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????? 汽輪機電液控制系統的功能及特點分析
????? 概況華能福州電廠二期兩臺350MW 汽輪機組及DEH 控制系統由西門子成套
提供,于1999年9 月兩臺機組相繼投入商業運行。該汽輪機組控制系統性能優良,
特別是汽機沖轉時轉速控制相當穩定。
????? 2 控制系統
????? 2.1 系統組成汽機DEH 控制系統配置了兩套SIMADYN 控制器,互為冗余備
用。每套控制器安裝在一個24個插槽的機架上,由一個帶風冷的24VDC 電源模件
供電,機架底板帶內部通訊總線和網絡通訊總線。每套控制器包括兩個32位的PM4
處理器模件,用于開閉環控制和運算任務,并采用專用的IT41及IT42模件協助處
理器進行轉速和閥位控制,運算速度快,用戶還可以根據任務的緊急等級對控制
邏輯進行運算周期設定,一般設定基本運算周期6ms ;此外還包括1 塊EA12模擬
量輸出模件、1 塊EM11開關量I/O 模件、1 塊CSH11 通訊模件與TXP 通訊,控制
系統本身設有獨立于DCS 的工程師站,通過串口電纜、安裝在機架上的CS7 模件
與處理器直接通訊,用于系統軟硬件組態、參數修改等功能,該控制系統組態、
調試方便。圖1 SIMADYN 與TXP 示意圖圖2 汽機啟動裝置
????? 2.2 冗余功能正常運行時主機運算的數據作為輸出,從機通過主從通訊模
件CS12、CS22與主機進行數據比較,并不斷更新使與主機數據保持一致,在主機
發生硬件損壞或軟件檢測到致命性故障(critical fault)時,自動切換至從機
運行。
????? 2.3 與TXP 的數據交換 SIMADYN-D控制器利用光纖將兩套互相冗余的SIMADYN
控制器分別和TXP 的SINEC H1廠級總線連接起來,除主蒸汽壓力、轉速、負荷、
發電機組并網、解列信號、主汽門及調門閥位以及至電液執行機構的指令信號外,
其余信號包括各種報警、運行狀態以及轉速與負荷的設定、控制均通過SINEC H1
廠級總線交換得到。SIMADYN 與TXP 之間通訊示意圖見圖1.
????? 3 轉速與負荷控制 SIMADYN-D汽機電液控制器實現了汽輪機啟、停控制、
并網、帶負荷、調頻、甩負荷等功能,其在邏輯設計上層次分明,各個控制器任
務明確,它主要由啟動裝置、轉速/ 負荷控制器、高壓壓力控制器、高壓缸排汽
溫度控制器、調節級壓力控制器、高壓冷卻蒸汽壓力控制器、調門閥位控制器組
成。其轉速與負荷控制原理簡圖見圖3.圖3 轉速與負荷控制原理圖
????? 3.1 啟動裝置啟動裝置實際上是一個設定值調整器,根據設定值的不同,
巧妙實現了汽機的復置過程,反過來則還具備保護功能。汽機啟動裝置見圖2.
????? 3.2 轉速/ 負荷控制器轉速/ 負荷控制器是整個SIMADYN 的核心,在汽機
啟動階段實現了升速控制,并對臨界轉速區(臨界轉速區1 :402~798rpm,臨界
轉速區2 :876~2850rpm )進行缸溫、軸溫與升速率控制,在臨界轉速區要求轉
速加速度> ;1.5rs-2 ,否則汽機保護跳閘不允許進行沖轉;同時還根據計算
的應力進行升速率限制,保證溫度裕度> ;30℃。在正常帶負荷階段,接受來
自TXP 的負荷設定值、負荷升速率、最大負荷設定值等信號,完成對負荷的控制,
還可以根據需要投入調頻等功能。 3.3高壓壓力控制器高壓壓力控制器的任務是
完成主蒸汽壓力的控制,有兩種控制方式:限壓方式和初壓方式,這兩種方式可
手動選擇。限壓方式一般用于爐跟蹤運行方式,一方面可在主蒸汽壓力下降到壓
力極限值(設定值-10*100KPa)時限制汽機負荷,使壓力不致下降太多,另一方
面也可充分利用鍋爐蓄能,保證機組負荷的穩定。而初壓方式一般用于機跟蹤運
行方式,它積極調整主蒸汽壓力,使主蒸汽壓力保持穩定,但負荷波動量較大。
????? 3.4 高壓冷卻蒸汽壓力控制器高壓冷卻蒸汽壓力控制器是高壓缸排汽溫度
高的一個預控功能。二期汽輪機在高壓缸排汽出口有一個大旁路(俗稱“通風閥”)
????? 直通凝汽器,高壓缸排汽溫度高時,通風閥打開,增大高壓缸做功能力,
降低高壓缸排汽溫度。一般在機組啟動階段,通風閥才會動作,高壓冷卻蒸汽壓
