纯电调控制系统在俄供MW超临界机组的应用

全国火电大机组（600MW级）竞赛第11届年会论文集热工187纯电调控制系统在俄供800MW超临界机组的应用吴川南王海波李树民（国华绥中发电有限责任公司葫芦岛125222）摘要：国华绥中发电有限责任公司#1机组为俄供800MW超临界燃煤机组，汽轮机调速系统为原俄设计的电液并存的调节系统，该系统投产以来存在诸多问题，2004年机组进行首次大修期间对其进行了改造，文章简单介绍了原调节系统和存在的问题，详细介绍了改造方案，并介绍了施工经验、运行中存在的问题和处理方法。关键词：超临界；DEH；改造绥中发电有限责任公司#1机组汽轮机为俄罗斯列宁格勒金属工厂生产的К-800-240-5型超临界压力、一次中间再热、五缸六排汽、单轴凝汽式汽轮机，DEH（DigitalElectro-Hydraulic）系统为俄汽轮机厂配套生产的电液并存调节系统。在2004年大修期间对#1机组DEH系统进行了改造，采用抗燃油纯电调控制方案，从一年半时间的运行状况来看，效果良好，运行稳定，调节精度高，改造很成功。1原调节系统的组成和存在的问题绥电#1机组原调节系统为电液并存调节系统，由电气和液压部分组成。控制装置采用ЗЧСР-М2型计算机控制系统，其电子部分由ЗЧсР－Ｍ２型微处理器构成，主要包括：具有1６位数字处理能力的Ｋ１８１０系列ＢＭ８６型微处理器和ＫＰ１８１０ＢＭ８７运算协处理器。液压部分采用中压抗燃油系统，主要执行机构由同步器电机МУТ、电液转换器ЭГП、预保护电磁铁ЭМВ构成。液压调节系统由测速元件、放大元件和执行机构三大部分组成。它与汽轮发电机组转子（调节对象）闭环后组成转速负反馈自动调节系统。PC-3000-6型高速弹性离心式调速器作为测速元件，与汽轮机转子刚性连接，通过随动滑阀生成一次脉动油。同时可以影响一次脉动油的还有同步器和电液转换器的信号。该液调系统有两级传动放大元件。调速器滑阀（随动滑阀）是第一级放大元件，其作用是将随动滑阀的位移变化转换成一次脉动油压信号，中间继动滑阀是调节系统中第二级放大元件（它包括两级放大），通过中间滑阀的两次放大形成二次脉动油压，并传递到油动机。油动机是调节系统的功率放大元件（本身有一级放大）和执行机构，其作用是通过二次脉动油压变化来调整油动机的行程，控制调节阀开度。该型机组所有油动机均为单侧进油油动机，配汽系统有2套高压联合汽门（一主两调）、两台中压主门、四台中压调门，同时还有两台抽汽逆止门和两全国火电大机组（600MW级）竞赛第11届年会论文集热工188台排汽门，其中排汽门有二次脉动油控制，抽汽逆止门由主汽门控制油控制。通过将近5年的运行发现此调节系统存在诸多问题：（1）控制系统设备元器件老化、抗干扰能力差，经常发生计算机死机，板件故障等问题，威胁机组的安全、稳定、经济运行；（2）液压部分存在同步器卡涩、迟缓率大等问题。通过同步器电机经中间滑阀控制全部高、中压调门，风险集中，调节方式落后，调节品质差，控制精度低，负荷波动较大；（3）系统无操作员监视画面；操作烦琐，系统仿真功能不完善；无事故追忆系统，无法进行事故分析；模拟量模件精度低，不易调整；模件匹配性差，更换模件需要重新调整；备品备件不足且无备件来源；（4）由于该系统调节功能通过中间滑阀实现、系统采用中压抗燃油系统（4.7Mpa）造成油动机体积较大以及机械铰接部件较多等原因造成系统的迟缓率过高（δ=0.3左右），使得机组在运行中负荷摆动很大，摆动量在20MW左右，在特定条件下可达60MW左右。（5）静态特性曲线不容易调整，各油动机的特性曲线受反馈凸轮型线、反馈杆长度、滑阀下弹簧预紧力影响（#3、#4高调门还多了套重调机构），很难调整，只能凭借经验逐步调整，很难达到设计的理想曲线，造成系统静态特性曲线不理想。（6）油动机渗漏点多，特别是控制滑阀和活塞杆部位，这是因为油动机的油缸尺寸较大，各动密封的间隙较大，造成系统漏泄点较多。