溫焱明

（中山嘉明電力有限公司，廣東 中山 528437）

某電廠配置有2套GE公司額定負(fù)荷為390MW的S109FA型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)單軸熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。2套機(jī)組于2009年投產(chǎn)，為了提高燃機(jī)對(duì)天然氣燃料多樣化的適應(yīng)能力和減少氮氧化物排放，2套機(jī)組分別于2016年底和2017年初進(jìn)行了將DLN2.0+燃燒器升級(jí)為DLN2.6+燃燒器的替換性改造，同時(shí)相應(yīng)的控制系統(tǒng)也進(jìn)行了升級(jí)，從MARK VI升級(jí)到MARK VIe。

改造完成后啟機(jī)進(jìn)入溫度匹配階段時(shí)機(jī)組負(fù)荷大幅度下降，甚至下降至下限負(fù)荷導(dǎo)致機(jī)組跳閘保護(hù)動(dòng)作。為了防止保護(hù)動(dòng)作，運(yùn)行人員只能緊急操作退出溫度匹配進(jìn)程，等待儀控人員到場(chǎng)調(diào)整參數(shù)后重新投入溫度匹配控制程序，而且整個(gè)過(guò)程還需要得到嚴(yán)格的監(jiān)控，隨時(shí)根據(jù)負(fù)荷情況調(diào)整參數(shù)，稍有失誤，就可能導(dǎo)致溫度匹配程序自動(dòng)退出甚至機(jī)組跳閘動(dòng)作。直接降低了控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，耗時(shí)耗力，并且存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，可能造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。通過(guò)對(duì)機(jī)組多次啟停數(shù)據(jù)的分析和對(duì)燃機(jī)溫度匹配邏輯的研究，創(chuàng)建自適應(yīng)參數(shù)自動(dòng)調(diào)整邏輯，成功解決了二期機(jī)組DLN2.6+改造以來(lái)存在的溫度匹配不穩(wěn)定問題。該研究成果具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值，可應(yīng)用于全國(guó)其他同類型機(jī)組。

1 燃機(jī)溫度匹配原理

根據(jù)汽輪機(jī)高壓缸上缸內(nèi)壁溫度的差異，機(jī)組的啟動(dòng)狀態(tài)分為冷態(tài)、溫態(tài)和熱態(tài)3種狀態(tài)。其定義的溫度范圍分別是：高壓缸汽缸上內(nèi)壁溫度在204℃以下時(shí)為冷態(tài)啟動(dòng)。高壓缸進(jìn)汽缸上內(nèi)壁溫度在204～371℃之間時(shí)為溫態(tài)啟動(dòng)。高壓缸進(jìn)汽缸上內(nèi)壁溫度在371℃以上時(shí)為熱態(tài)啟動(dòng)。

9FA燃機(jī)機(jī)組的正常啟動(dòng)流程是：燃機(jī)發(fā)啟動(dòng)指令-啟動(dòng)器LCI將發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)-冷拖清吹-點(diǎn)火-暖機(jī)-升速-啟動(dòng)器脫扣-機(jī)組全速空載-發(fā)電機(jī)并網(wǎng)-溫度匹配。當(dāng)蒸汽品質(zhì)滿足要求后，汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)氣，進(jìn)入進(jìn)氣壓力控制IPC模式后，退出溫度匹配，汽輪機(jī)中、低壓缸進(jìn)汽，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組繼續(xù)帶負(fù)荷。

燃機(jī)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后執(zhí)行溫度匹配流程是為了減少汽輪機(jī)在進(jìn)汽過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，以保證汽輪機(jī)的安全和壽命。溫度匹配通過(guò)改變?nèi)紮C(jī)壓氣機(jī)的進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉IGV開度或者燃料供應(yīng)量，進(jìn)而將燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度控制至某一計(jì)算值，最終保證余熱鍋爐產(chǎn)生的主蒸汽經(jīng)過(guò)主汽門后溫度稍高于汽輪機(jī)汽缸壁溫，從而保證汽缸進(jìn)汽后缸壁得到均勻受熱，為機(jī)組進(jìn)一步提升負(fù)荷作準(zhǔn)備。當(dāng)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度相對(duì)缸溫較高，需要通過(guò)開大IGV增加空氣量來(lái)降低排氣溫度；當(dāng)機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度相對(duì)缸溫較低，而此時(shí)IGV處于最小開度（改造前49°，改造后41.5°），需要增加燃料量來(lái)提高排氣溫度。

