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        動(dòng)葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行平衡出力策略研究

        2021-01-06 23:14:41李達(dá)
        家園·電力與科技 2021年9期
        關(guān)鍵詞:自動(dòng)化控制線性

        李達(dá)

        摘要:本文通過(guò)在鍋爐負(fù)壓自動(dòng)控制系統(tǒng)中嵌入風(fēng)機(jī)出力平衡模塊,解決風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程因動(dòng)葉線性偏差大引起的搶風(fēng)現(xiàn)象。該模型不依賴(lài)設(shè)備的實(shí)際線性曲線,具有調(diào)整簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)修正并列風(fēng)機(jī)出力的功能,對(duì)鍋爐壓力控制回路優(yōu)化與運(yùn)行具有重要意義。

        關(guān)鍵詞:自動(dòng)化控制;鍋爐壓力控制;并列運(yùn)行;線性;軸流風(fēng)機(jī);電流偏差

        現(xiàn)代人民生產(chǎn)生活離不開(kāi)電能,在我國(guó)暫時(shí)還沒(méi)有哪一種穩(wěn)定、可靠、易控的能源來(lái)替代火電重要地位?;痣婂仩t在運(yùn)行中就要考慮到負(fù)壓控制。爐膛負(fù)壓過(guò)大或過(guò)小將引起鍋爐爆炸,所以鍋爐負(fù)壓自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定具有重要意義。

        目前針對(duì)電站鍋爐爐膛負(fù)壓自動(dòng)控制系統(tǒng)一般都是常規(guī)PID單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng),它的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但是缺點(diǎn)比較多例如:模型依賴(lài)性比較高,模型不易確定,無(wú)法克服設(shè)備線性問(wèn)題,干擾因素較多,負(fù)荷適應(yīng)性不強(qiáng)等。后來(lái)隨著模糊自適應(yīng)PID算法的出現(xiàn),減少了引風(fēng)機(jī)在調(diào)整爐膛負(fù)壓時(shí)的超調(diào)量,明顯提高了調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)靈敏度。近些年隨著人工智能的發(fā)展,國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)模型自適應(yīng)控制控制算法的研究及成果。

        一、某大型鍋爐負(fù)壓自動(dòng)控制介紹

        某大型鍋爐控制系統(tǒng)采用的是上海新華控制技術(shù)(集團(tuán))有限責(zé)任公司的集散控制系統(tǒng)OnXDC2.1軟件系統(tǒng)是目前比較成熟的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

        在CCS協(xié)調(diào)控制投入前需要投入爐膛負(fù)壓自動(dòng)控制。爐膛負(fù)壓自動(dòng)控制由中兩臺(tái)并列式動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)投入自動(dòng)調(diào)整,其結(jié)構(gòu)是一個(gè)雙執(zhí)行機(jī)構(gòu)單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng),主要調(diào)節(jié)量為爐膛壓力,經(jīng)過(guò)一個(gè)LAG模塊處理爐膛壓力信號(hào),再和設(shè)定值進(jìn)行一個(gè)偏差計(jì)算輸出到爐膛壓力控制回路PI模塊進(jìn)行計(jì)算產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)葉指令,同時(shí)包含一、二次風(fēng)機(jī)出力,鍋爐主燃料量的前饋與爐膛壓力控制回路PI模塊產(chǎn)生的動(dòng)葉指令進(jìn)行求和得到引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉綜合指令。偏置模塊輸出偏置量與引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉綜合指令結(jié)合分配到各引風(fēng)機(jī)控制器,最終通過(guò)控制引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉控制爐膛負(fù)壓。如圖1

        二、某大型鍋爐爐膛壓力控制回路存在的問(wèn)題

        2018年01月17日某廠循環(huán)流化床鍋爐兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行,尾部煙道積灰較多,乙炔吹灰時(shí)尾部煙道瞬時(shí)受阻,爐膛出現(xiàn)正壓導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)出力自動(dòng)突增,由于引風(fēng)機(jī)運(yùn)行線性不一致,在動(dòng)葉全開(kāi)過(guò)程中,兩臺(tái)風(fēng)機(jī)一臺(tái)過(guò)負(fù)荷,一臺(tái)負(fù)荷突降至空載,總引風(fēng)量瞬間降低,爐膛壓力突增導(dǎo)致鍋爐跳閘保護(hù)條件觸發(fā),鍋爐停爐。

        三、并列運(yùn)行風(fēng)機(jī)出現(xiàn)搶風(fēng)現(xiàn)象的原因

        造成并列運(yùn)行風(fēng)機(jī)失速搶風(fēng)原理上就是工作點(diǎn)進(jìn)入了實(shí)際失速曲線內(nèi),主要原因有以下幾點(diǎn):

