國產(chǎn)300mw機(jī)組汽輪機(jī)控制系統(tǒng)deh改造的分析與評(píng)價(jià)

國產(chǎn)300mw機(jī)組汽輪機(jī)控制系統(tǒng)deh改造的分析與評(píng)價(jià)

能源能源南京電廠320mww輪廓是中國第一個(gè)從前蘇聯(lián)全面引入的大型發(fā)電設(shè)備。主設(shè)備的汽輪箱管理系統(tǒng)（deh）由前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)和供應(yīng)。由于是早期產(chǎn)品,人機(jī)界面不友好,軟件不透明,功能擴(kuò)展困難,其硬件模件種類繁多且為專用,無自診斷功能,某些關(guān)鍵備品備件已短缺等等,改造勢在必然。應(yīng)用目前先進(jìn)的DCS技術(shù),能夠保證汽機(jī)控制的安全性和經(jīng)濟(jì)性,而且能克服原系統(tǒng)的弱點(diǎn),使機(jī)組的控制和運(yùn)行水平達(dá)到目前國內(nèi)先進(jìn)水平。改造的范圍主要是原DEH的電調(diào)部分,保留原有的液壓系統(tǒng)、電-液接口驅(qū)動(dòng)部套等,原有的電調(diào)、液調(diào)并存的運(yùn)行方式不變,控制系統(tǒng)采用與DCS系統(tǒng)一致的日立HIACS-5000M系統(tǒng)。國電熱工研究院承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、組態(tài)、聯(lián)調(diào)及現(xiàn)場調(diào)試工作。改造后系統(tǒng)于2002年1月14日在現(xiàn)場正式投運(yùn)。1硬件結(jié)構(gòu)1.1專用測量和驅(qū)動(dòng)卡柜DEH系統(tǒng)包含3個(gè)機(jī)柜,其中1個(gè)是專用測量和驅(qū)動(dòng)卡柜(與HIACS-5000M系統(tǒng)第1排機(jī)柜電源變壓器共用),另2個(gè)是DEH模件和接口柜。(1)變送器電路專用測量和驅(qū)動(dòng)卡柜,安裝有:1)LVDT變送器,內(nèi)有20塊R-02系列變送器,包含3個(gè)機(jī)架,每個(gè)機(jī)架有1塊R-02電源卡;2)電液轉(zhuǎn)換器功放板,為南京電廠專門設(shè)計(jì)的模擬電子板,將DEH輸出的(4～20)mA閥門驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為(-250～750)mA的電液轉(zhuǎn)換器控制信號(hào),甲、乙兩側(cè)各1套。(2)2號(hào)門閥門控制及超速保護(hù)——OPC:安裝有電源模件、控制器模件、I/O模件和中間繼電器。(3)3號(hào)展廳自動(dòng)控制——AUT:安裝有電源模件、控制器模件、I/O模件和中間繼電器。1.2專用i/o模件DEH系統(tǒng)配置了2對(duì)控制器模件:OPC和AUT,它們是HIACS-5000M系統(tǒng)通訊光纖網(wǎng)上的2個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn),配置有HIACS-5000M通用I/O模件14塊和用于汽輪機(jī)控制的專用I/O模件9塊。1.3fddi光纖數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示,μΣ-Network-100是HIACS-5000M集散型控制系統(tǒng)的機(jī)組級(jí)通訊網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)采用FDDI光纖數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),具有高傳輸速率、高可靠性、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)。DEH的OPC和AUT2個(gè)控制器是100M光纖網(wǎng)上的2個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)。1.4緊急異常工況及deh系統(tǒng)故障時(shí)的后置操作在集控室的操作臺(tái)上安裝1塊輔助手操盤,以便進(jìn)行緊急異常工況或DEH系統(tǒng)故障時(shí)的后備操作。盤上有4個(gè)數(shù)字顯示表,8個(gè)顯示表量綱狀態(tài)燈,2個(gè)鑰匙開關(guān),9個(gè)帶燈按鈕(其中“強(qiáng)關(guān)調(diào)門”按鈕帶蓋)。1.5保護(hù)接口(1)環(huán)境保護(hù)的快速處理超速保護(hù)板驅(qū)動(dòng)繼電器,將超速保護(hù)跳閘信號(hào)送汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)和SOE。(2)正接口通道轉(zhuǎn)換保護(hù)回路配置切換繼電器,常閉接點(diǎn)通過正常控制電流至電液轉(zhuǎn)換器,常開接點(diǎn)連接1000mA保護(hù)回路。1000mA保護(hù)回路單獨(dú)配置了48V電源和串聯(lián)限流電阻,與電液轉(zhuǎn)換器控制線圈內(nèi)阻形成回路。(3)deh聯(lián)鎖邏輯除了在DEH系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),通過運(yùn)行員手動(dòng)和聯(lián)鎖邏輯進(jìn)行電/液調(diào)切換外,還設(shè)計(jì)了DEH系統(tǒng)24V或48V電源失去、OPC或AUT雙CPU全故障時(shí),通過繼電器回路切至液調(diào)的功能。