溫度匹配功能的投入由DCS和MARK VIe頁(yè)面的手動(dòng)投入/切除按鈕共同完成，溫度設(shè)定值和溫度變化率則均由DCS產(chǎn)生。當(dāng)溫度匹配的條件滿足后，在DCS頁(yè)面中設(shè)定匹配溫度值，然后在MARK Vie頁(yè)面按“ST Temp Matching ON”，機(jī)組即進(jìn)入溫度匹配模式。排氣溫度設(shè)定值變化率由DCS手動(dòng)設(shè)定，一般取0.265℃/s。排氣溫度設(shè)定值為：

TTRXMTM_cmd=T+110℃

式中，T為汽輪機(jī)高壓缸上缸內(nèi)壁溫度，TTRXMTM_cmd為溫度匹配控制的溫度設(shè)定值。為了保證高壓主蒸汽溫度能夠高于高壓缸進(jìn)汽室金屬溫度，選擇高壓缸進(jìn)汽上缸內(nèi)壁溫度，加上110℃作為燃機(jī)排氣溫度目標(biāo)溫度設(shè)定值，防止高壓主蒸汽進(jìn)入汽缸后對(duì)高壓缸造成冷沖擊，造成設(shè)備損傷。同時(shí)系統(tǒng)還設(shè)置了溫度匹配時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度的最大值限制值為566℃和最小限制值為371℃，以防止高壓主蒸汽溫度高、低溫超限。高溫限制是為了防止余熱鍋爐超溫以及汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度超高限。低溫則是保證高壓主蒸汽溫度有一定的過(guò)熱度，防止蒸汽帶水進(jìn)入汽輪機(jī)，保護(hù)汽輪機(jī)，同時(shí)也是燃機(jī)在極端工況下所需保證的低限溫度。

投入溫度匹配所需滿足的條件如下：

（1）轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)TNR處于100.3%～102%之間；

（2）機(jī)組并網(wǎng)；

（3）排氣溫度定值小于溫控曲線定值；

（4）TNR處于IGV控制排氣溫度時(shí)所允許的范圍。

一般在機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)（特別是缸溫超過(guò)420℃），也可不投溫度匹配，通過(guò)加負(fù)荷來(lái)提高主蒸汽溫度，當(dāng)主蒸汽壓力高于39kg/cm2，主蒸汽溫度高于高壓缸內(nèi)缸上壁溫度，且蒸汽品質(zhì)合格后，可以使汽機(jī)高壓缸進(jìn)氣。本項(xiàng)目的研究主要是針對(duì)冷態(tài)或溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)，燃機(jī)排氣溫度大于缸溫，需要投入溫度匹配，通過(guò)保持恒定的燃料量（TNR調(diào)整至TNKTML），開大IGV增加空氣量來(lái)降低排氣溫度的情況。TNR為轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)變量，該變量來(lái)自負(fù)荷增減指令邏輯，最終影響燃?xì)馊剂狭康妮敵?，按照轉(zhuǎn)速不等率的設(shè)定，其與燃料基準(zhǔn)FSR的關(guān)系如下式：

投入溫度匹配后，程序自動(dòng)將TNR調(diào)整至TNKTML以保持燃料量不變。

2 溫度匹配異常問題

燃機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)進(jìn)入溫度匹配階段時(shí)出現(xiàn)了機(jī)組負(fù)荷大幅度下降，甚至下降至下限負(fù)荷導(dǎo)致機(jī)組跳閘保護(hù)動(dòng)作的情況。如圖1所示為某次冷態(tài)啟機(jī)進(jìn)入溫度匹配時(shí)出現(xiàn)的逆功率保護(hù)動(dòng)作事件。

