1000MW超超臨界火電機組鍋爐給水泵汽輪機的控制

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

2、輪機的制造又進入了新的發(fā)展階段,達到了世界先進水平.本文從鍋爐給水泵汽輪機的控制角度介紹該汽輪機的工作特點和控制系統(tǒng)的組成.2工作特點和控制要求一發(fā)電機組運行時,鍋爐給水流量的波動會對機組負荷,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重要手段.1000MW超超臨界燃煤機組每臺機組配置3臺變速泵來控制給水流量,二臺汽輪機分別帶50%容量汽動給水泵,一臺30%容量電動給水泵作為啟動及帶低負荷或當一臺汽動給水泵由同一臺電動機驅(qū)動.鍋爐給水泵汽輪機構(gòu)成給水系統(tǒng)的一部分,汽動給水泵由給水泵汽輪機直接驅(qū)動,通過了三菱重工技術(shù)進行設計,該汽輪機為單缸,單

3、流,沖動式,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/給水泵汽輪機正常工作汽源采用主機四段抽汽,啟動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)設計有汽源自動切換機構(gòu).通過低壓系統(tǒng),用輔助蒸汽啟動鍋爐給水泵汽輪25%主機THA負荷時(定壓和滑壓),該機構(gòu)能夠自動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,允許輔助蒸汽和低壓蒸汽同時作為給水泵汽輪機的工作汽源.正常運行時,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)速控制信號的要求,首先打開低壓調(diào)閥再打開高壓調(diào)閥.高壓調(diào)閥高壓主汽門圖1給水泵汽輪機汽源配置圖備用汽源(再熱冷端蒸汽)低壓汽源(主機四段抽汽)輔助蒸汽其他汽源每個單獨的高壓/低壓閥配備自己的執(zhí)行器,執(zhí)行器接收來自汽輪機數(shù)字式電一液調(diào)節(jié)系統(tǒng)MEH的信號.通過MEH的軟件完成上面框圖所示的性能.3給水泵汽輪機控制系統(tǒng)的組成給水泵汽輪機的控制包括汽機的起,停,汽機的調(diào)速和穩(wěn)速,汽機運行各參數(shù)的檢測以及汽機的超速等保護.控制系統(tǒng)大至可分為:MEH的核心是在設計運行范圍內(nèi)能滿足系統(tǒng)要求的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路,調(diào)節(jié)器能接受來自鍋爐給水

5、控制系統(tǒng)的420mA的信號,能夠單機或并列運行.MEH還包括轉(zhuǎn)速設定值,升速率,限值設定,閥門切換,試驗,汽機的超速試驗等.包括汽輪機的超速保護,軸承溫度高,油壓,真空度低等聯(lián)鎖保護.給水泵,汽輪機的振動,位移,偏心檢測及聯(lián)鎖.4.在DCS中完成的帶聯(lián)鎖的電動盤車,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,油霧抽吸風機的控制等.?2?針對給水泵汽輪機的特點,給水泵汽輪機控制系統(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,是控制應用軟件的圖形

6、組態(tài)調(diào)試,系統(tǒng)監(jiān)視,維護和專用工具.I采用Epm公司MMS6000系列產(chǎn)品.4給水泵汽輪機的數(shù)字式電一液調(diào)節(jié)系統(tǒng)刪給水泵汽輪機的數(shù)字式電一液調(diào)節(jié)系統(tǒng)MEH以汽輪機為控制對象,MEH的主要任務是接受來自鍋爐控制系統(tǒng)(ccs)的指令,通過運算,輸出調(diào)門開度指令信號,控制給水泵汽輪機的轉(zhuǎn)速來控制給水流量以滿足鍋爐給水的要求.給水泵汽輪機控制系統(tǒng)MEH包括系統(tǒng)配套的就地儀表,計算機控制部分及液壓伺服系統(tǒng).每臺給水泵汽輪機的計算機控制系統(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)速信號處理,故障判斷2)啟動控制:開關(guān)主汽門控制3)操

7、作方式選擇:包括MEH操作員手,自動控制和遠程鍋爐給水自動控制選擇,以及機械和電超速試驗,速關(guān)閥關(guān)閉試驗,電磁閥在線試驗,閥門校驗等各種功能試驗4)轉(zhuǎn)速控制:目標轉(zhuǎn)速及升降速率的設定和限制,轉(zhuǎn)速自動過臨界控制,轉(zhuǎn)速PID調(diào)?3-節(jié)5)超速保護控制功能,包括機械和電超速試驗,超速保護跳機,轉(zhuǎn)速信號故障6)閥位輸出控制:包括高低壓閥門開度控制,閥門位置反饋7)盤車裝置:帶聯(lián)鎖的電動盤車裝置8)操作,報表,趨勢打印等管理9)完善的通訊能力:包括與DCS,DEH等系統(tǒng)的自由通訊1)就地自動控制:轉(zhuǎn)速自動控制方式是自動調(diào)節(jié)常用的方式之一,運行操作人員根據(jù)汽輪機運行狀態(tài)及操作程序,通過操作員站改變目標轉(zhuǎn)速