（7）绥中电厂地处东北、华北两大电网的支承点位置，且两台800MW机组单机容量为两大电网之最，由于俄供汽轮机调节系统存在诸多问题，制约了汽轮机控制系统调节品质的提高，妨碍了机组CCS（CoordinateControlSystem,协调控制系统）的投入，以及AGC（AutomaticGenerationControl，自动发电控制）功能的实现。在东北电网与华北电网联网后，为了适应现代化大电网的要求，满足电网各种运行方式的需要，迫切需要大幅度提高调节系统动态性能，提高机组的自动化程度和机组协调控制的功能，提高供电质量，在这种情况下，2004年#1机组首次解体大修期间对#1机组DEH系统进行了改造。2改造方案目前国内DEH系统采用的方案有同步器控制、电液并存（包括联合控制、切换控制两种）、透平油纯电调控制（包括保留凸轮配汽机构、去掉凸轮配汽机构两种）、抗燃油纯电调控制等四种类型。综合以上四类方案在国内300MW及以上机组的应用经验,结合800MW机组运行的实际情况和专家建议，绥中电厂DEH改造采用了抗燃油纯电调控制方案。抗燃油纯电调系统具有工作压力大，有效保证提升力，对机组可以实现可变阀门管理，最大限度减少液压环节，提高动态调节品质，可以在机组启动运行的不同阶段进行全周进汽和部分进汽选择，使机组以更为经济的方式运行，控制用油的独立性和抗燃油的使用最大限度消除了油质影响和火灾隐患等优点。绥中电厂改造的这套系统是由哈尔滨汽轮机自动控制工程公司完成设计和配套工作，系统中的每一台汽门均采用一台汽门配置一台油动机、一台电液伺服阀、一台操纵座、一台卸荷阀。改造取消了原机械液压调节系统中的同步器、调速器、调速器滑阀、中间滑阀等装置，更换调节阀操纵座，在调节阀的操纵座上放置抗燃油油动机，直接拉动调节阀阀杆。保留原系统中的机械液压保安装置，增加了高、中压主汽阀和调节阀油动机及操纵座，实现了每个调节阀配备一个独立的高压伺服执行全国火电大机组（600MW级）竞赛第11届年会论文集热工189机构。自动关闭器也采用了开关式高压抗燃油执行机构，增加了防超速电磁阀组（OPC）、停机电磁阀组（AST）、EH供油装置。系统控制部分采用世界上先进的集散控制系统，设计借鉴、吸收引进型300MW/600MW汽轮机组的控制策略和运行经验，具有丰富的控制功能和优良的控制品质。3系统构成DEH系统改造后主要由控制部分和液压部分构成，液压部分采用了哈尔滨汽轮机控制工程有限公司供应的成套的高压抗燃油EH装置，为降低改造成本，改造中使用了原油动机的弹簧，同时也降低了设计难度。控制部分电子设备采用了ABB公司的Symphony集散控制系统，该系统的超速保护有电超速、OPC、机械超速三重。机械超速保护是通过低压油系统（低压油引自密封油系统）实现，保留原系统中的危急保安器滑阀等全套部件，低压保安油通过隔膜阀使高压油系统AST控制油迅速卸掉，机组停机。3.1控制部分构成3.1.1系统硬件本次DEH改造控制部分硬件由一面模件柜和两面端子柜构成。从功能上分为三个部分：汽机基本控制（BTC）、超速保护（OPC）和汽机自启停（ATC），分别由三对互为冗余的控制器（BRC100）和相应的功能子模件完成。系统配备一台ConductorNT操作员站，通过ICI与网络相连，一台COMPOSER工程师站，通过CPM与系统相连。硬件配置示意图如图（一）所示：图1DEH系统硬件配置示意图下面对其中的主要硬件做重点介绍：（1）控制器（BRC100）：BRC100是Symphony系统高性能、高处理能力的过程控制器，它与INFI-90系统在功能、通讯以及结构上完全兼容，比MFP11/12功能更强大，是它的升级换代产品。BRC100采用了32位处理器，主频32MHz，具有2Mb静态随机存储器（SRAM）、12kb非易失随机存储器（NVRAM）以及1Mb的FlashROM，可通过功能码、C、BASIC、Batch90等工具组态编程。