神華廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司 吳公寶

西門子T3000型DEH在臺山1000MW機(jī)組應(yīng)用及問題分析

神華廣東國華粵電臺山發(fā)電有限公司 吳公寶

本文介紹了西門子T3000型DEH在臺電二期1000MW機(jī)組的應(yīng)用,詳細(xì)闡述了轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制、啟動(dòng)裝置、X準(zhǔn)則,汽輪機(jī)自啟動(dòng)等核心控制策略,指出了臺山二期DEH系統(tǒng)存在的一些不足之處。

T3000 DEH控制

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用,20世紀(jì)80年代,出現(xiàn)了以數(shù)字計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字式電氣液壓控制系統(tǒng)(Digital Electric Hydraulic Control System),即DEH,其主要任務(wù)是對汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié),同時(shí)還參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻。它是汽輪機(jī)特別是大型汽輪機(jī)必不可少的控制系統(tǒng),是電廠自動(dòng)化系統(tǒng)最重要的組成部分之一。

一、系統(tǒng)概述

廣東臺山發(fā)電廠二期(首兩臺1000MW級機(jī)組)擴(kuò)建建設(shè)兩臺超超臨界1000MW燃煤發(fā)電機(jī)組,三大主機(jī)由上海電氣集團(tuán)提供,其中汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)西門子技術(shù)生產(chǎn)的TC4F型汽輪機(jī),高中壓聯(lián)合啟動(dòng)、超超臨界、一次中間再熱、單軸、雙背壓、四缸四排汽。主要參數(shù)為:1000MW/3000r/min/ 26.25 M Pa/600℃/2943.065t/h/5.335 M Pa/600℃/ 5.7/6.7 kPa。汽輪機(jī)采用全周進(jìn)汽、滑壓運(yùn)行的調(diào)節(jié)方式,同時(shí)采用補(bǔ)汽閥技術(shù)。全機(jī)設(shè)有兩只高壓主汽門、兩只高壓調(diào)節(jié)汽門、一只補(bǔ)汽調(diào)節(jié)閥、兩只中壓主汽門和兩只中壓調(diào)節(jié)汽門。汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用西門子T3000型DEH,雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),采用工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議,用于AS417H控制器、工程師站、操作員站總線間的通訊,速度可達(dá)100M。AS417H控制器與ET200M以及FM 458與ADDFEM接口間的通訊采用PROFIBUS-DP協(xié)議,速度可達(dá)12M。硬件采用西門子公司的S7系列,主要包括:FM 417處理單元、FM 458高速處理單元、SCALANCE光交換模、普通型I/O接口模件、ADDFEM高速I/O模件以及故障安全模件SM 326,還有GPS時(shí)鐘、交換機(jī)、服務(wù)器、操作員站、工程師站和打印機(jī)。DEH下設(shè)5個(gè)控制柜,1號柜DPU使用FM 458,主要實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)調(diào)節(jié)功能,2號柜DPU使用FM 417,主要實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)保護(hù)和汽輪機(jī)自啟動(dòng)功能,3號柜為2號柜的擴(kuò)展柜,4號柜為電源柜,5號柜為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)柜。DEH與DCS控制范圍為:DEH控制范圍包括EH油系統(tǒng)、主汽門、高壓調(diào)門、ETS、TSI系統(tǒng),DCS控制范圍包括潤滑油系統(tǒng)、抽汽系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)、盤車系統(tǒng),雙方在各自系統(tǒng)間的用于邏輯控制的接口信號采用硬接線實(shí)現(xiàn),發(fā)電機(jī)不在DEH系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)順控。

二、DEH控制內(nèi)容及原理

(1)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制器。轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制是并網(wǎng)前的基本控制,包括轉(zhuǎn)速給定、臨界轉(zhuǎn)速識別與控制、超速試驗(yàn)等。自動(dòng)升速是指DEH根據(jù)高壓內(nèi)缸金屬溫度自動(dòng)從冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)或極熱態(tài)四條升速曲線中選擇相應(yīng)的升速率,并自動(dòng)確定低速暖機(jī)和中速暖機(jī)的轉(zhuǎn)速及暖機(jī)停留時(shí)間,自動(dòng)沖轉(zhuǎn)直到3000rpm。負(fù)荷控制器采用汽輪機(jī)允許的負(fù)荷率升負(fù)荷。負(fù)荷可以由運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)定,或由外部系統(tǒng)(協(xié)調(diào)控制器或負(fù)荷分配器)自動(dòng)設(shè)定,最大的升降負(fù)荷率根據(jù)鍋爐能力,同時(shí)還受應(yīng)力(TSE)限制。在鍋爐故障時(shí)或負(fù)荷指令變化太快,則由應(yīng)力限制器對汽輪機(jī)控制閥進(jìn)行節(jié)流。