圖1 溫度匹配引起跳閘甩負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作事件

G2.DWATT為機(jī)組負(fù)荷（發(fā)電功率），G2.CSGV為IGV開度，G2.L52ONLINE為機(jī)組并網(wǎng)標(biāo)志（1為并網(wǎng)），G2.L83TMSEL為溫度匹配投入標(biāo)志（1為投入）。從圖1可見，在機(jī)組并網(wǎng)時(shí)，投入溫度匹配后，IGV接收溫度匹配控制程序降低排氣溫度的請(qǐng)求開始從最小開度41.5°逐漸開大，而機(jī)組負(fù)荷也開始由20MW下降至導(dǎo)致機(jī)組跳閘甩負(fù)荷動(dòng)作值-4.8MW，此時(shí)IGV開度53.8°，機(jī)組解列，溫度匹配強(qiáng)制退出。

為了防止甩負(fù)荷事件的發(fā)生，嘗試將影響負(fù)荷的溫度匹配TNR基準(zhǔn)值常數(shù)TNKTML提高，即提高燃料量以防止功率下降至下限負(fù)荷，但更改該值過(guò)大會(huì)出現(xiàn)投入溫度匹配前因燃料量輸入偏大導(dǎo)致燃?xì)馀艢鉁囟瘸^(guò)566℃，出現(xiàn)自動(dòng)減負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作的情況，致使無(wú)法順利投入溫度匹配。而將該值改大至不會(huì)導(dǎo)致排氣溫度超溫的數(shù)值時(shí)，又可能會(huì)出現(xiàn)溫度匹配的整改過(guò)程IGV無(wú)法重新關(guān)至最小角度41.5°。即使在某種工況下，更改該參數(shù)至合適值不會(huì)出現(xiàn)以上的情況。但當(dāng)工況變化時(shí)，如天氣溫度變化，壓氣機(jī)效率變化等，該參數(shù)又不適合，會(huì)出現(xiàn)同樣的問題。

鑒于以上的情況，當(dāng)機(jī)組冷態(tài)或穩(wěn)態(tài)啟動(dòng)時(shí)，就需要由儀控工程師到場(chǎng)監(jiān)視邏輯運(yùn)行，根據(jù)負(fù)荷情況隨時(shí)調(diào)整該參數(shù)，整個(gè)過(guò)程大約需要2h。調(diào)整TNKTML參數(shù)不是通過(guò)監(jiān)控畫面來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是采用邏輯組態(tài)軟件的信號(hào)強(qiáng)制功能，作為一種調(diào)試和應(yīng)急的功能，稍有不慎，就有可能出現(xiàn)失誤，出現(xiàn)數(shù)值過(guò)大或過(guò)小，或者變化率過(guò)快，超過(guò)限制值導(dǎo)致自動(dòng)退出溫度匹配進(jìn)程，嚴(yán)重則可能導(dǎo)致負(fù)荷波動(dòng)甚至跳閘保護(hù)動(dòng)作。這種方式降低了機(jī)組運(yùn)行的自動(dòng)化水平，耗時(shí)耗力，而且存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 溫度匹配異常原因分析

在溫度匹配投入初期，汽輪機(jī)尚未進(jìn)汽做功，分析簡(jiǎn)化為如圖2所示為燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)單循環(huán)原理圖，理論上可看成發(fā)電機(jī)負(fù)荷dwatt為：

分析溫度匹配時(shí)出現(xiàn)的負(fù)荷下降，從能量守恒的角度看，要么是能量輸入lt減小，透平做功下降，要么就是能量消耗ly增大。

圖2 單軸燃?xì)廨啓C(jī)的簡(jiǎn)單循環(huán)原理圖

首先從能量輸入方面來(lái)看，按照溫度匹配程序的設(shè)定，投入溫度匹配后，如圖3所示系統(tǒng)通過(guò)ERRORADJ算法將TNR調(diào)整至TNKTML（控制死區(qū)0.02）并保持不變，由式（2），若TNHSYS不變，則燃料基準(zhǔn)FSR也保持不變。TNHSYS為機(jī)組大軸轉(zhuǎn)速的修正值，在溫度匹配階段該值也保持不變。由圖4事件的曲線也可以看到FSR在投入溫度匹配后保持不變。