        (一)檢修時(shí)在調(diào)整動(dòng)葉安裝角度初始位置、最終位置調(diào)試不夠精確。

        (二)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)連桿、梅花墊與控制軸相連,在運(yùn)行過(guò)程中因長(zhǎng)期振動(dòng)、摩擦可能會(huì)出現(xiàn)空檔;反饋機(jī)構(gòu)、油缸和動(dòng)葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝、運(yùn)行中也出現(xiàn)空檔,這些都會(huì)影響到風(fēng)機(jī)運(yùn)行的線性。[1]

        (三)風(fēng)機(jī)安裝時(shí)存在差異。各級(jí)葉片實(shí)際形狀、安裝角度不一致,運(yùn)行中部分葉片漂移先發(fā)生失速現(xiàn)象。[2]

        (四)運(yùn)行中引風(fēng)機(jī)葉片因所處工作環(huán)境惡劣,部分葉片磨損或者損壞等都會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)自身運(yùn)行曲線造成影響。

        (五)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道特性偏差,造成易失速風(fēng)機(jī)管道阻力系數(shù)較大,比如進(jìn)出口門(mén)有節(jié)流,尾部煙道擋板開(kāi)度不一致,煙道堵灰情況等

        四、爐膛壓力自動(dòng)控制回路策略修正

        為防止搶風(fēng)現(xiàn)象發(fā)生,通過(guò)對(duì)現(xiàn)有上海新華控制技術(shù)(集團(tuán))有限責(zé)任公司的集散控制系統(tǒng)的XCU組態(tài)軟件中的MCS系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí),在鍋爐負(fù)壓控制回路嵌入引風(fēng)機(jī)出力平衡模塊。

        該引入風(fēng)機(jī)出力平衡模塊設(shè)計(jì)的主要控制策略是:將引入兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)電流求偏差,通過(guò)對(duì)偏差電流進(jìn)行PI計(jì)算輸出引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉一個(gè)微調(diào)值,將此值與原引風(fēng)機(jī)偏置求和生成一個(gè)新偏置指令調(diào)節(jié)兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出力差,從根本上解決并列運(yùn)行引風(fēng)機(jī)因線性不一致出現(xiàn)搶風(fēng)現(xiàn)象。需要考慮解決的問(wèn)題有以下幾點(diǎn):

        (一)引風(fēng)機(jī)電流量作為熱工模擬量輸入的可行性

        雖然經(jīng)過(guò)交直流轉(zhuǎn)變后DCS采集的引風(fēng)機(jī)電機(jī)4-20mA電流有效值直流信號(hào)與熱工信號(hào)并沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別但新增模塊采用電流量作為熱工模擬量輸入仍是一個(gè)挑戰(zhàn),因?yàn)殡娏髁縼?lái)自電流互感器,不易核對(duì)準(zhǔn)確性且易出現(xiàn)階躍性波動(dòng)最終導(dǎo)致可靠性差,不能作為模擬量輸入信號(hào)。但本文中引入的兩個(gè)電流量是用于求偏差的,基于相似原理,對(duì)兩臺(tái)型號(hào)一致的電動(dòng)機(jī)、原動(dòng)機(jī)、電流互感器來(lái)說(shuō),相同出力的引風(fēng)機(jī)電流不會(huì)偏差太大。

        (二)動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行自動(dòng)平衡回路模塊設(shè)計(jì)

        該平衡模塊加在原偏置控制器之后,它與原偏置控制器串聯(lián)在一起,均單獨(dú)設(shè)有相互切換和跟蹤功能。它們的運(yùn)行都建立在兩臺(tái)風(fēng)機(jī)動(dòng)葉全部投入自動(dòng)上的基礎(chǔ)之上,任意一臺(tái)引風(fēng)機(jī)未自動(dòng)控制該平衡模塊和偏置控制器均不輸出偏置參與兩臺(tái)風(fēng)機(jī)出力調(diào)整。

        首先仍然要考慮引風(fēng)機(jī)電流可能的不穩(wěn)定性,防止制動(dòng)控制誤動(dòng)作,可以增加引風(fēng)機(jī)電流測(cè)點(diǎn)為兩個(gè),加入電流測(cè)點(diǎn)品質(zhì)判斷,消除壞點(diǎn)影響,對(duì)電流進(jìn)行滯后處理和平滑濾波,保證模電流擬量輸入平穩(wěn)度,在引入偏差計(jì)算前對(duì)數(shù)值進(jìn)行限幅處理,設(shè)置輸入有效值為電機(jī)空載電流到額定出力10%,防止因電流模擬量信號(hào)故障出現(xiàn)超調(diào)。