(2)主汽壓力控制器。主汽壓力控制器以下列兩種方式起作用。壓力限制方式:壓力限制方式時(shí),負(fù)荷控制也起作用,壓力控制器僅是作為限制器,在主蒸汽壓力降低時(shí)支持鍋爐壓力控制,如果主蒸汽壓力低于某個(gè)可調(diào)限制值,如低于正常壓力10bar,汽機(jī)調(diào)節(jié)閥將節(jié)流以防止主蒸汽壓力進(jìn)一步降低,在此方式壓力會很快恢復(fù)。初壓控制方式:當(dāng)從壓力限制方式切到初壓控制方式,轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制器切換到壓力控制器,此時(shí)負(fù)荷保持不變。在初壓控制器方式,主汽壓力由調(diào)節(jié)閥控制維持在某個(gè)設(shè)定值即鍋爐負(fù)荷的變化使汽機(jī)調(diào)節(jié)閥變化。

(3)啟動(dòng)裝置(TAB)。汽輪機(jī)啟動(dòng)裝置的功能主要是確保汽輪機(jī)具有閥門開啟/關(guān)閉的正確指令,確保汽輪機(jī)的安全運(yùn)行及停機(jī)。啟動(dòng)裝置實(shí)際上是一個(gè)設(shè)定值調(diào)整器,根據(jù)設(shè)定值的不同,巧妙實(shí)現(xiàn)了汽機(jī)的復(fù)置過程,同時(shí)還具備保護(hù)功能。在起動(dòng)前,當(dāng)遮斷信號釋放時(shí),啟動(dòng)裝置將閥位信號置零,保證調(diào)節(jié)閥可靠關(guān)閉。在汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí),起動(dòng)裝置TAB的信號開始升高,使轉(zhuǎn)速控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制,當(dāng)汽機(jī)達(dá)到正常速度,并且發(fā)電機(jī)已同步,起動(dòng)裝置設(shè)定在100%位置,這樣主控制器信號不再受限制。

(4)自動(dòng)閥門試驗(yàn)(A TT)。機(jī)組運(yùn)行期間負(fù)荷應(yīng)小于80%,首先進(jìn)行的是某個(gè)ESV試驗(yàn),接著再進(jìn)行其對應(yīng)的CV閥。閥門從全開狀態(tài)離開時(shí),一個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器會工作同時(shí)記錄閥門關(guān)閉時(shí)間,并判斷該時(shí)間是否正確,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)反饋未來說明有故障,將退出試驗(yàn)。

(5)“X”準(zhǔn)則介紹。應(yīng)力控制器通過測量計(jì)算,控制機(jī)組啟動(dòng)過程中若干個(gè)特征數(shù)據(jù)“X”準(zhǔn)則,從而選擇最佳啟動(dòng)蒸汽參數(shù)與汽機(jī)的狀態(tài)參數(shù)相匹配,將機(jī)組啟動(dòng)過程中熱應(yīng)力控制在允許的范圍內(nèi)。其中:

X1,X2準(zhǔn)則——用來確定開啟高壓主汽閥時(shí)的主蒸汽參數(shù)。

X4,X5,X6準(zhǔn)則——用來確定汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前的蒸汽參數(shù)。

X7準(zhǔn)則——用來判斷汽機(jī)低速暖機(jī)是否結(jié)束,進(jìn)而可以升速至額定轉(zhuǎn)速。

X8準(zhǔn)則——用來判斷汽機(jī)高速暖機(jī)是否結(jié)束,進(jìn)而可以進(jìn)行發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。