圖3 TNR調(diào)整至TNKTML算法

圖4 溫度匹配時(shí)FSR保持不變的曲線

由此可見，燃料量輸入的熱量q1沒有發(fā)生變化。但開大IGV使空氣量增加，進(jìn)而透平的膨脹做功lt會(huì)有增大。簡(jiǎn)化為定比熱過(guò)程分析，lt的計(jì)算公式為：

式中：q1+q2為空氣質(zhì)量流量加上天然氣質(zhì)量流量，即為透平排氣總流量，kg/s；q0為燃機(jī)冷卻空氣量，kg/s；Cp為比熱容，kJ/kg·℃；T3為透平入口溫度，℃；T4為透平出口溫度，℃；ηt、ηm分別為等熵膨脹效率及機(jī)械效率。

q0取為壓氣機(jī)空氣流量q1的19.29%，Cp取為1.15，ηt、ηm分別為0.88和0.97。

將運(yùn)行數(shù)據(jù)代入公式（4）可得到如圖5中透平膨脹做功lt的變化曲線。隨著IGV開度的增大，理論計(jì)算的透平膨脹做功從對(duì)應(yīng)發(fā)電功率為12.9MW時(shí)的121MW上升至保護(hù)動(dòng)作（發(fā)電機(jī)功率-4.8MW）時(shí)的126MW，出力增加了5MW。

從能量消耗方面來(lái)看，壓氣機(jī)消耗軸功率ly根據(jù)壓氣機(jī)等熵壓縮原理可由以下公式來(lái)表示：

式中：q為空氣質(zhì)量流量，kg/s；γ為空氣的絕熱指數(shù)，一般可取為1.4；Rg為氣體常數(shù)，取287J/kg·k；T1為壓氣機(jī)入口空氣的熱力學(xué)溫度，K；T2為壓氣機(jī)出口空氣的熱力學(xué)溫度，K；π為壓氣機(jī)壓比。

將運(yùn)行數(shù)據(jù)代入公式（5）可得到如圖5中壓氣機(jī)耗功ly的變化曲線，即隨著IGV開度的增大，壓氣機(jī)耗功也大幅增加。理論計(jì)算的壓氣機(jī)耗功從對(duì)應(yīng)發(fā)電功率為12.9MW時(shí)的106MW上升至保護(hù)動(dòng)作（發(fā)電機(jī)功率-4.8MW）時(shí)的133MW，耗功增加了27MW?？梢?，在IGV開大的過(guò)程中，壓氣機(jī)耗功增加量大于透平做功出力的增加量。耗功大于透平剩余用于發(fā)電的所有負(fù)荷，需要吸收電網(wǎng)負(fù)荷，故出現(xiàn)了逆功率（功率為負(fù)值）的情況。

圖5 壓氣機(jī)耗功變化曲線

研究IGV開度變化與壓氣機(jī)耗功變化的關(guān)系可采用以坐標(biāo)起點(diǎn)為零點(diǎn)形成圖6曲線和擬合公式，在某種確定性的工況下條件下，壓氣機(jī)功耗的變化與IGV開度的變化是接近線性的關(guān)系。

圖6 壓氣機(jī)耗功變化與IGV開度變化關(guān)系曲線和公式

圖7為以相同時(shí)間點(diǎn)為起點(diǎn)計(jì)算的壓氣機(jī)耗功變化、透平膨脹做功出力變化和發(fā)電機(jī)功率變化曲線，其中壓氣機(jī)耗功和透平膨脹做功出力隨時(shí)間為正向增加，發(fā)電機(jī)功率隨時(shí)間為負(fù)向減小。變化量絕對(duì)值處理后進(jìn)行曲線對(duì)比，壓氣機(jī)耗功變化量基本等于透平出力和發(fā)電機(jī)功率變化量之和，且透平出力的變化趨勢(shì)相對(duì)平緩。通過(guò)這個(gè)曲線可以總結(jié)出，發(fā)電機(jī)功率下降出現(xiàn)逆功率的主要原因是IGV開大導(dǎo)致壓氣機(jī)功耗增大。

