巴基斯坦木扎法戈電站4號機組汽輪機功率分配與控制

巴基斯坦木扎法戈電站4號機組汽輪機功率分配與控制

1發(fā)電機與deh巴基斯坦木扎法水庫4號生產(chǎn)能力為320噸，是中國最大的出口機組。三大主機鍋爐、汽輪機、發(fā)電機由上海電氣集團公司供貨。鍋爐為自然循環(huán),燃油,燃氣箱式鍋爐。主要參數(shù)為:主蒸汽流量為1025t/h,再熱蒸汽流量837t/h,汽包壓力18.24MPa,過熱和再熱汽溫均為541℃。再熱汽溫的主要調(diào)節(jié)方式為2臺煙氣再循環(huán)風機,調(diào)節(jié)再循環(huán)煙氣量。再熱器噴水為輔助調(diào)節(jié)手段。汽輪機的主要參數(shù)為:進汽壓力為17.46MPa,進汽溫度538℃/538℃。排汽壓力0.0071MPa,額定功率320MW。發(fā)電機主要參數(shù)為320000/376470kW/kV。功率因數(shù)量0.85。送、引風機各為2臺離心式風機調(diào)節(jié)入口動葉。機組配3臺50%容量的電動調(diào)速水泵。DEH由新華控制工程供貨,新華公司還總承了DCS,采用WDPF-1型分散控制系統(tǒng)。機組于1996年12月31日并網(wǎng)成功。1997年3月份帶上大負荷,4月底CCS具備投自動條件的大部分系統(tǒng)都初步投入自動。在一般情況下,控制系統(tǒng)要在不同負荷工況下,進行負荷擾動和設(shè)定值擾動試驗,細調(diào)各調(diào)節(jié)器的整定參數(shù),才能使控制系統(tǒng)在各種負荷工況下的保持穩(wěn)定性與控制品質(zhì)由于各種原因沒有得到試驗機會因此只能等候機組升降負荷的機會,逐個細調(diào)各個控制系統(tǒng)。機組在10月初完成50%,100%的甩負荷試驗。12月初進入21天的考核運行。巴方要求前14天在CCS方式下滿負荷運行,后2天在CCS方式下150MW負荷運行。在這2天中,對個別系統(tǒng)作最后一次細調(diào),使機組能在CCS方式下負荷降到120MW。順利通過21天考核運行后,安裝單位允許投煙氣再循環(huán)風機調(diào)再熱汽溫控制系統(tǒng)。修改了氧量校正回路并投入自動。直到12月底,所有控制系統(tǒng)都投入自動,即自動投入率達100%?？刂破焚|(zhì)都優(yōu)于中巴合同要求。各方都非常滿意。1998年1月7日,巴方正式簽字確認。至此,歷時1年的CCS調(diào)試工作完滿結(jié)束。2系統(tǒng)管理的總結(jié)和調(diào)試2.1負荷指令lcd本機組設(shè)計有以鍋爐跟蹤為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。在汽機側(cè),汽機閉環(huán)調(diào)節(jié)功率加機組負荷指令前饋;當汽壓超過某個設(shè)定死區(qū)時,汽機閉環(huán)調(diào)節(jié)功率加壓力控制回路,在鍋爐側(cè),鍋爐閉環(huán)調(diào)節(jié)壓力加機組負荷指令前饋。主控系統(tǒng)有4種控制方式,即CCS,BF,TF和MAN。當機、爐兩側(cè)主控均在自動時,即呈現(xiàn)CCS方式;當鍋爐主控因故不能投自動或因輔機故障出現(xiàn)RB工況時,主控系統(tǒng)呈TF方式;當汽機主控為手動時,主控系統(tǒng)呈BF方式;當機組在啟動過程中,負荷低于120時,一般采用手動方式。各種控制方式之間的切換,均是無擾動的。