變溫度準(zhǔn)則按照功能可以分為三個(gè)不同的部分:最小的蒸汽溫度限制以避免加熱組件時(shí)的不適當(dāng)冷卻,最小的汽缸溫度限制以避免在給定的蒸汽溫度下出現(xiàn)不適當(dāng)?shù)乃矔r(shí)的熱載荷,在汽輪機(jī)帶蒸汽沖轉(zhuǎn)前設(shè)置過熱度。

(6)汽輪機(jī)自啟動(dòng)。汽輪機(jī)自啟停(A TC)是以轉(zhuǎn)子應(yīng)力計(jì)算為基礎(chǔ),控制并監(jiān)視汽輪機(jī)從盤車、升速、并網(wǎng)到帶負(fù)荷全過程。在汽輪機(jī)起動(dòng)或負(fù)荷控制的任一階段,當(dāng)出現(xiàn)異常工況或者人工發(fā)出停止A TC程序的指令后,A TC系統(tǒng)應(yīng)能將汽輪機(jī)退回到所要求的運(yùn)行方式或自動(dòng)地按照與起動(dòng)時(shí)基本相反的程序退回到使異常工況消失的階段。汽輪機(jī)主控程序在汽輪機(jī)啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)及帶負(fù)荷工程中,監(jiān)視汽輪機(jī)的狀態(tài),如蒸汽溫度、閥門及汽缸的金屬溫度,并判斷是否滿足機(jī)組啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)的條件(X準(zhǔn)則)。在啟動(dòng)過程中,在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)向汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)及其它相關(guān)系統(tǒng)發(fā)出指令,并從這些系統(tǒng)接受反饋信號,使這些系統(tǒng)的狀態(tài)與汽輪機(jī)啟動(dòng)的要求適應(yīng)。

(7)汽輪機(jī)保護(hù)功能。西門子T-3000型DEH系統(tǒng)包含ETS功能,當(dāng)參數(shù)變化超過遮斷值時(shí),發(fā)出遮斷信號,通過TTS系統(tǒng)動(dòng)作停機(jī)電磁閥,遮斷機(jī)組。每個(gè)汽輪機(jī)進(jìn)汽閥安裝兩個(gè)失電動(dòng)作電磁閥,任意一個(gè)電磁閥動(dòng)作,汽輪機(jī)組停機(jī)。通過這種故障安全型的布置,最大限度的保證了汽輪機(jī)組的安全可靠性。ETS系統(tǒng)由汽輪機(jī)超速保護(hù)(OPS)、電子保護(hù)系統(tǒng)(EPS)、汽輪機(jī)遮斷系統(tǒng)(TTS)三部分組成。

三、存在問題和解決方法

1.控制邏輯問題

(1)調(diào)門邏輯不完善,單個(gè)跳閘電磁閥動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)組跳閘。寧海電廠跳閘電磁閥1由于接線松動(dòng),PAS2 SOUT報(bào)警觸發(fā),跳閘電磁閥失電動(dòng)作,導(dǎo)致進(jìn)油與回油管路導(dǎo)通,此時(shí)伺服閥指令一直存在,從而使EH油壓低導(dǎo)致機(jī)組跳閘。目前臺山電廠邏輯與寧海一致,同樣存在以下問題。

調(diào)門修改前邏輯:任一閥門任一跳閘電磁閥指令失電,閥門快關(guān),伺服閥指令輸出為0

調(diào)門修改后邏輯:每個(gè)閥門的跳閘電磁閥斷線報(bào)警PASSOU T快關(guān)對應(yīng)調(diào)門,或閥門指令大于閥位反饋10%且1號EH油泵出口油壓與2號EH油泵出口油壓都小于130bar快關(guān)對應(yīng)的調(diào)門。(注:防止閥門卡澀,引起油壓低保護(hù)動(dòng)作)

ETS動(dòng)作用到的PASSOU T邏輯如下:高壓缸、中壓缸兩側(cè)進(jìn)汽門都關(guān)閉,ETS保護(hù)動(dòng)作。跳閘高壓缸兩側(cè)閥門PASSOU T斷線保護(hù)邏輯:

中壓缸兩側(cè)進(jìn)汽閥門PASSOU T斷線保護(hù)邏輯:

兩種邏輯的區(qū)別,現(xiàn)在DEH修改后邏輯是哪個(gè)閥門的跳閘電磁閥發(fā)生PASSOUT就關(guān)對應(yīng)的閥門,機(jī)組正常運(yùn)行。ETS斷線保護(hù)的PASSOUT動(dòng)作,則機(jī)組跳閘。

(2)汽機(jī)已跳閘信號采用問題。廣東電力設(shè)計(jì)院認(rèn)為汽機(jī)跳閘信號應(yīng)采用主汽門關(guān)閉信號(行程開關(guān))進(jìn)行邏輯判斷后發(fā)出,而上海汽輪機(jī)廠認(rèn)為西門子汽機(jī)均采用DEH發(fā)出跳閘汽輪機(jī)信號作為汽機(jī)已跳閘信號,目前所有汽輪機(jī)閥門上均未設(shè)計(jì)機(jī)械行程開關(guān)。

2.T3000系統(tǒng)問題

(1)FM 458控制器內(nèi)的邏輯信號都不能強(qiáng)制。FM 458是高速處理器,西門子沒有設(shè)計(jì)信號強(qiáng)制功能,所以要采取增加冗余采樣信號的措施,提高信號可靠性,在線處理故障時(shí)可以避免使用強(qiáng)制功能。

(2)閥門LVDT失效處理不完善。在系統(tǒng)判斷LVDT接地或短線時(shí),閥門指令上將會疊加一個(gè)負(fù)向偏置,用于緩慢關(guān)閉LVDT失效閥門,但若出現(xiàn)LVDT失效與正常來回波動(dòng)時(shí)將會引起閥門指令來回變化而造成閥門波動(dòng),建議增加閥門開關(guān)試驗(yàn)功能按鈕,如果LVDT失效造成閥門波動(dòng),采取措施關(guān)閉閥門,避免損壞設(shè)備。

(3)CPU417中用到的是RAM存儲卡,CPU斷電后如果沒有電池保護(hù),將會使邏輯丟失,建議當(dāng)邏輯調(diào)試完成后,將RAM存儲卡換成FLASH卡,這樣CPU斷電后就不至于丟失程序。

3.信號設(shè)計(jì)問題

(1)缸溫、壁溫等用于TSE功能的溫度測點(diǎn)電纜沒有備用芯。由于西門子汽機(jī)對TSE功能要求嚴(yán)格,汽機(jī)區(qū)域又是電纜問題的多發(fā)地,必須留出足夠的備用芯。(2)高排通風(fēng)閥全開、全關(guān)信號各送出兩副接點(diǎn),均布置在一根電纜,若出現(xiàn)電纜問題將導(dǎo)致通風(fēng)閥信號異常。(3)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號6只,集中布置在兩根電纜,危險(xiǎn)較集中。(4)汽輪機(jī)調(diào)門、補(bǔ)汽閥電液轉(zhuǎn)換器冗余的兩個(gè)線圈指令信號和閥位反饋信號布置在同一根電纜中,汽輪機(jī)主汽門、調(diào)門、補(bǔ)汽閥關(guān)閉電磁閥1、2指令也均布置在同一根電纜,電纜故障時(shí)易導(dǎo)致信號同時(shí)異常。

四、總結(jié)

臺山電廠二期1000MW機(jī)組T3000型DEH系統(tǒng)還處于調(diào)試階段,系統(tǒng)漏洞還未完全暴露,需要積極借鑒和吸收寧海、玉環(huán)等電廠暴露出來的問題及解決方法。DEH系統(tǒng)邏輯組態(tài)是由西門子公司提供的,而DCS系統(tǒng)邏輯組態(tài)由和利時(shí)公司提供,邏輯缺乏統(tǒng)一技術(shù)管理,造成了某些控制邏輯的不完善,工程調(diào)試中需要臺山電廠、西門子、和利時(shí)、調(diào)試所等相關(guān)技術(shù)人員的共同努力,才能保證汽輪機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]樊印龍,張寶.西門子百萬千瓦級汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中的溫度制約[J].熱力透平,2008,(12)

[2]俞成立.1000MW汽輪機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)分析[J].華東電力,2007,(6)

[3]上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪機(jī)廠超超臨界汽輪機(jī)控制保護(hù)系統(tǒng)

book=77,ebook=108