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新协调控制理论在1000MW机组上的应用

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  摘要:神华国华绥中发电有限责任公司#3、#4机组的分散控制系统采用的是SIEMENS 公司的T3000 系统。协调控制系统作为T3000 系统的一部分,被称之为MCS ,MCS 覆盖了整个锅炉侧的自动调节及部分汽机侧的调节系统。通过对神华国华绥中发电有限责任公司1000MW机组协调控制系统进行了分析,介绍相关的1000WM机组新改进控制策略和逻辑关系。
  关键词: 控制系统;控制逻辑;协调控制系统
  中图分类号:TL362文献标识码: A
  
  1 前言
  
  东汽1000MW汽轮机为单轴四缸四排汽凝汽式,额定出力1000MW,主汽压力25MPa,主汽温度600℃/600℃;从机头到机尾依次串联,一个单流高压缸、一个双流中压缸及两个双流低压缸。采用一次中间再热,凝汽器设计为双背压,机组设计为高压缸启动方式,旁路系统采用一级启动旁路,容量为35%B-MCR,只能满足机组启动需要,不具备保护功能。
  2 机炉协调控制
  
  负荷控制有以下四种方式,每种方式根据汽机主控和锅炉主控回路确定。负荷指令同时送到锅炉主控和汽机主控,功率偏差被控制在最小。
  2.1协调控制方式(CCS)
  当锅炉主控和汽机主控都在在自动时采用这种方式。在协调方式下,锅炉和汽机并行操作。在这种方式下锅炉控制汽机入口蒸汽压力,汽机控制功率,两者相互影响。因此,负荷变化过程先于锅炉指令信号,同时压力变化过程修正调节阀位置。
  2.2锅炉跟随方式(BF)
  当汽机主控在手动,锅炉主控在自动时采用这种方式。在这种方式下,锅炉控制汽机入口蒸汽压力,同时汽机调门采用手动调节功率。在这种方式下,主汽压力偏差与调节级压力产生汽机能量信号的前馈共同产生锅炉主控信号去风和燃料和水回路。
  2.3汽机跟随方式(TF)
  当汽机主控在自动,锅炉主控在手动时采用这种方式。在这种操作方式下,汽机控制汽机入口蒸汽压力,通过调节锅炉的燃烧率来获得期望的负荷。操作员在锅炉主控上手动设定燃料和风和水指令,改变锅炉能量水平。
  2.4手动方式(BASE)
  汽机主控在手动和锅炉主控在手动时采用这种操作方式。在这种方式下锅炉和汽机单独操作,由操作员负责控制负荷和压力。
  
  3 机组主控
  
  3.1目标负荷设定
  在机炉协调控制方式下,机组的目标负荷可以由运行人员手动设定,也可以接受中调来的负荷指令(AGC)信号。如果机组不在机炉协调控制方式下,目标负荷跟踪实际的负荷信号。
  3.2负荷变化率设定
  为了防止目标负荷出现阶跃变化对控制系统的冲击,控制系统中设计了负荷变化率限制。负荷变化率可以手动设定,也可以自动设定。在自动方式时,根据机组给定负荷自动给出机组的负荷变化率。在手动方式时,负荷变化率可在机炉协调画面的负荷变化率设定区设定。
  3.3频率偏置
  频率偏差信号加到机组给定负荷回路,以便和DEH的一次调频功能相适应。一次调频功能有一个不灵敏区(2rpm)。频率偏置只有在 CCS方式才能起作用。另外加入了主汽压力设定值对机组参与电网一次调频的积极程度进行干预。为了防止对锅炉输入控制指令的影响以及为了保证锅炉在安全范围之内运行,频率偏置回路还设计了最大、最小限制回路和速率限制功能。
  3.4机组负荷上限、下限
  设计了机组负荷的上限和下限,只有在CCS方式才可由运行人员设定机组负荷的上限和下限,机组目标负荷经上限和下限限制后形成机组给定负荷指令。
  3.5机组负荷禁增、禁降
  设计机组负荷的禁增禁降功能是为了维持机组的稳定运行并作为机组控制系统的保护手段之一。当机组运行在 CCS方式时,某些重要的子控制回路如汽机调门、给水、燃料或风量达到其控制范围的边界状态,机组将不能连续的稳定运行。当出现机组禁增或禁降条件时,相应方向的负荷变化率将强制切换到零,这时机组负荷只允许单方向变化。如果相应的重要子控制回路重新回到控制范围,该项限制不起作用。
  