力控制器起作用,達到控制高壓缸排汽溫度的目的。
????? 3.5 高壓缸排汽溫度控制器高壓缸排汽溫度控制器是一個限制控制器,當
高壓缸排汽溫度超過480 ℃時,控制器輸出負值,使中壓調門朝關閉方向偏移,
它通過中壓調門的開度來控制蒸汽流量,從而使高壓缸排汽溫度不出現不允許的
值。運行人員可在OM畫面上選擇該功能是否投入。
????? 3.6 調節級壓力控制器調節級壓力控制器也是一個限制控制器,是汽機沖
轉時的一個應力保護,由高壓軸平均溫度加上沖轉方式(慢、正常、快速)不同
所允許的溫度偏差計算出一個允許的調節級壓力,當實際的調節級壓力超出允許
的壓力值時,使高壓調門朝關閉方向偏移,達到保護汽輪機的目的。運行人員可
在OM畫面上選擇該功能是否投入。
????? 3.7 調門閥位控制器每個調門均有一個閥位控制器,根據閥位測量值與閥
位指令的偏差來自動定位調門,運行人員也可利用OM畫面上的閥位限制器來手動
調整調門開度。該控制器還提供了閥位測量監視功能來保證閥位測量故障時以一
個固定的慢速率關閉該調門;通過調門工作點的監視來反映電液執行機構的狀況
;以及實際調門開度- 調門指令> ;25% 時調門快關等保護功能。
????? 4 存在的問題及解決方法
????? 4.1 TXP 與SIMADYN 量程不一致 TXP與SIMADYN 之間的模擬量數據交換雖
通過SINEC H1總線進行,但在SIMADYN 及TXP 中均需設定量程。調試初期,SIMADYN
及TXP 中負荷量程設定不一致,SIMADYN 中設定0-400MW ,而TXP 中設定0-350MW
,造成負荷無法控制,修改后正常。
????? 4.2 調門工作點頻繁報警在無功率的情況下,為保證關閉調門,在液壓裝
置中提供了一個補償,以便調門始終朝關閉方向動作,該補償稱為工作點,同樣
必須在控制器得到相應補償。如果液壓部件的機械發生磨損或電液執行機構的線
圈信號回路或線圈本身出現故障,工作點將發生偏移,發出“工作點故障”報警,
若機組在協調方式運行,將自動切至爐跟蹤方式運行。目前因報警值仍在3~14%
的允許范圍內,暫時將報警值設定大一些,待機組停運后檢查信號回路及液壓部
件。
????? 4.3 通風閥動作時,高壓調門大幅波動,機組MFT 2001年3 月7 日并網后
機組負荷設定值45MW,機組實際負荷約45MW,因通風閥在開啟狀態,高壓調門全
關,低旁壓力設定值0.5MPa,熱再出口實際壓力0.56MPa ,由于中壓缸進汽參數
偏低,而機組負荷設定值在45MW,導致速度/ 負荷控制器輸出很大,中壓調門全
開才能維持負荷。通風閥關閉后,高壓調門指令切至‘最小流量率’控制40S ,
高壓調門開至3%,而后高壓調門指令切至‘速度/ 負荷控制器’,由于上述提到
的中壓缸進汽參數偏低,導致速度/ 負荷控制器輸出很大,高壓調門快開至20% ,
致使負荷大幅度振蕩,汽包水位波動,最終汽包水位高而MFT.采取的措施:⑴盡
量減少并網后通風閥仍在開啟狀態。⑵在CONTROLLER 2畫面上增加“高壓調門指
令”和“最小流量率”指示,便于運行人員調整,若并網后通風閥仍在開啟狀態,
應盡量調整低旁壓力設定值,使速度/ 負荷控制器輸出較小,這樣在通風閥關閉
后就不會出現高壓調門大幅度波動。通風閥動作時控制原理圖見圖4.圖4 通風閥
動作時調門控制原理圖
????? 4.4 SIMADYN 主從通訊模件故障,機組MFT 2001年9 月12日由于主從機通
訊模件CS12故障導致主從機無法進行通訊且影響到主機與TXP 的數據交換,導致
TXP 來的負荷設定值等信號丟失,調門快關保護動作,進而鍋爐汽包水位保護動
作機組MFT ,在更換該通訊模件后運行正常。 5結束語 SIMADYN-D汽輪機電液控
制器經過調試以及近三年來在華能福州電廠的運行,總體來說,運行狀況優良,
轉速及負荷控制穩定;其采用了現代化通訊手段,硬件I/O 點數少,軟件模塊化,
設計合理,控制穩定,調試參數修改少,維護方便。總之,只要在實際應用中多
加以理會,總結經驗,消除一些不利因素,就能保證汽輪機組的安全穩定運行。
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