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        大型火電機(jī)組凝泵和脫硫增壓風(fēng)機(jī)變頻改造DCS邏輯設(shè)計與應(yīng)用

        2010-05-29 09:40:28江蘇國信揚州發(fā)電有限責(zé)任公司楊凱翔
        自動化博覽 2010年9期
        關(guān)鍵詞:變頻器

        (江蘇國信揚州發(fā)電有限責(zé)任公司) 楊凱翔

        1 控制需求分析

        1.1 凝泵3B變頻改造電氣需求

        凝結(jié)水熱力系統(tǒng)為火電廠典型配置,改造前凝泵3A或3B任一臺以工頻(50Hz)方式運行均可匹配100%的機(jī)組負(fù)荷,當(dāng)凝泵出口母管壓力低時備泵聯(lián)啟,除氧器水位通過凝泵后主/輔調(diào)門控制,在變頻改造前系統(tǒng)有較大的節(jié)流損失;變頻改造后主/輔調(diào)門維持全開,通過控制凝泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)除氧器水位,實際節(jié)約能耗可達(dá)30%(400MW時)。

        因凝泵為一用一備運行結(jié)構(gòu),變頻改造僅針對主力泵3B。電氣一次系統(tǒng)改造前后如圖1,其中改造前的電氣主開關(guān)QF改造后變更為工頻電氣開關(guān)QF3,QF1、QF2、變頻器(U3B)為本次改造新增設(shè)備。

        改造后DCS實現(xiàn)對凝泵3B的工頻電氣開關(guān)(QF3)、變頻器入口電氣開關(guān)(QF1)和變頻器(U3B)的遠(yuǎn)方合/斷及啟/??刂?;變頻器出口開關(guān)(QF2)由電氣側(cè)聯(lián)鎖控制,DCS側(cè)僅作畫面監(jiān)視。

        圖1 凝泵3B變頻改造前后電氣一次系統(tǒng)對比及DCS新增控制對象說明

        1.2 脫硫增壓風(fēng)機(jī)變頻改造電氣需求

        脫硫增壓風(fēng)機(jī)熱力系統(tǒng)為火電廠典型配置,增壓風(fēng)機(jī)3A/3B并列運行,任一臺風(fēng)機(jī)異常(電流大或跳閘)則聯(lián)開脫硫旁路擋板,風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉來控制,有較大的節(jié)流損失;變頻改造后風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉維持全開,通過控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓,實際節(jié)約能耗可達(dá)40%(400MW時)。

        增壓風(fēng)機(jī)3A、3B一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似并相互獨立,改造后結(jié)構(gòu)如圖2。其中圖中QF開關(guān)為改造前的電氣主開關(guān),QF1、QF2、QF3及U3A/U3B(變頻器)為本次改造新增設(shè)備。

        改造后DCS實現(xiàn)對每臺增壓風(fēng)機(jī)的電氣主開關(guān)(QF)、工頻旁路開關(guān)(QF3)和變頻器(U3A/U3B)的遠(yuǎn)方合/斷及啟/??刂?;變頻器進(jìn)出口開關(guān)(QF1、QF2)由電氣側(cè)聯(lián)鎖控制,DCS側(cè)僅作畫面監(jiān)視。

        圖2 脫硫增壓風(fēng)機(jī)3A/3B變頻改造后電氣一次系統(tǒng)及DCS新增控制對象說明

        1.3 凝泵與增壓風(fēng)機(jī)變頻改造控制需求比較(見表1)

        表1 凝泵與增壓風(fēng)機(jī)變頻改造控制需求比較

        2 控制邏輯設(shè)計及整定

        2.1 凝泵3B變頻改造DCS控制邏輯

        據(jù)以上分析,凝泵3B變頻改造的DCS控制邏輯設(shè)計關(guān)鍵在于:1)變頻、工頻為獨立的電氣一次回路;2)危急狀況的聯(lián)鎖功能;3)除氧器水位自動。實際DCS設(shè)計見圖3。

        設(shè)計及調(diào)試整定細(xì)節(jié)如下:

        ? 凝泵3B的外部允許和跳閘條件(如熱井水位低、軸承溫度高等)對工頻電氣開關(guān)QF3、變頻電氣開關(guān)QF1同時有效。

        ? 凝泵3B工頻啟動(QF3合閘)允許條件需補(bǔ)充“QF1且QF2分閘”;將“QF1分閘”作為投用工頻備用的必要條件;將“QF1合閘”作為撤出工頻備用的充分條件。因變頻器啟動升至50Hz系統(tǒng)需要較長時間,為避免出現(xiàn)“悶泵”,系統(tǒng)不具備以變頻方式自動聯(lián)啟的功能。

