姚 遠(yuǎn)

(東北電力科學(xué)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110006)

某電廠4號(hào)機(jī)組為進(jìn)口360 MW機(jī)組，汽輪機(jī)是法國(guó)阿爾斯通公司 (GEC.ALSTHOM－DEM)生產(chǎn)，型號(hào)為TIA.360.30.2F1055，亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單缸、三缸、雙排汽口、末級(jí)葉片1 055 mm、縱樹型葉根、沖動(dòng)凝汽式機(jī)組。汽輪機(jī)的基本參數(shù)見表1。

表1 TIA.360.30.2F1055型汽輪機(jī)基本參數(shù)

由于原控制系統(tǒng)MICROZ P320為法國(guó)早期產(chǎn)品，備品配件采購(gòu)及軟件開發(fā)困難，不具備現(xiàn)代DCS系統(tǒng)所具有的計(jì)算和管理功能。為提高機(jī)組的生產(chǎn)效率和安全可靠性，決定對(duì)機(jī)組進(jìn)行熱工自動(dòng)化改造 (DEH與DCS一體化)，控制系統(tǒng)采用美國(guó)EMERSON公司的OVATION分散控制系統(tǒng)。

1 原DEH系統(tǒng)

原MICROZ P320系統(tǒng)將DEH系統(tǒng)分為基本級(jí)和較高級(jí)兩部分。基本級(jí)可獨(dú)立工作，而較高級(jí)需和基本級(jí)配合進(jìn)行工作。調(diào)節(jié)系統(tǒng)有三種控制方式:在CRT畫面上進(jìn)行較高級(jí)控制和基本級(jí)控制;在備用立盤上進(jìn)行控制 (當(dāng)故障不能從CRT上進(jìn)行較高級(jí)和基本級(jí)控制時(shí)可從備用立盤上進(jìn)行加減負(fù)荷或停機(jī)操作)。

汽輪機(jī)采用中壓缸沖轉(zhuǎn)、滑參數(shù)啟動(dòng) (定—滑—定方式)，正常運(yùn)行也為滑壓運(yùn)行方式。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制液采用磷酸脂抗燃液，潤(rùn)滑油用46號(hào)防銹透平油。

汽輪機(jī)有4個(gè)高壓調(diào)門，2個(gè)高壓主汽門分別與2個(gè)高壓調(diào)門組成一體，每個(gè)調(diào)門控制1個(gè)噴嘴弧段。高壓調(diào)門運(yùn)行方式一般采用部分進(jìn)汽，也可采用全周進(jìn)汽。汽輪機(jī)還有2個(gè)中壓調(diào)門，2個(gè)中壓主汽門分別與1個(gè)中壓調(diào)門組成一體，中壓缸第一級(jí)為全周進(jìn)汽。調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過控制汽輪機(jī)的4個(gè)主汽門和6個(gè)調(diào)門完成機(jī)組的升速、暖機(jī)、并網(wǎng)、初負(fù)荷、缸切換、閥切換、負(fù)荷控制，并具有保護(hù)停機(jī)功能。

2 改造后系統(tǒng)配置

本次改造保留了原有的液壓控制系統(tǒng)，用OVATION分散控制系統(tǒng)替代原有的MICROZ P320系統(tǒng)，將其改造成為數(shù)字式純電調(diào)系統(tǒng)。在保持原控制功能的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)使功能進(jìn)一步完善。

汽輪機(jī)就地電液轉(zhuǎn)換器、電磁閥保留，閥門控制卡仍采用原RBP2卡，由OVATION系統(tǒng)通過AO卡輸出0～10 V指令信號(hào)，作用在6塊RBP2卡上，從而完成對(duì)高、中壓油動(dòng)機(jī)的控制。DEH采集機(jī)組轉(zhuǎn)速、功率等信號(hào)進(jìn)行比較、鑒別、計(jì)算，按啟動(dòng)、運(yùn)行要求控制高、中壓油動(dòng)機(jī)的開度，使機(jī)組轉(zhuǎn)速、功率等滿足要求。

由于基本級(jí)與MICROZ P320系統(tǒng)配合使用，改造后取消基本級(jí)及用立盤操作，其操作均在操作員站進(jìn)行，新的操作方式具有操作簡(jiǎn)單、信息量大、功能全等特點(diǎn)。

