,應采用負荷給定和目標負荷跟蹤當前實際負荷,可根據需要設定升負荷率和符合目標值。待鍋爐自 動燃燒后,汽輪機電液調節系統可轉入鍋爐自動方式。

    負荷控制的主要功能包括主蒸汽壓力限制或保護、負荷限制、閥位限制、頻率校正、單閥/順序閥切換、閥門試驗和閥門校驗等功能。主蒸汽的壓力限制功能指當機前壓力降低至保護限值以下時,GV將以0.1%/s的速率關閉,直到機前壓力恢復到限值之上0.07MPa;氣壓保護功能主要用于在單元制機組的鍋爐異常運行時,用以恢復穩定燃燒,有助于防止鍋爐發生滅火事故[4]。負荷限制包括高負荷限制和低負荷限制兩種;閥位的限制功能允許機組運行人員設定平均閥位的最大值,當平均閥位的最大值超過這個限制會報警。

    2.2.3 自動帶初負荷

    當時主蒸汽的壓力決定了初負荷的實際大小,因此應引入主蒸汽壓力進行修正,主蒸汽壓力低時閥門開度較大,高時閥門開度小,可由工程師站在線修改。

    2.3 自啟停功能

    這部分以轉子的應力計算為基礎,具有監視和控制兩種功能,由一對冗余的BRC100完成。控制并監視汽輪機運行的全過程,包括盤車、升速、帶負荷、并網等。升速過程中,汽輪機自啟停根據轉子的應力結算結果確定機組的狀態,并給出推薦的升速率和目標轉速;監視方式局限于報警或相關提示。轉子應力關系著汽輪機的使用壽命,300MW汽輪機的推薦使用壽命統稱為10000次循環曲線。汽輪機電液調節系統設計了HEAVY、MEDIUM和NORMAL循環對應的許用應力,分別為3000次、5000次、10000次,使其具有不同的轉速和負荷變化率。根據計算結果和選擇的許用應力,系統ATC程序還可計算出月轉子壽命消耗值、年轉子壽命消耗值及轉子壽命總消耗值。

    3、小結

    該電廠的300MW機組汽輪機數字電液調節系統自投入運行以來,控制邏輯設計滿足了工藝流程的要求,硬件動作可靠,具有良好的組態性能和正常的系統通訊功能,滿足了300MW機組汽輪機的控制要求。


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