1000MW超超臨界火電機(jī)組鍋爐給水泵汽輪機(jī)的控制

1、1000MW超超臨界火電機(jī)組鍋爐給水泵汽輪機(jī)的控制1000MW超超臨界火電機(jī)組鍋爐給水泵汽輪機(jī)的控制杭州汽輪機(jī)股份黃之浚曹李農(nóng)摘要:本文介紹了我國(guó)第一臺(tái)1000MW超超臨界燃煤機(jī)組配套用鍋爐給水泵汽輪機(jī)工作特點(diǎn)和控制系統(tǒng)的組成.重點(diǎn)敘述了該汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)MEH的系統(tǒng)配置和功能.關(guān)鍵詞:1000MW超超臨界火電機(jī)組給水泵汽輪機(jī)控制系統(tǒng)1概述隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國(guó)電力工業(yè)正以前所未有的速度在迅速發(fā)展.采用大容量,高參電機(jī)組的主要輔機(jī),日前在杭州汽輪機(jī)股份成功制造了我國(guó)第一臺(tái)為國(guó)電泰州發(fā)電一期工程2×在該容量驅(qū)動(dòng)給水泵工業(yè)汽輪機(jī)領(lǐng)域完全依賴(lài)進(jìn)口的局面,標(biāo)志著我國(guó)大型火電機(jī)組鍋爐給水泵汽

2、輪機(jī)的制造又進(jìn)入了新的發(fā)展階段,達(dá)到了世界先進(jìn)水平.本文從鍋爐給水泵汽輪機(jī)的控制角度介紹該汽輪機(jī)的工作特點(diǎn)和控制系統(tǒng)的組成.2工作特點(diǎn)和控制要求一發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí),鍋爐給水流量的波動(dòng)會(huì)對(duì)機(jī)組負(fù)荷,主蒸汽壓力和溫度,蒸汽流量等重要參數(shù)產(chǎn)生影響.鍋爐給水量的控制成為控制鍋爐出口主蒸汽溫度的一個(gè)重要手段.1000MW超超臨界燃煤機(jī)組每臺(tái)機(jī)組配置3臺(tái)變速泵來(lái)控制給水流量,二臺(tái)汽輪機(jī)分別帶50%容量汽動(dòng)給水泵,一臺(tái)30%容量電動(dòng)給水泵作為啟動(dòng)及帶低負(fù)荷或當(dāng)一臺(tái)汽動(dòng)給水泵由同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng).鍋爐給水泵汽輪機(jī)構(gòu)成給水系統(tǒng)的一部分,汽動(dòng)給水泵由給水泵汽輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng),通過(guò)了三菱重工技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),該汽輪機(jī)為單缸,單

3、流,沖動(dòng)式,純凝汽,低溫再熱蒸汽內(nèi)切換,額定工況(THA)功率為13915kW,額定轉(zhuǎn)速為5749r/min,調(diào)速范圍為28506300r/給水泵汽輪機(jī)正常工作汽源采用主機(jī)四段抽汽,啟動(dòng)用汽源采用輔助蒸汽,額定工況四-1?段抽汽壓力為0.8MPa(a),備用汽源采用再熱器冷段蒸汽,壓力為4.94MPa(a).裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)有汽源自動(dòng)切換機(jī)構(gòu).通過(guò)低壓系統(tǒng),用輔助蒸汽啟動(dòng)鍋爐給水泵汽輪25%主機(jī)THA負(fù)荷時(shí)(定壓和滑壓),該機(jī)構(gòu)能夠自動(dòng)將汽源從輔助汽源切換到低壓汽源,或從低壓汽源切換到輔助汽源.切換時(shí),允許輔助蒸汽和低壓蒸汽同時(shí)作為給水泵汽輪機(jī)的工作汽源.正常運(yùn)行時(shí),從輔助蒸汽到低壓蒸汽或從低壓蒸

4、汽到輔助蒸汽的汽源切換只使用低壓系統(tǒng),而不使用高壓系統(tǒng),高壓系統(tǒng)僅作備用.按照轉(zhuǎn)速控制信號(hào)的要求,首先打開(kāi)低壓調(diào)閥再打開(kāi)高壓調(diào)閥.高壓調(diào)閥高壓主汽門(mén)圖1給水泵汽輪機(jī)汽源配置圖備用汽源(再熱冷端蒸汽)低壓汽源(主機(jī)四段抽汽)輔助蒸汽其他汽源每個(gè)單獨(dú)的高壓/低壓閥配備自己的執(zhí)行器,執(zhí)行器接收來(lái)自汽輪機(jī)數(shù)字式電一液調(diào)節(jié)系統(tǒng)MEH的信號(hào).通過(guò)MEH的軟件完成上面框圖所示的性能.3給水泵汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的組成給水泵汽輪機(jī)的控制包括汽機(jī)的起,停,汽機(jī)的調(diào)速和穩(wěn)速,汽機(jī)運(yùn)行各參數(shù)的檢測(cè)以及汽機(jī)的超速等保護(hù).控制系統(tǒng)大至可分為:MEH的核心是在設(shè)計(jì)運(yùn)行范圍內(nèi)能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路,調(diào)節(jié)器能接受來(lái)自鍋爐給水