在調(diào)試過程中,鑒于中方電網(wǎng)實際情況,取消ADS給定負荷指令方式。由于巴方電廠不希望參加電網(wǎng)一次調(diào)頻,因此頻率校正回路也不需投用。機組負荷指令(LDC),機組功率信號在負荷指令給定通道中是以絕對值形式出現(xiàn)的。在RB/RD/RU回路中及以LDC作前饋信號和功率調(diào)節(jié)的顯示棒圖中,均以相對值(百分型)形式出現(xiàn)。因此,在其相互轉(zhuǎn)換處設(shè)有轉(zhuǎn)換系數(shù)。本機組功率變送器最大量程為416MW,故其轉(zhuǎn)換系數(shù)為4.16或其倒數(shù)0.24。2.2機組指令對燃燒系統(tǒng)的影響燃料、送風、引風控制系統(tǒng)一般統(tǒng)稱為燃燒控制系統(tǒng)。它是機組主控系統(tǒng)的執(zhí)行級。當機組指令變化時,按預定的規(guī)律同時改變?nèi)剂狭?、送風量及引風量,快速地滿足機組的負荷要求;當機組指令不變時,燃燒系統(tǒng)維持主汽壓力不變。燃料與風量之間有交叉聯(lián)鎖回路,以實現(xiàn)加負荷時先加風后加燃料,減負荷時先減燃料后減風。2.2.1燃料及天然氣控制器鍋爐燃料為重油和天然氣,兩者可單燒,也可混燒。合同要求有4種控制方式:(1)天然氣手動,油量自動響應(yīng)負荷變化;(2)油量手動,天然氣自動響應(yīng)負荷變化;(3)油量和天然氣量按設(shè)定比例,同時自動響應(yīng)負荷變化;(4)二側(cè)均手動?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試完全滿足上述要求。在任一方式的切換時,均無擾動。在控制系統(tǒng)中燃料指令處理回路,可根據(jù)所投的油槍和天然氣槍的層數(shù),選擇油與天然氣的比例系數(shù)。如單燒油,比例系數(shù)固定為1。二層油二層天然氣時,則這個比例系數(shù)可在0.5～1之間任意選擇。從單一燃料燃燒過渡到2種燃料混燒的瞬間,在CCS方式下,當新燃料手動增加時,燃料指令處理回路使原燃料自動相應(yīng)減小,使得對主汽壓力幾乎沒有影響。在燃油和天然氣控制器,選用油量和天然氣量作為反饋信號。從燃油量增加到鍋爐吸熱量的增加有一段滯后時間,我們選40s。當把滯后時間減小到20s時,整個CCS系統(tǒng)就會發(fā)生強烈的振蕩。天然氣回路選擇30s。燃料控制系統(tǒng)還包括燃油壓力和燃氣壓力控制回路。在點火啟動時,先采用油(氣)壓控制,不會因油(氣)壓力降低而造成MFT動作。當投入二層(8支)油(氣)槍后,運行人員喜歡把油(氣)壓緩慢提高,把負荷升到150左右。這時,若仍采用油(氣)壓控制方式,再投新油(氣)槍時,將造成負荷升速太快危及機組安全運行。在運行中,曾發(fā)生二次因負荷升速太快而造成汽溫大幅度下降,而被迫停爐。因此,必須改為油(氣)量控制方式,增加油(氣)槍后,不再造成負荷變化。當全部油(氣)槍投入后,控制系統(tǒng)就可投入CCS方式,繼續(xù)升高負荷。系統(tǒng)間的切換是無擾動時。當鍋爐從單一燃料過渡到混燒時,控制系統(tǒng)增益將自動修正。2.2.2按負荷要求選取氧量計及校正系數(shù)鍋爐指令以比例微分方式引入本系統(tǒng)。經(jīng)交叉限幅,形成空氣量指令,在送風量調(diào)節(jié)器上與總風量反饋信號相平衡。調(diào)節(jié)器輸出作為送風機入口動葉開度指令,改變送風機動葉開度來調(diào)節(jié)總風量。