圖7 IGV開大過(guò)程壓氣機(jī)功耗、透平出力和發(fā)電機(jī)功率變化曲線

4 溫度匹配控制優(yōu)化對(duì)策研究

從以上的原因分析可以看出，要優(yōu)化溫度匹配控制程序，避免出現(xiàn)逆功率保護(hù)情況，可以從減少壓氣機(jī)耗功或增加透平出力來(lái)實(shí)現(xiàn)。

從壓氣機(jī)耗功公式（5）可以看出，在其他條件不變的情況下，通過(guò)提高壓氣機(jī)效率可以降低壓氣機(jī)功耗，但壓氣機(jī)效率的提高在正常運(yùn)行時(shí)只能通過(guò)壓氣機(jī)水洗來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且壓氣機(jī)進(jìn)氣溫度的變化等因素也會(huì)影響效率，所能提高的效率有限，達(dá)不到大幅度降低壓氣機(jī)功耗的目的。從壓氣機(jī)耗功變化與IGV開度變化關(guān)系曲線和公式來(lái)看，降低壓氣機(jī)功耗也可以通過(guò)限制IGV開度來(lái)實(shí)現(xiàn)，即IGV開度變化量引起的功耗變化量不應(yīng)超過(guò)當(dāng)時(shí)的發(fā)電機(jī)功率加上逆功率下限值4.8MW。在本文案例中即IGV開度不能大于50°。但限制IGV開度會(huì)導(dǎo)致燃機(jī)排氣溫度不能下降至滿足溫控定值的要求，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)蒸汽溫度的控制。因此降低壓氣機(jī)功耗的方式不可行。

增加透平出力在透平效率一定的情況下就是要增加熱量q1的輸入，即增加燃料量，在控制系統(tǒng)里就是提高FSR數(shù)值，也就是TNR的數(shù)值。實(shí)現(xiàn)的方案有以下3種。

（1）根據(jù)壓氣機(jī)功耗計(jì)算公式（5）和冷態(tài)、熱態(tài)啟動(dòng)在不同大氣溫度下的實(shí)際數(shù)據(jù)建立1個(gè)以大氣溫度和初始缸溫為輸入量的復(fù)合函數(shù)，該函數(shù)輸出值為TNKTML，該值應(yīng)能保證TNR輸入能量大于IGV開大時(shí)壓氣機(jī)的耗功。此方案的困難在于要搜集多個(gè)溫度下兩種態(tài)啟動(dòng)的數(shù)據(jù)。而且即使建立了該函數(shù)、壓氣機(jī)和透平效率，燃料熱值等的變化也會(huì)導(dǎo)致函數(shù)值失效，因?yàn)檫@些因素會(huì)導(dǎo)致壓氣機(jī)功耗和透平出力發(fā)生變化。

（2）更改TNR溫控調(diào)節(jié)邏輯，就是修改在機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)才起作用的邏輯功能介入?yún)⑴c冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程的IGV溫控調(diào)節(jié)，見圖8。該邏輯原設(shè)計(jì)為熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，因燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度相對(duì)缸溫較低，而此時(shí)IGV處于最小開度，故需要增加燃料量供應(yīng)來(lái)提高排氣溫度，即需要增大TNR。更改L3TMTNR邏輯可以使功能投入，更改L33TMR1和L33TML1邏輯加入功率限制可以啟動(dòng)調(diào)節(jié)TNR的功能。但此段邏輯屬于控制系統(tǒng)關(guān)鍵邏輯，屬GE廠家保護(hù)邏輯，只有GE在美國(guó)本土的公司才能修改。若通過(guò)廠家修改，需要提交申請(qǐng)，還需要交納金額較大的技術(shù)服務(wù)費(fèi)用。