5、控制系統(tǒng)的420mA的信號(hào),能夠單機(jī)或并列運(yùn)行.MEH還包括轉(zhuǎn)速設(shè)定值,升速率,限值設(shè)定,閥門(mén)切換,試驗(yàn),汽機(jī)的超速試驗(yàn)等.包括汽輪機(jī)的超速保護(hù),軸承溫度高,油壓,真空度低等聯(lián)鎖保護(hù).給水泵,汽輪機(jī)的振動(dòng),位移,偏心檢測(cè)及聯(lián)鎖.4.在DCS中完成的帶聯(lián)鎖的電動(dòng)盤(pán)車(chē),油系統(tǒng)交流主,輔油泵和直流事故油泵的控制,輸油泵及油箱液位,溫度,油霧抽吸風(fēng)機(jī)的控制等.?2?針對(duì)給水泵汽輪機(jī)的特點(diǎn),給水泵汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的硬件配置如下圖.圖2控制系統(tǒng)配置圖控制系統(tǒng)MEH,ETS硬件采用西屋/OVATION系統(tǒng).成過(guò)程控制中的通訊,數(shù)據(jù)采集,回路和順序等控制功能.MEH系統(tǒng)配置的操作員站,用站,是控制應(yīng)用軟件的圖形

6、組態(tài)調(diào)試,系統(tǒng)監(jiān)視,維護(hù)和專(zhuān)用工具.I采用Epm公司MMS6000系列產(chǎn)品.4給水泵汽輪機(jī)的數(shù)字式電一液調(diào)節(jié)系統(tǒng)刪給水泵汽輪機(jī)的數(shù)字式電一液調(diào)節(jié)系統(tǒng)MEH以汽輪機(jī)為控制對(duì)象,MEH的主要任務(wù)是接受來(lái)自鍋爐控制系統(tǒng)(ccs)的指令,通過(guò)運(yùn)算,輸出調(diào)門(mén)開(kāi)度指令信號(hào),控制給水泵汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制給水流量以滿(mǎn)足鍋爐給水的要求.給水泵汽輪機(jī)控制系統(tǒng)MEH包括系統(tǒng)配套的就地儀表,計(jì)算機(jī)控制部分及液壓伺服系統(tǒng).每臺(tái)給水泵汽輪機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由一套冗余CPU和一套輸入/輸出模件,通訊接口,冗余電源以及操作員站和工程師站組成.1)轉(zhuǎn)速輸入:包括轉(zhuǎn)速采樣,轉(zhuǎn)速信號(hào)處理,故障判斷2)啟動(dòng)控制:開(kāi)關(guān)主汽門(mén)控制3)操

7、作方式選擇:包括MEH操作員手,自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程鍋爐給水自動(dòng)控制選擇,以及機(jī)械和電超速試驗(yàn),速關(guān)閥關(guān)閉試驗(yàn),電磁閥在線(xiàn)試驗(yàn),閥門(mén)校驗(yàn)等各種功能試驗(yàn)4)轉(zhuǎn)速控制:目標(biāo)轉(zhuǎn)速及升降速率的設(shè)定和限制,轉(zhuǎn)速自動(dòng)過(guò)臨界控制,轉(zhuǎn)速PID調(diào)?3-節(jié)5)超速保護(hù)控制功能,包括機(jī)械和電超速試驗(yàn),超速保護(hù)跳機(jī),轉(zhuǎn)速信號(hào)故障6)閥位輸出控制:包括高低壓閥門(mén)開(kāi)度控制,閥門(mén)位置反饋7)盤(pán)車(chē)裝置:帶聯(lián)鎖的電動(dòng)盤(pán)車(chē)裝置8)操作,報(bào)表,趨勢(shì)打印等管理9)完善的通訊能力:包括與DCS,DEH等系統(tǒng)的自由通訊1)就地自動(dòng)控制:轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制方式是自動(dòng)調(diào)節(jié)常用的方式之一,運(yùn)行操作人員根據(jù)汽輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及操作程序,通過(guò)操作員站改變目標(biāo)轉(zhuǎn)速

8、和升降速率,給定轉(zhuǎn)速隨目標(biāo)轉(zhuǎn)速的變化而變化,MEH對(duì)實(shí)際轉(zhuǎn)速和給定轉(zhuǎn)速的差值進(jìn)行PID運(yùn)算,輸出控制信號(hào)到執(zhí)行器,改變調(diào)閥油動(dòng)機(jī)的位置,控制進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量,使汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化.2)遠(yuǎn)程鍋爐給水自動(dòng)控制(遙控):在啟動(dòng)過(guò)程完成且滿(mǎn)足投遙控條件后,可通過(guò)操作員站投入遠(yuǎn)程鍋爐給水自動(dòng)控制(即遙控)方式,此時(shí),MEH僅作為一執(zhí)行器,接受來(lái)自鍋爐控制系統(tǒng)的420?nA轉(zhuǎn)速控制信號(hào),送控制回路,作為轉(zhuǎn)速控制目標(biāo)值.3)操作員手動(dòng)控制:手動(dòng)控制為開(kāi)環(huán)控制方式,操作人員通過(guò)操作員站閥位增減按鈕直接控制調(diào)節(jié)汽閥開(kāi)度.投入自動(dòng)控制或手動(dòng)方式信號(hào)時(shí),將切除鍋爐給水自動(dòng)控制方式.無(wú)論切換何種運(yùn)行方式,都保證