        然后引入兩臺(tái)風(fēng)機(jī)電流做偏差,通過(guò)限制電流差,將電流差輸入PI模塊經(jīng)過(guò)計(jì)算生成一個(gè)實(shí)時(shí)微調(diào)偏置,此偏置與原來(lái)手動(dòng)偏置控制器輸出求和后分配到兩個(gè)引風(fēng)機(jī)控制器,通過(guò)實(shí)時(shí)微調(diào)兩臺(tái)并列運(yùn)行風(fēng)機(jī)動(dòng)葉偏差來(lái)保證兩臺(tái)風(fēng)機(jī)出力一致,避免搶風(fēng)現(xiàn)象發(fā)生。

        為防止風(fēng)機(jī)偏置出力頻繁調(diào)整,可在PI模塊設(shè)置電流調(diào)整死區(qū),將兩臺(tái)風(fēng)機(jī)電流差限制在一個(gè)比較寬的經(jīng)驗(yàn)值范圍,根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)得到只要不出現(xiàn)搶風(fēng)現(xiàn)象然后留有余量即可,如(-10,+10)A。

        考慮到事故情況下,任一臺(tái)風(fēng)機(jī)電流低于某一閥值(停機(jī)電流或電機(jī)空載電流),將閉鎖偏差輸出,風(fēng)機(jī)自動(dòng)跳手動(dòng),防止事故情況下風(fēng)機(jī)自動(dòng)誤調(diào)整。

        對(duì)平衡回路PI輸出偏置與原偏置指令控制器求和得到的最終偏置指令輸出再次設(shè)置高低限,不僅約束故障電流對(duì)風(fēng)機(jī)出力平衡的破壞還能避免操作者誤輸指令和調(diào)試者更改參數(shù)異常對(duì)并列風(fēng)機(jī)平衡運(yùn)行的影響。

        并列運(yùn)行風(fēng)機(jī)初狀態(tài)動(dòng)葉線性不一致運(yùn)行危害性要遠(yuǎn)小于終態(tài)不一致,因?yàn)榻K態(tài)系統(tǒng)阻力更大,動(dòng)葉迎角更大,工作點(diǎn)更靠近失速線,更易出現(xiàn)失速的現(xiàn)象。為應(yīng)對(duì)動(dòng)葉終端不一致現(xiàn)象,保證兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的調(diào)整效果,在電流不超情況下限制兩臺(tái)風(fēng)機(jī)最大動(dòng)葉調(diào)整指令不超105%某一時(shí)間,即電流不超情況時(shí)允許該引風(fēng)機(jī)將動(dòng)葉指令超過(guò)5%,即設(shè)定值允許(0%~105%),并且超正常值(0-100%)時(shí)給予聲光報(bào)警提示。

        以下是設(shè)計(jì)后的邏輯原理圖:如圖2

        (三)自動(dòng)平衡回路模塊調(diào)節(jié)特性的驗(yàn)證

        將自動(dòng)平衡回路模塊嵌入本廠仿真機(jī)新華DCS組態(tài)控制軟件中,利用仿真軟件檢測(cè)平衡回路工作情況。由于仿真軟件無(wú)法模擬并列風(fēng)機(jī)失速現(xiàn)象,故將兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)手動(dòng)調(diào)節(jié)至偏差電流超過(guò)死區(qū)但不超出最終指令上下限的時(shí)候,再投入兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)自動(dòng),檢查驗(yàn)證兩臺(tái)風(fēng)機(jī)最終動(dòng)葉動(dòng)作和電流偏差情況符合預(yù)期。將兩臺(tái)風(fēng)機(jī)電流偏差調(diào)至死區(qū)以下,投入自動(dòng)檢查動(dòng)葉偏差無(wú)變化,在設(shè)定爐膛負(fù)壓觀察動(dòng)葉偏差和電流偏差情況最終驗(yàn)證整個(gè)控制回路動(dòng)作符合預(yù)期。

        結(jié)論

        本文分析了軸流風(fēng)機(jī)失速的原因,提出在控制回路中加入風(fēng)機(jī)出力平衡模塊,利用電流偏差比對(duì)并列運(yùn)行風(fēng)機(jī)進(jìn)行時(shí)時(shí)微調(diào),從而保證在全行程范圍內(nèi)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)不發(fā)生較大出力偏差,有效的避免了因線性偏差造成的風(fēng)機(jī)搶風(fēng)現(xiàn)象,對(duì)爐膛壓力平穩(wěn)定予以較好的保證。但是在具體參數(shù)設(shè)置上還要根據(jù)實(shí)際情況確定。

        參考文獻(xiàn):

        [1]王新生 動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)調(diào)整異常原因分析及措施 江西電力,2004,(5):27-29

        [2]李海送 動(dòng)葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)動(dòng)葉漂移原因分析及預(yù)防措施 中國(guó)信息科技,2012,(9):117-118

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