圖8 TNR溫控調(diào)節(jié)邏輯

（3）根據(jù)公式（2），在溫度匹配控制程序里通過(guò)增大控制TNR的TNKTML常數(shù)可以提高FSR。既然目標(biāo)是控制發(fā)電機(jī)功率不低于保護(hù)下限值，考慮一些裕度，可以設(shè)計(jì)1套以確定功率值范圍為目標(biāo)的邏輯，該邏輯可以根據(jù)功率的變化情況動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)整TNKTML，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入燃料量的調(diào)節(jié)，增加能量輸入，避免出現(xiàn)逆功率保護(hù)。即設(shè)定1個(gè)功率下限，實(shí)際功率低于下限時(shí)以一定的速率增加TNKTML；為保證最后IGV能回到最小角度，設(shè)定一個(gè)功率上限，實(shí)際功率超過(guò)上限時(shí)以一定的速率減小TNKTML。此種方案不需要考慮影響壓氣機(jī)功耗和透平出力變化的因素，只要以負(fù)荷為限制邊界，避免發(fā)生逆功率保護(hù)，就可以解決問題，是一種有效且容易實(shí)現(xiàn)的方案。

5 溫度匹配參數(shù)動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)整邏輯的設(shè)計(jì)

由于如圖3所示的TNKTML邏輯算法在受保護(hù)邏輯頁(yè)，因此無(wú)法在該邏輯頁(yè)增加邏輯。鑒于在控制系統(tǒng)里有1個(gè)用戶可編輯修改區(qū)域CUSTOM程序區(qū)，可以在該區(qū)域創(chuàng)建新邏輯TASK頁(yè)tempmatch，創(chuàng)建邏輯實(shí)現(xiàn)對(duì)原常數(shù)TNKTML的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)整，將其改為一個(gè)動(dòng)態(tài)變量，邏輯算法如圖9所示。

圖9 TNKTML動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)整邏輯

邏輯中算法塊COMPARE_1實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)功率DWATT的運(yùn)行下限判斷，設(shè)定下限值為15MW；算法塊COMPARE_2實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)功率DWATT的運(yùn)行上限判斷，設(shè)定上限為30MW；算法塊RUNG_1和RUNG_2里的L83TMSEL為溫度匹配投入標(biāo)志，兩個(gè)算法限定在溫度匹配階段TNKTML變量參數(shù)才執(zhí)行自適應(yīng)調(diào)整功能；算法SELECT_1是參數(shù)選擇模塊，當(dāng)SEL1輸入值為1時(shí)，選擇IN1的輸入值（0.0002）至OUT輸出，當(dāng)SEL2輸入值為1時(shí)，選擇IN2（-0.0002）的輸入值至OUT輸出；算法塊ADD_1將IN1和IN2的數(shù)值相加后通過(guò)OUT輸出；算法MANSETP_1為手動(dòng)設(shè)定模塊，在這里主要實(shí)現(xiàn)輸出值的上下限制和預(yù)置輸出數(shù)值功能，即將OUTPUT值TNKTML限制在100.3至100.6之間，同時(shí)在未投入溫度匹配時(shí)（L83TMSEL信號(hào)取反）將TNKTML預(yù)置到100.3，保證投入前不需要太高的負(fù)荷，防止排氣溫度超溫。

為了防止邏輯執(zhí)行調(diào)節(jié)TNKTML參數(shù)時(shí)變化速度過(guò)快導(dǎo)致負(fù)荷變化過(guò)大，需要進(jìn)行變化速率控制，但系統(tǒng)中自帶的具有速率限制功能的開關(guān)輸入調(diào)節(jié)模擬量算法受權(quán)限保護(hù)限制無(wú)法使用。邏輯中設(shè)計(jì)的ADD_1和MANSETP_1算法構(gòu)成的循環(huán)加法實(shí)現(xiàn)了速率控制功能。

圖10 循環(huán)加法實(shí)現(xiàn)速率控制

如圖10為簡(jiǎn)化示意圖，即TNKTML=TNKTML+Srate，邏輯每執(zhí)行1個(gè)周期，該加法執(zhí)行1次，TNKTML增加或較小Srate（正值增加，負(fù)值減?。?。Tempmatch邏輯頁(yè)所在的執(zhí)行周期為40ms，因此1s執(zhí)行25周期，即每秒TNKTML變化25×Srate。因系統(tǒng)中正常負(fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)TNR的變化速率為每秒0.00555，采用該速率作為TNKTML的變化速率，則Srate=0.00555÷25≈±0.0002。