在調(diào)試過程發(fā)現(xiàn)微分時間常數(shù)不能選得過大。另外,在送風控制系統(tǒng)投入后,運行人員覺得送風機動葉動作比較頻繁,引起引風機動葉也頻繁動作。在總風量反饋信號中串一個時間常數(shù)為15s的一階慣性環(huán)節(jié),一切均趨向平穩(wěn)。兩側(cè)煙道共4臺氧量計都不能正常工作,氧量校正系統(tǒng)無法投入自動。后改為根據(jù)運行人員的經(jīng)驗,按負荷選用不同的校正系數(shù)。這樣能使CCS能自如地升降負荷,運行人員不必修改風量校正系數(shù)。2.2.3系統(tǒng)動態(tài)特性的改善爐膛壓力調(diào)節(jié)器接受爐膛壓力與設(shè)定值間的偏差信號,其輸出和送風機開度前饋信號相加,構(gòu)成引風機入口動葉開度指令。當鍋爐發(fā)生主燃料跳閘(MFT)時,爐膛壓力將急劇變化,為保證鍋爐安全,系統(tǒng)采用了防爐膛內(nèi)爆的附加回路。爐膛壓力控制系統(tǒng)的對象動態(tài)特性是很差的。當引風機入口動葉開大或關(guān)小后,爐膛壓力變化總有一段純延遲時間,f=6～10s。從絕對值來看不算大,但由于其飛升時間一般T=10～15s。因此,評價對象動態(tài)特性好壞的f/T之比,一般都達0.5～1.0之間。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)整定時,比例帶總選得很大,而送風機開度前饋信號不能缺少。對于本機組,本文第一作者提出了一個新系統(tǒng),在爐膛壓力信號回路中串入一個大慣性環(huán)節(jié),使f/T比降到0.10左右,大大地改善了動態(tài)特性。調(diào)節(jié)器的比例帶縮小7.5倍,還可加微分。去掉送風機前饋信號后,控制系統(tǒng)仍很穩(wěn)定,動態(tài)控制品質(zhì)見表1。本系統(tǒng)經(jīng)歷4次大擾動。第一次,切一層油槍,負荷降低80MW,爐膛最大動態(tài)偏差為-392Pa～-490Pa。第二次,50%甩負荷試驗,2層油槍同時切除,爐膛壓力最大動態(tài)偏差為-686～-784Pa。巴方人員認為從來未見過如此好的控制品質(zhì)。第三次是100%甩負荷試驗,在10s這內(nèi)連切3層油槍,把油壓自動降到0.6MPa,爐膛壓力波動±735Pa。第四次,也是100%甩負荷試驗,油槍在10s這內(nèi)連切3層,爐膛壓力波動+588Pa～-2254Pa?？刂破焚|(zhì)比上次差,原因是這次試驗時,引風機擋板已開到100%,(擋板開度在80%以上已無調(diào)節(jié)作用),再因控制系統(tǒng)無抗積分飽和功能,引風機動葉在16s以后才關(guān)到83%,在這段時間內(nèi)無調(diào)節(jié)作用,但仍在跳閘范圍之內(nèi)。2.3時間常數(shù)小的情況在控制系統(tǒng)中串聯(lián)一個時間常數(shù)較大的慣性環(huán)節(jié)一般都使控制品質(zhì)惡化。但對于有些特殊的控制系統(tǒng),(如爐膛的負壓控制系統(tǒng),氧量控制系統(tǒng)),串聯(lián)一個時間常數(shù)較大的慣性環(huán)節(jié)卻會改善控制品質(zhì),其時間常數(shù)的大小由下述公式確定。