8、和升降速率,給定轉(zhuǎn)速隨目標轉(zhuǎn)速的變化而變化,MEH對實際轉(zhuǎn)速和給定轉(zhuǎn)速的差值進行PID運算,輸出控制信號到執(zhí)行器,改變調(diào)閥油動機的位置,控制進入汽輪機的蒸汽流量,使汽輪機的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化.2)遠程鍋爐給水自動控制(遙控):在啟動過程完成且滿足投遙控條件后,可通過操作員站投入遠程鍋爐給水自動控制(即遙控)方式,此時,MEH僅作為一執(zhí)行器,接受來自鍋爐控制系統(tǒng)的420?nA轉(zhuǎn)速控制信號,送控制回路,作為轉(zhuǎn)速控制目標值.3)操作員手動控制:手動控制為開環(huán)控制方式,操作人員通過操作員站閥位增減按鈕直接控制調(diào)節(jié)汽閥開度.投入自動控制或手動方式信號時,將切除鍋爐給水自動控制方式.無論切換何種運行方式,都保證

9、系統(tǒng)的平穩(wěn)即無擾切換.給水泵汽輪機MEH系統(tǒng)控制框圖如下.?4?圖3MEH系統(tǒng)控制框圖汽輪機運行中,MEH調(diào)節(jié)器給定轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速比較,經(jīng)PID調(diào)節(jié)運算后,輸出高低壓閥門控制信號,控制調(diào)節(jié)閥開度,改變汽輪機的轉(zhuǎn)速,使實際轉(zhuǎn)速跟隨給定轉(zhuǎn)速.1)轉(zhuǎn)速給定轉(zhuǎn)速給定計算是將一輸入的階躍信號(轉(zhuǎn)速目標值),根據(jù)所設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.汽輪機啟動過程中,開主汽門后,根據(jù)汽機狀態(tài)可選擇就地自動控制或操作員手動控制鍋爐控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制信號.切換到操作員手動控制方式時,自動跟蹤實際轉(zhuǎn)速,然后由操作人員直接給出調(diào)閥開度信號.在汽機跳閘時,轉(zhuǎn)速目標值為零.2)轉(zhuǎn)速實際值汽輪

10、機裝有三個轉(zhuǎn)速探頭,轉(zhuǎn)速輸人信號控制回路對三個轉(zhuǎn)速信號進行三取二,取中間值作為汽機轉(zhuǎn)速反饋信號.3)轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)速給定值與汽機轉(zhuǎn)速反饋信號相比較后,經(jīng)PID調(diào)節(jié)后,輸出汽機轉(zhuǎn)速控制信號至高,低壓調(diào)閥控制汽機運行.4)調(diào)閥的控制程來控制蒸汽調(diào)閥的開度.執(zhí)行機構(gòu)是一種電液傳感器.通過一個兩線圈極化的螺線管,一個永久性的磁鐵,一個線管磁引力產(chǎn)生相應的改變.電流的降低使磁引力下降,這導致了與中心彈簧反向的力的減負荷活塞上的供應壓力會引起輸出軸沿負方向旋轉(zhuǎn).當輸出軸旋轉(zhuǎn)時,其運動緊跟著反饋連配有一個帶彈簧復原的單作用伺服油缸.油以供給壓力并且復原彈簧推動伺服活塞的底部,使伺服活塞朝負的方向移動.活塞的移動

11、控制了蒸汽調(diào)閥的開度.在油壓損失時,復原彈簧把伺服活塞恢復到閉合的位置.當放大器不使用時,它也使控的.5給水泵汽輪機控制操作并可作為單元DCS操作人員工作站的備用設備.?顯示,操作,管理,數(shù)據(jù)存儲的人系統(tǒng)接口.1)操作員通過操作員站可以實現(xiàn):過程監(jiān)控報警,報告的管理過程趨勢的分析歷史數(shù)據(jù)的存檔記錄與報告的產(chǎn)生全系統(tǒng)級的診斷面對應用的幫助功能2)操作員站作為人系統(tǒng)接口,過程監(jiān)視和控制是主要功能,它形象地提供過程,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:汽機控制:包括起停控制,操作方式選擇,目標轉(zhuǎn)速及升降速率設定,汽機轉(zhuǎn)速和閥指令及反饋顯示,趨勢曲線圖,MEH停機首出信號等.汽機超速試驗:包括超速試驗方式選擇與試驗的運行操作等.小機ETS畫面:包括油壓,真空度,軸承溫度,軸振動,位移聯(lián)鎖保護與首出.6小結(jié)作為主要輔機,1000MW超超臨界燃煤機組配套用的鍋爐給水泵汽輪機的制造成功使我國大