2主要功能2.1電調(diào)切換保留原電調(diào)、液調(diào)并存的運(yùn)行方式,運(yùn)行員可通過CRT或輔操盤進(jìn)行切換。電調(diào)故障時(shí)可自動(dòng)切至液調(diào)方式,并有首出記憶供運(yùn)行員參考,待故障消除后可由運(yùn)行員手動(dòng)切回電調(diào)方式運(yùn)行。由液調(diào)切至電調(diào)方式時(shí)可自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前情況選擇合適的運(yùn)行工況。2.2基本控制功能在電調(diào)方式下設(shè)計(jì)有8種運(yùn)行工況:轉(zhuǎn)速工況、閥位工況、功率工況、保壓1(包含RB)工況、保壓2工況、切分工況、反切分工況和協(xié)調(diào)工況,以下簡單介紹各工況下的基本控制功能。(1)atc方式的充放電檢測控制汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、暖機(jī)和同期并網(wǎng)過程。分為運(yùn)行員自動(dòng)和自啟動(dòng)(ATC)2種方式。在運(yùn)行員自動(dòng)方式時(shí),運(yùn)行員可設(shè)置目標(biāo)轉(zhuǎn)速和升速率控制汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)和暖機(jī);ATC方式時(shí),根據(jù)汽機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)自動(dòng)設(shè)置目標(biāo)轉(zhuǎn)速和升速率控制汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)和暖機(jī)。具有自動(dòng)快速?zèng)_過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)和防止目標(biāo)轉(zhuǎn)速誤設(shè)在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)的功能。同期條件滿足后,DEH可接受電氣自動(dòng)同期或控制臺(tái)手動(dòng)同期信號(hào)實(shí)現(xiàn)同期并網(wǎng),并網(wǎng)后自動(dòng)進(jìn)入起始負(fù)荷工況并帶負(fù)荷至一定值(根據(jù)啟動(dòng)熱狀態(tài)決定)。(2)不符合工況的工況閥位控制為手動(dòng)開環(huán)控制,主要用于自動(dòng)控制條件不滿足的工況,也是一種后備操作手段。運(yùn)行員可通過手操盤“增加”、“減少”鍵,或通過CRT設(shè)置閥位目標(biāo)值、閥位變化率來直接控制調(diào)速汽門開度。(3)電力準(zhǔn)備設(shè)計(jì)有功率反饋閉環(huán)控制回路進(jìn)行功率調(diào)節(jié)。運(yùn)行員可通過CRT設(shè)置負(fù)荷目標(biāo)和負(fù)荷變化率來改變機(jī)組負(fù)荷。(4)主汽壓力穩(wěn)定控制設(shè)計(jì)有主汽壓反饋閉環(huán)控制回路進(jìn)行主汽壓控制,以維持機(jī)前壓力穩(wěn)定。運(yùn)行員可通過CRT設(shè)置主汽壓目標(biāo)值來改變主汽壓力。壓力定值也可由運(yùn)行員選擇,自動(dòng)設(shè)定(根據(jù)負(fù)荷-壓力曲線自動(dòng)改變定值)。(5)自動(dòng)進(jìn)入低壓降工況保壓2是一種特殊的壓力工況。在協(xié)調(diào)工況下,主汽壓降至一定值時(shí)自動(dòng)進(jìn)入該工況。運(yùn)行員可手動(dòng)調(diào)整主汽壓目標(biāo)值,當(dāng)主汽壓大于一定值后,運(yùn)行員可切換至“保壓1”工況。(6)協(xié)調(diào)施工流程協(xié)調(diào)工況是把鍋爐和汽輪機(jī)作為1個(gè)整體進(jìn)行控制,由機(jī)爐共同完成穩(wěn)定運(yùn)行和滿足電網(wǎng)負(fù)荷變動(dòng)的要求。(7)切割場景切分工況條件滿足后由運(yùn)行員手動(dòng)投入,系統(tǒng)按一定的升壓速率關(guān)閉調(diào)速汽門,當(dāng)壓力升至一定值后自動(dòng)轉(zhuǎn)為保壓1工況。(8)反切分工反切分工況條件滿足后由運(yùn)行員手動(dòng)投入,系統(tǒng)按一定的降壓速率開啟調(diào)速汽門,當(dāng)調(diào)速汽門開度大于一定值后自動(dòng)轉(zhuǎn)為閥位工況。(9)次調(diào)頻時(shí)汽機(jī)轉(zhuǎn)速與定額轉(zhuǎn)速偏差影響運(yùn)行員可選擇一次調(diào)頻的投入或切除。一次調(diào)頻投入時(shí),當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速偏差大于設(shè)置的死區(qū)時(shí)一次調(diào)頻動(dòng)作,頻率調(diào)整給定按不等率隨汽機(jī)轉(zhuǎn)速變化而變化。