設(shè)對象的傳遞函數(shù)(s)=Ke-fs1+Ts一階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù):等效對象的傳遞函數(shù):我們希望取適當?shù)腡1值使n2=2,則可得到考慮到對象特性的測量誤差及n2<2更有利于調(diào)節(jié),可近似地取T1≈3(f+T),即大約T1=50～70s,這時T2≈2(f+T)。3fcb過程中的水位控制系統(tǒng)1997年8月,巴方提出,在進入21天機組考核運行前,必須完成FCB試驗。經(jīng)協(xié)商,巴方同意只需甩負荷試驗,即汽輪機維持空轉(zhuǎn),不帶廠用電。按常規(guī),在SCS發(fā)出FCB信號后,要求旁路系統(tǒng)快速開啟,若在4s內(nèi)旁路系統(tǒng)不能打開,SCS就發(fā)出MFT信號,鍋爐熄火,FCB功能失敗。西屋汽輪機在設(shè)計時沒有考慮用旁路系統(tǒng)完成FCB功能。由于旁路容量為40%MCR,當高旁開啟后,再熱器出口汽壓為2.2MPa左右,高調(diào)門只有當壓力降到0.84MPa左右才能開啟進行調(diào)速。若在這段時間內(nèi)由中壓調(diào)門維持轉(zhuǎn)速,一旦高調(diào)門開啟參加調(diào)速,在這一瞬間中壓調(diào)門與高調(diào)門同時調(diào)速,汽輪機能否承受,廠家表示沒有經(jīng)驗。為此,有人提出在FCB試驗前,先把3層油槍切除,把最后一層油槍的油壓降低,其他控制都由手動完成。高旁不打開。但是,在巴方專家在場的情況下,恐怕難以被接受。為此,本文第一作者提出如下的控制方案:(1)旁路系統(tǒng)處在by-passoff方式,高壓旁路始終關(guān)閉,低旁投入自動。(2)爐膛壓力控制系統(tǒng)始終投入自動。(3)油槍先切一層,2s后自動切第二層,再過5s左右,人工切第三層。CCS切到油壓控制,油壓設(shè)定值自動降到0.6MPa?；赜徒刂归y快速打開。(4)手動打開PCV閥(容量約12%)。(5)送風機開度10s內(nèi)自動關(guān)到35%。(6)自動關(guān)閉再熱器和過熱器汽溫控制系統(tǒng)的全部隔離閥。(7)曾提出水位自動的方案,但沒有被采納,因此水位控制由運行人員手操控制。在整個試驗過程中,主汽壓最高值為19.2MPa一直低于安全門啟座壓力19.4MPa,沒有再啟座。汽包水位人工手控±2156Pa之內(nèi),爐膛壓力變化范圍+588Pa,-2254Pa,都在保護設(shè)定值范圍之內(nèi)。汽輪機轉(zhuǎn)速最高值為3124r/t,振蕩二次后即穩(wěn)定。再熱器出口壓力從3.9MPa經(jīng)28s降至0.4MPa,60～70s后,轉(zhuǎn)速降至3000r/t,高調(diào)門自動打開維持轉(zhuǎn)速5min46s后重新并網(wǎng)。在by-passoff方式下完成FCB試驗,實出無奈。若在DEH功能上作些改進,讓旁路系統(tǒng)能部分開啟,在by-passon方式下完成FCB試驗難度將大為降低。在FCB過程中,汽包水位劇烈波動,常規(guī)水位控制系統(tǒng)難以控制水位。但只要了解水位復雜變化規(guī)律,采用相應(yīng)對策是能投入自動的。4常規(guī)控制系統(tǒng)經(jīng)過了近8個月的調(diào)試,CCS的36個控制系統(tǒng)全部投入自動。控制品質(zhì)都優(yōu)于中巴合同要求。巴方非常滿意,中巴雙方簽字確認。關(guān)于過熱汽溫和再熱汽溫控制系統(tǒng)的調(diào)試將另文介紹汽包水位及其他單回路系統(tǒng)均屬常規(guī)控制系統(tǒng),不再介紹。