9、系統(tǒng)的平穩(wěn)即無(wú)擾切換.給水泵汽輪機(jī)MEH系統(tǒng)控制框圖如下.?4?圖3MEH系統(tǒng)控制框圖汽輪機(jī)運(yùn)行中,MEH調(diào)節(jié)器給定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速比較,經(jīng)PID調(diào)節(jié)運(yùn)算后,輸出高低壓閥門(mén)控制信號(hào),控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)度,改變汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速,使實(shí)際轉(zhuǎn)速跟隨給定轉(zhuǎn)速.1)轉(zhuǎn)速給定轉(zhuǎn)速給定計(jì)算是將一輸入的階躍信號(hào)(轉(zhuǎn)速目標(biāo)值),根據(jù)所設(shè)定的升速率與升速率限定值轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗须A梯斜坡(轉(zhuǎn)速給定)值.汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中,開(kāi)主汽門(mén)后,根據(jù)汽機(jī)狀態(tài)可選擇就地自動(dòng)控制或操作員手動(dòng)控制鍋爐控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào).切換到操作員手動(dòng)控制方式時(shí),自動(dòng)跟蹤實(shí)際轉(zhuǎn)速,然后由操作人員直接給出調(diào)閥開(kāi)度信號(hào).在汽機(jī)跳閘時(shí),轉(zhuǎn)速目標(biāo)值為零.2)轉(zhuǎn)速實(shí)際值汽輪

10、機(jī)裝有三個(gè)轉(zhuǎn)速探頭,轉(zhuǎn)速輸人信號(hào)控制回路對(duì)三個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行三取二,取中間值作為汽機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào).3)轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)速給定值與汽機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)相比較后,經(jīng)PID調(diào)節(jié)后,輸出汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)至高,低壓調(diào)閥控制汽機(jī)運(yùn)行.4)調(diào)閥的控制程來(lái)控制蒸汽調(diào)閥的開(kāi)度.執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種電液傳感器.通過(guò)一個(gè)兩線(xiàn)圈極化的螺線(xiàn)管,一個(gè)永久性的磁鐵,一個(gè)線(xiàn)管磁引力產(chǎn)生相應(yīng)的改變.電流的降低使磁引力下降,這導(dǎo)致了與中心彈簧反向的力的減負(fù)荷活塞上的供應(yīng)壓力會(huì)引起輸出軸沿負(fù)方向旋轉(zhuǎn).當(dāng)輸出軸旋轉(zhuǎn)時(shí),其運(yùn)動(dòng)緊跟著反饋連配有一個(gè)帶彈簧復(fù)原的單作用伺服油缸.油以供給壓力并且復(fù)原彈簧推動(dòng)伺服活塞的底部,使伺服活塞朝負(fù)的方向移動(dòng).活塞的移動(dòng)

11、控制了蒸汽調(diào)閥的開(kāi)度.在油壓損失時(shí),復(fù)原彈簧把伺服活塞恢復(fù)到閉合的位置.當(dāng)放大器不使用時(shí),它也使控的.5給水泵汽輪機(jī)控制操作并可作為單元DCS操作人員工作站的備用設(shè)備.?顯示,操作,管理,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的人系統(tǒng)接口.1)操作員通過(guò)操作員站可以實(shí)現(xiàn):過(guò)程監(jiān)控報(bào)警,報(bào)告的管理過(guò)程趨勢(shì)的分析歷史數(shù)據(jù)的存檔記錄與報(bào)告的產(chǎn)生全系統(tǒng)級(jí)的診斷面對(duì)應(yīng)用的幫助功能2)操作員站作為人系統(tǒng)接口,過(guò)程監(jiān)視和控制是主要功能,它形象地提供過(guò)程,系統(tǒng),操作狀態(tài)等參數(shù)和圖型的顯示,MEH系統(tǒng)操作員站的主要操作匭面包括:汽機(jī)控制:包括起?？刂?操作方式選擇,目標(biāo)轉(zhuǎn)速及升降速率設(shè)定,汽機(jī)轉(zhuǎn)速和閥指令及反饋顯示,趨勢(shì)曲線(xiàn)圖,MEH停機(jī)首出信號(hào)等.汽機(jī)超速試驗(yàn):包括超速試驗(yàn)方式選擇與試驗(yàn)的運(yùn)行操作等.小機(jī)ETS畫(huà)面:包括油壓,真空度,軸承溫度,軸振動(dòng),位移聯(lián)鎖保護(hù)與首出.6小結(jié)作為主要輔機(jī),1000MW超超臨界燃煤機(jī)組配套用的鍋爐給水泵汽輪機(jī)的制造成功使我國(guó)大