3 系統(tǒng)主要功能

DEH系統(tǒng)主要功能有轉(zhuǎn)速控制、初始負(fù)荷、缸切換、功率工況、協(xié)調(diào)控制、自動(dòng)保護(hù)、試驗(yàn)功能、保護(hù)跳閘等功能。

3.1 轉(zhuǎn)速控制

由于機(jī)組為中壓缸啟動(dòng)方式，所以由中壓調(diào)門控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速。在機(jī)組升速期間高壓缸根據(jù)機(jī)組狀態(tài)分別處于真空暖機(jī)和真空隔離狀態(tài)。解鎖后DEH給定轉(zhuǎn)速開始增加，根據(jù)中壓缸溫度給出升速率大小，中壓缸溫度低于190℃時(shí)，升速率為100 r/min2，中壓缸溫度高于190℃時(shí)，升速率為500 r/min2。給定轉(zhuǎn)速達(dá)到1 000 r/min時(shí)，若高壓缸溫度低于190℃，則DEH自動(dòng)閉鎖轉(zhuǎn)速給定進(jìn)行暖機(jī)，直到高壓缸溫度高于190℃后可以解鎖轉(zhuǎn)速給定。轉(zhuǎn)速大于1 020 r/min時(shí)，DEH輸出指令，關(guān)閉2只高壓主汽門。在升速過程中，當(dāng)過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)閉鎖指令無效，即轉(zhuǎn)速在此區(qū)域不允許停留。

轉(zhuǎn)速在3 000 r/min左右時(shí)，DEH接受電氣同期裝置來的同步投入信號(hào)，DEH的自動(dòng)同期功能投入，接收同步增或同步減指令，自動(dòng)控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，使其與電網(wǎng)頻率一致。在電氣自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置故障時(shí)，可采用手動(dòng)準(zhǔn)同期方式，由運(yùn)行人員手動(dòng)改變轉(zhuǎn)速給定值，跟蹤電網(wǎng)頻率。

3.2 初始負(fù)荷

同期條件滿足時(shí)，同期裝置發(fā)出油開關(guān)合閘指令，使發(fā)電機(jī)主油開關(guān)閉合，DEH立即增加給定值，使發(fā)電機(jī)帶上初始負(fù)荷以避免出現(xiàn)逆功率。此時(shí)，DEH按200 MW/min的負(fù)荷率加負(fù)荷，使發(fā)電機(jī)帶上約18 MW的初負(fù)荷。

3.3 缸切換

3.3.1 中壓缸—高壓缸切換

切換允許條件:

a. 測(cè)量信號(hào)正常;

b. 主蒸汽流量匹配;

c. 高壓缸金屬/蒸汽溫度匹配;

d. 高壓缸真空疏水門開啟;

e. 在中壓缸方式運(yùn)行;

f. 機(jī)組已并網(wǎng)。

缸切換過程:

a. 關(guān)閉高壓缸真空疏水門，釋放高排逆止門;

b. 開啟2只高壓主汽門;

c. 增加高壓缸開度基準(zhǔn)，高壓調(diào)門慢慢開啟。

切換開始時(shí)，DEH計(jì)算出切換后的目標(biāo)負(fù)荷值。切換完成后，DEH自動(dòng)加負(fù)荷到目標(biāo)負(fù)荷值，汽輪機(jī)進(jìn)入高壓缸控制方式。

3.3.2 高壓缸—中壓缸切換

DEH當(dāng)前流量小于10%時(shí)，高壓主汽門、高壓調(diào)門關(guān)閉，高排逆止門及暖缸閥關(guān)閉，抽真空閥打開，高壓缸隔離，自動(dòng)切為中壓缸進(jìn)汽方式。

3.4 功率工況

投入功率調(diào)節(jié)條件:

a. 發(fā)電機(jī)并網(wǎng);

b. 發(fā)電機(jī)負(fù)荷信號(hào)正常;

c. 不在高壓缸手動(dòng)或中壓缸手動(dòng)限制方式;

d. 高壓缸壓力限制或中壓缸壓力限制未動(dòng)作。

上述條件滿足后，具體投入或不投入功率調(diào)節(jié)，以運(yùn)行規(guī)程要求為準(zhǔn)。在功率調(diào)節(jié)方式下，DEH保證實(shí)際負(fù)荷值達(dá)到給定負(fù)荷值。

