300MW机组汽轮机电液调节系统的调试与控制

【摘要】：为保证电力系统的安全运行，国内的大型机组均使用电液调节系统进行控制，实现转速控制、同步并网、负荷控制等功能。本文以电厂300MW机组使用的上海汽轮机有限责任公司生产的汽轮机为例，介绍其系统机构、调试要点和实现功能。

【关键词】：300MW机组；电液调节系统；控制；调试

近年来，300MW机组在我国得到了广泛的应用。为保证电力系统的安全运行，国内的大型机组均使用电液调节系统进行控制，实现转速控制、同步并网、负荷控制等能。改变了系统的适应性和灵活性，提高了控制能力和控制效果，大大提高了发电机组的自动化水平[1]。本文以电厂300MW机组使用的上海汽轮机有限责任公司生产的汽轮机为例，介绍其系统机构、调试要点和实现功能。

1、系统简介

该电厂的机组热控系统采用上海新华控制工程有限公司提供的Symphony系统，是一套集计算机、自动控制技术、数据库和网络为一体的产品，具有独立的分散控制系统、监控技术及数据采集系统、控制系统，能够满足各个生产领域对信息管理和过程控制的需求。系统采用合理的软、硬件功能配置和模块化设计，具有易于扩展的能力，将离线和在线调试集中于一体，便于调试及修改，设备的各个控制相对对立。由高速数据网、DPU以及连接在网上的人机接口站组成，采用开放式的系统结构，设计了冗余TCP/IP网络结点在不同类型的站。

其中，汽轮机系统的功能模件组成了一个过程控制单元，，包括汽机基本控制、超速保护和汽机自启停3个功能，并分别由3个冗余的功能控制器和相应的功能子模件完成。其硬件配置图如下：

图一 汽轮机硬件配置

机组的汽轮机电液调节系统操作员站是基于WindowsNT(2000)环境下的人机系统，具有界面友好、操作方便的特点。共设置了包括总貌、趋势、棒图、操作面板、报警信息等11幅画面，为运行人员提供了方便的操作手段，通过监控画面实施检测汽轮机的运行。

2、控制功能

汽轮机电液调节系统的控制功能由3对冗余的BRCl00控制器实现，主要控制汽轮机的转速和功率，通过GV、TV、RSV和 IV实现，同时还具备防止汽机超速的保护逻辑。主要功能包括超速保护、基本控制和自启停，3部分之间既相互独立，又通过对总线的控制交换控制信息。

2.1 超速保护

这部分的作用主要是超保护逻辑、DEH跳闸逻辑及超速试验选择逻辑、提供有开关状态及汽机自动停机挂闸状态三选二、转速三选二，控制着OPC电磁阀，，并汇总DEH跳闸信号通过接线将其送到ETS[2]。能够有效防止汽轮机的转速飞快上升，维持转速在3000r/min。超速实验必须在大于2950 r/min的定速3000 r/min、油开关未合闸的情况下进行。

2.2 基本控制部分

基本控制部分是汽轮机电液调节系统的核心，它提供与转速及复合相关的控制逻辑、调节回路，通过一对冗余的BRC100实现所有伺服阀接口和闭环控制的PID调节器。此外，还包括自动控制的其他功能，如限制设定、阀门管理、阀门设定、阀门试验、阀门切换、设定值/变化率发生器等。

2.2.1 转速控制

该电厂使用的汽轮机包括高压缸启动和高中压缸启动两种启动方式。由TV控制冲转高压缸启动，当汽机挂闸后，阀门未处于校验状态，运行人员可以发出用户RUN命令，这时TV保持关闭，GV、IV全开。这个命令相当于开机指令，它的发出意味着冲转开始，汽机运行期间始终保持RUN命令，当汽机重新跳闸才能将其清除掉。

根据DEH的画面，运行人员可以设定升速率和目标转速，当转速给定等于目标值时，程序会自动进入HOLD状态，等待运行人员重新发出新的目标值。在汽轮机升速的过程中，除了临界区外，运行人员可以随时发出HOLD命令，这个时候，转速给定与实际转速相等，汽机会停止继续升速，持当前转速[3]。为保证汽机安全通过临界区，转速在920~2000 r/min、2120~2820 r/min时，进入临界区，自动设置升速率为500 r/min。工程师站可在线修改转速的临界区范围。

2.2.2 负荷控制

包括开环和闭环两种负荷控制的方式。开环方式需要运行人员随时注意实际负荷的变化，当前前蒸汽参数和V阀门流量曲线决定了目标负荷和实际负荷的近似程度；闭环是指控制过程中引入发电机调节级压力反馈或有功功率反馈，这时的汽机GV受调解级压力PID或负荷PID的控制调节。刚投入发电功率闭环，为保证功率闭环投时无其他顾虑，应采用负荷给定和目标负荷跟踪当前实际负荷，可根据需要设定升负荷率和符合目标值。待锅炉自 动燃烧后，汽轮机电液调节系统可转入锅炉自动方式。

负荷控制的主要功能包括主蒸汽压力限制或保护、负荷限制、阀位限制、频率校正、单阀/顺序阀切换、阀门试验和阀门校验等功能。主蒸汽的压力限制功能指当机前压力降低至保护限值以下时，GV将以0．1％／s的速率关闭，直到机前压力恢复到限值之上0．07MPa；气压保护功能主要用于在单元制机组的锅炉异常运行时，用以恢复稳定燃烧，有助于防止锅炉发生灭火事故[4]。负荷限制包括高负荷限制和低负荷限制两种；阀位的限制功能允许机组运行人员设定平均阀位的最大值，当平均阀位的最大值超过这个限制会报警。

2.2.3 自动带初负荷

当时主蒸汽的压力决定了初负荷的实际大小，因此应引入主蒸汽压力进行修正，主蒸汽压力低时阀门开度较大，高时阀门开度小，可由工程师站在线修改。

2.3 自启停功能

这部分以转子的应力计算为基础，具有监视和控制两种功能，由一对冗余的BRC100完成。控制并监视汽轮机运行的全过程，包括盘车、升速、带负荷、并网等。升速过程中，汽轮机自启停根据转子的应力结算结果确定机组的状态，并给出推荐的升速率和目标转速；监视方式局限于报警或相关提示。转子应力关系着汽轮机的使用寿命，300MW汽轮机的推荐使用寿命统称为10000次循环曲线。汽轮机电液调节系统设计了HEAVY、MEDIUM和NORMAL循环对应的许用应力，分别为3000次、5000次、10000次，使其具有不同的转速和负荷变化率。根据计算结果和选择的许用应力，系统ATC程序还可计算出月转子寿命消耗值、年转子寿命消耗值及转子寿命总消耗值。

3、小结

该电厂的300MW机组汽轮机数字电液调节系统自投入运行以来，控制逻辑设计满足了工艺流程的要求，硬件动作可靠，具有良好的组态性能和正常的系统通讯功能，满足了300MW机组汽轮机的控制要求。

【参考文献】：

[1] 陈新安.变频技术在300 MW机组燃煤发电机组锅炉供油系统中的应用研究[D].浙江大学硕士学位论文,2006.

[2] 王丽珍. 汽轮机数字式电液调节系统的研究[D]. 太原理工大学硕士学位论文,2007.

[3 王颖,王印松,李中华. 300MW汽轮机调速系统模型与非线性分析[J]. 仪器仪表用户, 2006,13(5):88-89.

[4] 李音. 汽轮机DEH系统建模与仿真组态平台研究与开发[J]. 华中科技大学硕士学位论文,2007.