2.3強(qiáng)關(guān)風(fēng)速汽門保護(hù)為保證汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性,設(shè)計(jì)的DEH保護(hù)功能主要有:(1)103%超速保護(hù);(2)甩負(fù)荷預(yù)警保護(hù);(3)強(qiáng)關(guān)調(diào)速汽門保護(hù)(分為750mA和1000mA強(qiáng)關(guān)調(diào)速汽門);(4)調(diào)節(jié)級(jí)壓力>Max(閉鎖增負(fù)荷);(5)兩側(cè)調(diào)門開足(閉鎖增負(fù)荷);(6)DEH跳閘(110%超速保護(hù)、保護(hù)系統(tǒng)停機(jī)指令等)。2.4deh的測試功能設(shè)計(jì)有超速試驗(yàn)、離線閥門試驗(yàn)和在線閥門試驗(yàn)。2.5汽機(jī)自啟動(dòng)機(jī)根據(jù)機(jī)組啟動(dòng)熱狀態(tài)(冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)、極熱態(tài)),按照汽輪機(jī)制造廠推薦的并經(jīng)過現(xiàn)場修正的啟動(dòng)曲線,自動(dòng)設(shè)定升速率、暖機(jī)轉(zhuǎn)速和時(shí)間,可實(shí)現(xiàn)汽機(jī)從沖轉(zhuǎn)至3000r/min定速的自啟動(dòng)過程。在此自動(dòng)升速過程中,運(yùn)行人員可隨時(shí)退出,進(jìn)入汽機(jī)自動(dòng)控制方式。3完善的系統(tǒng)設(shè)計(jì)華能南京電廠1號(hào)機(jī)組DEH控制系統(tǒng)選用成熟可靠的硬件及軟件系統(tǒng),采用先進(jìn)完善的設(shè)計(jì)方法,自改造后投運(yùn)以來運(yùn)行情況良好,完全能夠滿足汽輪發(fā)電機(jī)組對(duì)控制系統(tǒng)安全、可靠、快速反應(yīng)的要求。它具有以下特點(diǎn):(1)體化控制方案設(shè)計(jì)DEH系統(tǒng)與DCS采用一體化控制,系統(tǒng)設(shè)計(jì)與DCS緊密聯(lián)系,如機(jī)爐協(xié)調(diào)控制、RB等功能均充分利用一體化控制思路,使這些功能更加完善和合理。DEH與DCS設(shè)計(jì)思路、監(jiān)控畫面、歷史記錄、趨勢等均完全一體,為電廠運(yùn)行及維護(hù)人員監(jiān)控、維護(hù)和故障分析等提供了方便。(2)許多場景的無干擾(3)軟件平衡用于計(jì)算開口命令和開口反饋(4)機(jī)爐連接控制和agc(5)rb線程試驗(yàn)和65%rb的控制質(zhì)量的改善4deh系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)華能南京電廠DEH改造達(dá)到設(shè)計(jì)要求,已穩(wěn)定運(yùn)行1年多,完全能夠滿足電廠對(duì)汽輪機(jī)安全、可靠、快速反應(yīng)的運(yùn)行要求。改造后的DEH控制系統(tǒng)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平,控制品質(zhì)及系統(tǒng)的可靠性、安全性明顯優(yōu)于原蘇聯(lián)DEH系統(tǒng)。本次改造的成功經(jīng)驗(yàn)為國內(nèi)同類型機(jī)組的改造奠定了良好的基礎(chǔ)。DEH系統(tǒng)的硬件部分與機(jī)組DCS采用一體化選型,DEH的控制器為DCS光環(huán)網(wǎng)的2個(gè)節(jié)點(diǎn),所以能與DCS實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)據(jù)共享,系統(tǒng)間通訊信號(hào)方便、可靠。DCS的任一操作員站均可對(duì)DEH系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控,冗余度高,大大提高系統(tǒng)的可靠性。另外,一體化選型也為電廠的日常管理和維護(hù)提供了極大的便利?？紤]到俄供機(jī)組的特殊性和電廠運(yùn)行、維護(hù)人員的習(xí)慣,在設(shè)計(jì)中保留了原DEH的轉(zhuǎn)速工況等8種工況。因工況眾多,切換、跟蹤比較復(fù)雜,故充分考慮了運(yùn)行及事故過程中可能出現(xiàn)的各種情況,為各工況均設(shè)計(jì)了嚴(yán)密的切換邏輯和控制、跟蹤回路,并在出廠前聯(lián)調(diào)和啟動(dòng)前聯(lián)調(diào)過程中做了大量的試驗(yàn),保證了各運(yùn)行工況的無擾切換,為機(jī)組一次啟動(dòng)成功和順利投入商業(yè)運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。利用OPC控制器的快速性(10ms),在OPC控制器中實(shí)現(xiàn)閥位指令與閥位反饋的軟平衡(圖2)。由于采用軟件平衡,所以能夠根據(jù)甲、乙側(cè)閥門控制特性的差異,靈活地設(shè)置不相同的非線性補(bǔ)償和增益,使閥門隨動(dòng)控制獲得最佳的快速性和穩(wěn)定性,從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。從試驗(yàn)及現(xiàn)場投運(yùn)情況看效果良好。設(shè)計(jì)為以汽機(jī)跟蹤為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),DEH協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)汽輪機(jī)前壓力,同時(shí)接收鍋爐MCS發(fā)出的CCS負(fù)荷設(shè)定指令