3.5 協(xié)調(diào)控制

DEH協(xié)調(diào)控制條件:

a. 發(fā)電機(jī)并網(wǎng);

b. 不在高壓缸手動(dòng)或中壓缸手動(dòng)限制方式;

c. 高壓缸壓力限制或中壓缸壓力限制未動(dòng)作;

d. 有CCS請(qǐng)求投入信號(hào)且信號(hào)正常;

e. CCS指令信號(hào)正常。

CCS控制投入后，DEH是CCS的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直接接受CCS的目標(biāo)指令，此時(shí)汽輪機(jī)的加、減負(fù)荷率由CCS控制。

3.6 自動(dòng)保護(hù)

3.6.1 中壓缸壓力限制

再熱器壓力測(cè)量值低于其限制設(shè)定值時(shí)，中壓缸壓力限制動(dòng)作，中壓缸開度基準(zhǔn)減小，再熱器壓力回升，直到其值大于設(shè)定值。

3.6.2 高壓缸壓力限制

主蒸汽壓力測(cè)量值低于其限制設(shè)定值時(shí)，高壓缸壓力限制動(dòng)作，高壓缸開度基準(zhǔn)減小，使主汽壓力回升，直到其值大于設(shè)定值。

3.7 試驗(yàn)功能

3.7.1 超速試驗(yàn)

a. DEH超速試驗(yàn)保護(hù)定值為3 290 r/min;

b. TSI超速試驗(yàn)保護(hù)定值為3 300 r/min。

目標(biāo)轉(zhuǎn)速為3 330 r/min，轉(zhuǎn)速達(dá)到跳閘值后，產(chǎn)生跳閘指令使汽輪機(jī)跳閘。

3.7.2 主汽門嚴(yán)密性試驗(yàn)

關(guān)閉2只中壓主汽門 (高壓主汽門在此之前已處于關(guān)閉狀態(tài))。主汽門關(guān)閉后，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降，高壓調(diào)門和中壓調(diào)門全開。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到可接受轉(zhuǎn)速后，計(jì)時(shí)器輸出值保持。主汽門嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)人為打閘停機(jī)。

3.7.3 閥門活動(dòng)試驗(yàn)

試驗(yàn)分6組。1號(hào)高壓主汽門和1號(hào)高壓調(diào)門;2號(hào)高壓主汽門和2號(hào)高壓調(diào)門;1號(hào)高壓主汽門和3號(hào)高壓調(diào)門;2號(hào)高壓主汽門和4號(hào)高壓調(diào)門;1號(hào)中壓主汽門和1號(hào)中壓調(diào)門;2號(hào)中壓主汽門和2號(hào)中壓調(diào)門。

每組試驗(yàn)動(dòng)作過程。先逐漸關(guān)閉調(diào)門，直到調(diào)門全關(guān);調(diào)門全關(guān)后關(guān)主汽門，主汽門迅速關(guān)閉;主汽門關(guān)閉并保持7 s后開啟主汽門;主汽門全開后逐漸開啟調(diào)門，開啟到原正常位置。

3.8 保護(hù)功能

圖1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)曲線

汽輪機(jī)跳閘條件:轉(zhuǎn)速超過跳閘值;潤(rùn)滑油壓力低;真空低;打閘按鈕;凝汽器水位極高;MFT;軸向位移大;低壓脹差大;軸瓦振動(dòng)大;發(fā)電機(jī)故障;高壓缸隔離故障;高排金屬溫度高;高排蒸汽壓力高;軸向推力大;安全油壓力低。

機(jī)組大修后于2009年7月首次啟動(dòng)，升速及過臨界正常，振動(dòng)指標(biāo)未超限，在3 000 r/min定速時(shí)轉(zhuǎn)速最大穩(wěn)態(tài)偏差小于1 r/min，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)曲線見圖1。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，帶初負(fù)荷正常，運(yùn)行人員投缸切換及升負(fù)荷。通過改造，完善了DEH系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，提高了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，達(dá)到了預(yù)期目的。