        ? 變頻高壓合閘允許條件需補(bǔ)充“QF3分閘”、“變頻器允許高壓合閘”;變頻高壓跳閘條件需補(bǔ)充“QF1或QF2保護(hù)跳閘”及“變頻器重故障”。

        ? 變頻器啟動允許條件為“QF1分閘”、“QF3分閘”、“無變頻器相關(guān)故障”;為避免電氣設(shè)備狀態(tài)不一致,“QF1分閘”將聯(lián)鎖(脈沖)變頻器停運。

        ? “QF3合閘”為工頻運行狀態(tài);“QF1合閘、QF2合閘、變頻器運行”為變頻運行狀態(tài)。由此兩信號觸發(fā)相關(guān)控制聯(lián)鎖(如凝泵B出口門聯(lián)開、凝泵3A聯(lián)啟等)。

        ? 當(dāng)凝泵3B投變頻自動時,除氧器給水調(diào)門強(qiáng)制手動,反之亦然;當(dāng)凝泵3A聯(lián)啟后,在5秒鐘內(nèi)將給水調(diào)門強(qiáng)迫置位為隨機(jī)組負(fù)荷變動的固定值并且手動,實際如表2所示。

        表2 當(dāng)凝泵3A聯(lián)啟后的數(shù)據(jù)變化

        ? 當(dāng)凝泵3B投變頻自動時,不僅要保證除氧器水位,又要保證凝泵出口母管壓力不致過低。經(jīng)試驗,在除氧器給水調(diào)門全開條件下,各主要負(fù)荷點凝泵穩(wěn)態(tài)出力如表3所示。

        表3 各主要負(fù)荷點凝泵穩(wěn)態(tài)出力

        依據(jù)以上試驗數(shù)據(jù),最終整定:凝泵3B變頻運行時,泵出口母管壓力低于1.1MPa時聯(lián)啟備泵(工頻運行時定值為1.5MPa不變);凝泵3B變頻自動調(diào)節(jié)范圍為360MW~630MW,33Hz~50Hz,當(dāng)負(fù)荷低于360MW時,維持凝泵3B在最低頻率運行,除氧水位通過補(bǔ)水調(diào)門自動控制。

        ? 凝泵3B變頻自動是典型的串級三沖量控制系統(tǒng)(如圖4),三沖量分別為除氧器水位(主回路被調(diào)量),高加出口流量(副回路前饋),除氧器補(bǔ)水量(副回路被調(diào)量)。

        圖4 凝泵3B變頻自動控制邏輯圖

        副回路的作用是在變負(fù)荷過程中,除氧器補(bǔ)水量迅速跟蹤高加給水量的變化,控制調(diào)節(jié)的動態(tài)偏差,主回路的作用是緩慢平穩(wěn)地調(diào)節(jié)最終水位,控制調(diào)節(jié)的穩(wěn)態(tài)偏差。經(jīng)試驗整定,最終主回路參數(shù)為(比例增益P—0.6;積分時間I—480), 副回路參數(shù)為(比例增益P—0.18;積分時間I—160),除氧器水位動態(tài)偏差為±60mm,穩(wěn)態(tài)偏差為±20mm。

        2.2 增壓風(fēng)機(jī)3A/3B變頻改造DCS控制邏輯

        據(jù)1.3節(jié)的分析,增壓風(fēng)機(jī)變頻改造的DCS控制邏輯設(shè)計關(guān)鍵在于:

        ? 變頻、工頻在同一個電氣主開關(guān)下。

        ? 危急狀況的聯(lián)鎖功能。

        ? 操作員順控“一鍵啟?!惫δ?。增壓風(fēng)機(jī)3A和3B的DCS控制邏輯相互獨立并雷同,以增壓風(fēng)機(jī)3A為例DCS設(shè)計見圖5。

        圖5 增壓風(fēng)機(jī)3A變頻改造控制邏輯設(shè)計總圖

        設(shè)計及調(diào)試整定細(xì)節(jié)如下:

        ? 每臺增壓風(fēng)機(jī)有4套相互獨立并行的順控邏輯,即為“工頻順控啟”、“工頻順控?!?、“變頻順控啟”、“變頻順控?!?。任一套順控實現(xiàn)“一鍵啟動”,程序啟動后閉鎖其余順控的執(zhí)行;設(shè)備所處狀態(tài)也閉鎖部分順控功能,如“已處于變頻運行狀態(tài)”將只能執(zhí)行 “變頻順控?!保溆囗樋貙㈤]鎖。