（2）频率计数子模件（IMFCS01）：IMFCS01是DEH专用的转速测量子模件，安装在汽轮机前箱内，磁阻式转速探头测量出来的脉冲信号调制、整形、采样后变换成电信号，经过控制总线全国火电大机组（600MW级）竞赛第11届年会论文集热工190送给控制器。每块IMFCS01接受一路转速脉冲信号，本系统配置了三块IMFCS01子模。（3）液压伺服子模件（IMHSS03）：IMHSS03是DEH专用的阀门伺服子模件，它实际上是一块智能I/O模件，通过IMHSS03上的处理器完成蒸汽阀门的精确定位控制。每块IMHSS03控制一个可调蒸汽阀门（modulatedsteamvalve），本系统配置了10块IMHSS03。（4）操作员站（ConductorNT）：操作员站为DEH操作画面提供了方便的手段。运行人员通过操作员站实现对汽轮机的控制，监视汽轮机的运行状态。针对绥电800MW汽轮机DEH系统的特点，设计了总貌、棒图、趋势、报警信息、操作面板等画面。3.1.2系统软件：ABBSymphony系统是一个专门为过程控制设计的优秀的集散控制系统，它的系统软件以多功能处理器（MFP/BRC）为核心，方便、便于调试、容易理解，充分适应了其硬件设计，既满足了从简单到复杂的控制回路、顺控、优化控制的有关策略，又能用搭积木的方法对控制对象进行设计和组态。它以生产过程中多种控制工艺流程和算法、控制技术为依据，经过ABB公司不断优化完善，形成了特殊的功能码。功能码内存放了大量算法和相关参数，并固化在MFP/BRC中。3.2液压部分改造后EH系统采用控制油为14MPa的三芳基磷酸脂型抗燃油，其正常工作温度为20-60C。机械保安油为1.2MPa的低压透平油。低压透平油与高压抗燃油通过薄膜阀进行隔离，防止混油。每一个进汽阀门均有一个执行机构控制其开关，其中中压主汽阀执行机构为开关型两位式执行机构，高压主汽阀执行机构、高、中压调节阀执行机构为伺服式执行机构，可以接受来自于DEH控制系统的40mA的阀位控制信号，控制其开度。DEH系统改造后,拆除原系统中液压部分的调节部套及相应油管路，保留原液压调节保安系统中的危急遮断器、危急遮断器滑阀、危急遮断器杠杆,增加就地打闸和挂闸组件。液压部分按其功能可分为供油系统、执行机构、危急遮断保护系统、机械超速与手动停机、启动挂闸等五个部分。4实现功能DEH系统改造后主要控制汽轮机转速、主蒸汽压力、功率，即从汽轮机挂闸、冲转、暖机、过临界、同期并网、带初负荷到带满负荷的整个过程，通过控制高、中压主汽门和高、中压调速汽门等执行机构来实现，同时具备防止汽轮机超速的保护逻辑。4.1基本控制部分基本控制部分是DEH的核心，它提供与转速、主蒸汽压力、负荷控制相关的逻辑、调节回路。这部分还包括与自动控制有关的其他功能，如设定值/变化率发生器、限值设定、阀门切换、阀门管理、阀门试验、控制回路切换以及阀门校验等。与基本控制有关的重要模拟量，如发电机有功功率、主蒸汽压力等采取三取二方式。4.1.1远方挂闸远方挂闸的作用就是复位危急保安机构；复位ETS则是指通过ETS操作盘送出复位AST跳闸电磁阀指令，使AST跳闸电磁阀恢复带电状态，从而恢复AST母管油压。挂闸时间长度为10秒的脉冲信号。4.1.2转速控制800MW汽轮机启动方式分为中压缸启动和高、中压缸联合启动，通过控制高、中压调速汽门来实现。汽轮机转速进入临界区时，升速率自动设置为500RPM/min（可通过工程师站在线修改）。全国火电大机组（600MW级）竞赛第11届年会论文集热工1913000RPM定速后，可以进行自动同期。DEH对从同期装置发出的增/减脉冲指令进行累加，产生转速目标值，并通过限幅器将累加后的目标值限制在同期转速允许范围内（2985～3015RPM）。4.1.3单阀/顺序阀切换冷态启动或低参数下变负荷运行期间，采用单阀方式。额定参数下变负荷运行时，采用顺序阀方式。对于定压运行带基本负荷的工况、滑压运行调峰的变负荷工况单阀/顺序阀切换的意义不大。对于定压运行变负荷工况，要求运行方式采用单阀/顺序阀切换来实现两种调节方式的无扰切换