設(shè)定負(fù)荷下限為15WM是考慮燃燒系統(tǒng)穩(wěn)定燃燒安全裕度的經(jīng)驗(yàn)值。負(fù)荷上限30MW是考慮汽機(jī)已經(jīng)開始進(jìn)氣，負(fù)荷已經(jīng)可以維持較高位置，因此可以開始降低TNR以提高聯(lián)合循環(huán)整體效率且保證最后IGV能關(guān)至最小運(yùn)行角度。因?yàn)榻档蚑NR后，在控制同樣的排氣溫度下可以相應(yīng)關(guān)小IGV，壓氣機(jī)耗功會(huì)減小。TNKTML最小值定為100.3是考慮多種工況下投入溫度匹配前排氣溫度不會(huì)超溫的數(shù)值。TNKTML最大值100.6是依據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速不等率為4%計(jì)算，0.3對(duì)應(yīng)的負(fù)荷大約為29.25MW，已能滿足各工況下壓氣機(jī)耗功的吸收，不會(huì)出現(xiàn)逆功率情況。

TNKTML動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)整邏輯實(shí)現(xiàn)的效果可描述為：溫度匹配投入前，TNKTML參數(shù)被預(yù)置至100.3。投入溫度匹配后，若負(fù)荷低于15MW，則開始按每秒0.005的速率增加TNKTML，最大不超過(guò)100.6，當(dāng)負(fù)荷超過(guò)15MW則停止增加；若負(fù)荷大于30MW，則開始按每秒0.005的速率減小TNKTML，最小減至100.3。TNKTML作為參數(shù)進(jìn)入溫度匹配主邏輯進(jìn)行TNR的調(diào)節(jié)。

6 溫度匹配控制系統(tǒng)優(yōu)化效果

利用某次4#機(jī)組停機(jī)較長(zhǎng)時(shí)間，需要冷態(tài)啟動(dòng)的機(jī)會(huì)，首先在4#機(jī)組MARK VIe上設(shè)計(jì)了邏輯并完成仿真測(cè)試。隨后，在4#機(jī)組的實(shí)際冷態(tài)啟動(dòng)中驗(yàn)證了邏輯，執(zhí)行情況如圖11溫度匹配自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整曲線。投入溫度匹配后，隨著IGV的開大，負(fù)荷開始從26MW下降至15MW以下，TNKTML自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整邏輯開始起作用，TNR按照預(yù)定速率開始增加，負(fù)荷下降速度開始減小。至TNR升到100.45時(shí)，負(fù)荷開始由下降的最小負(fù)荷點(diǎn)6.5MW重新開始上升。TNR到達(dá)最大限100.6時(shí)，負(fù)荷升至14MW，并隨著汽機(jī)進(jìn)氣，負(fù)荷開始往上增加。在汽機(jī)繼續(xù)加載，發(fā)電負(fù)荷大于30MW后，TNR緩慢下降至100.3。隨著高壓缸金屬溫度逐步上升，排氣溫度目標(biāo)值也會(huì)隨之上升，IGV最后也順利關(guān)至最小運(yùn)行角度41.5。

實(shí)際運(yùn)行情況證明溫度匹配控制系統(tǒng)優(yōu)化方案達(dá)到了預(yù)期的效果。成功解決了二期機(jī)組DNL2.6改造以來(lái)存在的匹配異常問題，減少機(jī)組啟動(dòng)溫度匹配時(shí)間，消除安全隱患，提高了機(jī)組運(yùn)行的自動(dòng)化水平和可靠性。

7 結(jié)語(yǔ)

圖11 溫度匹配自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整曲線

由于燃機(jī)系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜，所以溫度匹配異常的主要原因分析、解決方案的確定，受權(quán)限保護(hù)邏輯的修改等方面都存在困難。但通過(guò)理論結(jié)合數(shù)據(jù)的分析，自創(chuàng)動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)整邏輯等創(chuàng)新方式還是能成功地解決問題。而國(guó)內(nèi)其他相同機(jī)型機(jī)組也存在這一問題，研究成果可推廣到這些機(jī)組，以達(dá)到消除安全隱患，提高了機(jī)組運(yùn)行自動(dòng)化水平和可靠性的目的。