        ? 每套順控有類似的結(jié)構(gòu)形式,以變頻順控啟動為例,順控程控軟件結(jié)構(gòu)見圖6。

        圖6 IP3A變頻順控啟動控制結(jié)構(gòu)圖

        ? 無論是工頻運行還是變頻運行,只要電氣主開關(guān)QF分閘,均將導(dǎo)致增壓風(fēng)機(jī)停運。因此在保護(hù)邏輯設(shè)計上,因工況異常需要增壓風(fēng)機(jī)跳閘的在DCS內(nèi)部只需采取一個動作,即QF分閘。為保證系統(tǒng)初始位置的正確性,當(dāng)DCS檢測到QF分閘信號后,(脈沖)聯(lián)鎖變頻器停運、旁路開關(guān)QF3分閘。當(dāng)變頻支線或工頻支線電氣故障時,需要判斷實際運行工況,才能觸發(fā)QF分閘。如變頻器重故障或QF1綜保動作或QF2綜保動作時,必須同時不在工頻運行模式,才能觸發(fā)QF分閘。

        ? 電氣主開關(guān)QF合閘允許條件同改造前;“QF已合閘”為變頻器啟動允許和QF3合閘允許的必備條件,變頻和工頻相互閉鎖,即只有QF1、QF2分閘才允許QF3合閘,反之亦然,同時如存在變頻器和QF3自身的電氣故障也不允許啟動。

        ? 順控指令和操作員手動指令受允許條件的限制,保護(hù)跳閘指令無條件執(zhí)行。

        ? “QF且QF3合閘”為工頻運行狀態(tài);“QF、QF1、QF2合閘、且變頻器運行”為變頻運行狀態(tài)。這兩個狀態(tài)信號任一個為“1”則表示增壓風(fēng)機(jī)運行,全為“0”則表示增壓風(fēng)機(jī)停運。由于這樣的組合信號過于繁瑣,實際僅用于狀態(tài)顯示和允許限制。

        ? 為保障機(jī)組安全,增加事故工況聯(lián)開脫硫煙氣旁路擋板條件如下:

        ① 電氣主開關(guān)QF已分閘(脈沖);

        ② 電氣主開關(guān)QF或變頻器輸出電流大于190A;

        ③ 電氣主開關(guān)QF合閘且QF電流小于5A(脈沖)。

        雖然邏輯設(shè)置上所有保護(hù)都集中于QF,為了防止下線開關(guān)的偷跳設(shè)置了第③條,而增壓風(fēng)機(jī)啟動階段旁路擋板須處于開位,與此并不矛盾。另外為防止運行人員誤操作將變頻器和QF3的單操功能取消,正常時只能通過順控啟停系統(tǒng),異常時運行人員可將QF緊急分閘。

        ? 增壓風(fēng)機(jī)的變頻自動相對簡單,變頻和導(dǎo)葉只是風(fēng)機(jī)出力調(diào)節(jié)的不同方法。因此頻率調(diào)節(jié)自動回路設(shè)計與導(dǎo)葉調(diào)節(jié)幾乎是雷同的,都是單PI調(diào)節(jié)器加上風(fēng)機(jī)平衡回路(圖略)。因主機(jī)爐膛負(fù)壓自動系統(tǒng)的存在,頻率調(diào)整范圍不受過程工況的限制,因電氣設(shè)備特性需要將頻率自動調(diào)整范圍確定為20Hz~48Hz。在實際調(diào)試中,因頻率調(diào)節(jié)的靈敏度高于導(dǎo)葉,將PI中的增益和積分作用都適當(dāng)減緩,最終整定PI調(diào)節(jié)器參數(shù)為(P—0.3;I—45);對應(yīng)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)參數(shù)為(P—0.5;積分時間I—30),增壓風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓動態(tài)偏差為±40Pa,穩(wěn)態(tài)偏差為±15 Pa。

        3 結(jié)束語

        控制邏輯的結(jié)構(gòu)隨對象特性和控制需求而定。凝泵是一用一備的系統(tǒng),變頻系統(tǒng)自身較為簡單,關(guān)鍵在于自動調(diào)節(jié)和備泵聯(lián)啟;脫硫增壓風(fēng)機(jī)是兩臺并列運行,變頻系統(tǒng)較為復(fù)雜,采用順序控制變“被動聯(lián)鎖”為“主動聯(lián)鎖”,可有效避免信號失效帶來的拒動。

        [1] 黃晉營. 高壓凝結(jié)水泵變頻改造的應(yīng)用[J]. 廣西電力, 2008, 31(2).

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