  4 汽机主控
  
  机组运行在 CCS方式下时,汽机主控接受机组主控系统来的机组给定负荷信号控制发电机有功功率和采用主蒸汽压力偏差校正实际负荷,并对汽机调门给出某种限制,所以机组实际负荷兼顾给定负荷和主汽压力偏差。在TF方式下,汽机主控根据主汽主汽压力偏差形成。汽机主控不在自动时,当在DEH方式时,汽机主控输出跟踪调节器设定点。当DEH在CCS控制方式时,汽机主控由运行人员手动操作。
  
  5 锅炉主控
  
  锅炉输入指令信号在 CCS方式下由机组给定负荷信号和主蒸汽压力校正信号组合形成,在BF方式下由机组实际负荷信号和主蒸汽压力校正信号组合形成。当发生机组RUN BACK工况时,锅炉输入指令信号将根据预先设定的RUN BACK目标值和RUN BACK速率强制下降。锅炉主控在给水手动时,锅炉输入指令跟踪给水流量信号(转换成%)。
  
  6 主蒸汽压力控制
  
  自动给出主蒸汽压力的滑压设定值:
  在CCS方式下根据机组负荷指令信号。
  在非CCS方式下根据锅炉输入指令信号。
  也可以切换到定压方式,可以由运行人员改变主蒸汽压力设定值。建议在滑压偏置小于0.5MPa时投入滑压控制。定压方式只是在刚投入压力自动时实际压力与滑压设定偏差过大时防止有扰动的一种手段,机组正常运行建议投入滑压方式。
  在主蒸汽压力设定值回路中设计了一个相应于锅炉时间常数的惯性环节,这是由于锅炉时间常数的影响,使得当锅炉输入指令变化时主蒸汽压力的响应有一个滞后。
  
  7 湿态/干态切换
  
  作为超临界锅炉的特点,有两种运行方式。它们的分界点大约在锅炉产生的蒸汽流量等于锅炉最小给水流量的工况点上。如果锅炉产生的蒸汽流量小于锅炉最小给水流量,即称为“湿态方式”, 如果锅炉产生的蒸汽流量大于锅炉最小给水流量,即称为“干态方式”。湿态运行方式可以被看作一个汽包锅炉。当然,随着锅炉运行方式的不同,控制策略也会不同。大体上,可以根据机组负荷指令来判断锅炉运行方式的切换。当机组负荷大于290MW且炉水循环泵停止或一级旁路阀关时可认为转为干态;机组负荷小于250MW时认为湿态。当锅炉由湿态方式切换到干态方式时,汽水分离器储水箱液位也被用作一个切换条件。
  
  8 RUN BACK
  
  RUN BACK(RB)功能设计用在下述工况上:
  如果在机组正常运行时出现锅炉或汽机重要辅机事故跳闸的工况,锅炉输入指令将会按照预先设定的速率快速下降,下降速率根据跳闸辅机的种类不同而有所不同。如果不作上述处理,机组将不能继续稳定运行。锅炉输入指令将一直下降到剩余运行辅机所能允许的负荷水平为止。
  为了达到锅炉输入指令快速下降的目的,锅炉侧的相应子控制回路均应在自动控制方式,这些子控制回路包括给水、燃料量、送风和炉膛压力。此外,机组运行方式自动转到机跟炉(TF)方式,压力设定自动转为滑压方式。RB 发生后,锅炉输入指令将在锅炉输入方式下以预先设定的目标值和变化率来减少,这时机炉协调控制方式将退出。
  本厂现在设计的 RB 考虑了以下辅机:
  送风机、引风机、一次风机、和给水泵、磨煤机。
  送风机、引风机、磨煤机的 RB 速率为 50%/min;
  给水泵和一次风机的 RB 速率为 100%/min。
  
  结论
  本文对国华绥中发电厂2*1000MW机组协调控制系统进行了介绍分析,给出了相关的主要新控制策略和逻辑关系。该系统动作迅速、稳定性高。现已投入正常运行,且运行稳定。使1000MW级机组协调控制理念的研究迈上新台阶,有利于促进相关行业的科技进步,并能加快推进我国大型电站控制理念质的飞跃。
  参考文献
  刘吉臻,协调控制与给水合成控制【M】,北京:水里电力出版社,1995。
  罗万金,电厂热工过程自动调节【M】,北京:水里电力出版社,1991。
  巨林仓,火电厂热工过程自动调节【M】,西安: 西安交通大学出版社, 1994。
  作者简介:
  孙庆超 男,(1984.07.26),毕业日期:2008年7月10日,毕业学校:沈阳工程学院,工作单位:绥中发电有限责任公司,职称:助理工程师。通讯地址:辽宁葫芦岛绥中发电有限责任公司热工室.

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