基于DCS熱電廠汽輪機(jī)的運(yùn)行和試驗(yàn)操作方法

劉媛杰 李霞 曾如意

摘 要：數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）是現(xiàn)代分散控制系統(tǒng)（DCS）應(yīng)用在汽輪機(jī)控制的典型形式，其在熱電聯(lián)產(chǎn)電廠中的使用，使運(yùn)行調(diào)控更準(zhǔn)確、平穩(wěn)，有效提高了設(shè)備的平均無(wú)故障時(shí)間，從而提高了電廠運(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：熱電廠；自動(dòng)調(diào)節(jié)；汽輪機(jī)試驗(yàn)

該2×125MW“熱電聯(lián)產(chǎn)”工程DCS系統(tǒng)采用國(guó)電南自提供的TCS-3000系統(tǒng)。本系統(tǒng)為兩爐兩機(jī)一公用系統(tǒng)，為單元制設(shè)計(jì)，公用系統(tǒng)采用母管切換制。每臺(tái)爐設(shè)兩個(gè)操作員站，每臺(tái)機(jī)設(shè)一個(gè)操作員站，公用系統(tǒng)設(shè)一個(gè)操作站，每臺(tái)機(jī)組電氣各設(shè)一個(gè)操作員站，兩個(gè)工程師站，兩臺(tái)服務(wù)器、兩個(gè)值長(zhǎng)站，共15個(gè)上位站。下位控制器共設(shè)21對(duì)，每對(duì)控制器互為冗余，包括（DPU、通訊模塊、電源模塊）。通訊網(wǎng)絡(luò)為雙以太網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，每臺(tái)機(jī)組有獨(dú)立的交換機(jī)柜并通過(guò)級(jí)聯(lián)連接成整體網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。各控制柜之間各自獨(dú)立，但其數(shù)據(jù)可以互相共享。DCS系統(tǒng)對(duì)兩臺(tái)機(jī)組劃分不同網(wǎng)段，對(duì)不同用戶授予不同操作權(quán)限，因此操作員站能進(jìn)行的操作是有所限制的，即兩臺(tái)機(jī)組之間不能互相操作，但都能對(duì)公用系統(tǒng)進(jìn)行操作。

1 DCS在汽輪機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)中的應(yīng)用

熱工調(diào)節(jié)對(duì)象的特性：熱工調(diào)節(jié)對(duì)象是指各種具體的與被調(diào)量有關(guān)的設(shè)備，例如汽包及各種熱交換器等，根據(jù)設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)及工藝要求，可分為具有一個(gè)被調(diào)量和幾個(gè)被調(diào)量的對(duì)象。

（1）具有一個(gè)被調(diào)量的對(duì)象。這類調(diào)節(jié)對(duì)象具有一個(gè)輸出信號(hào)，即被調(diào)量，但具有幾個(gè)輸入信號(hào)。在幾個(gè)輸入信號(hào)中，常選取一個(gè)可控性良好的輸人信號(hào)作為調(diào)節(jié)作用，而其余的輸入信號(hào)就都是擾動(dòng)作用。例如汽包水位調(diào)節(jié)中的給水流量和蒸汽流量就被當(dāng)做擾動(dòng)信號(hào)處理。

（2）具有幾個(gè)被調(diào)量的調(diào)節(jié)對(duì)象。調(diào)節(jié)對(duì)象被劃分為若干個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)區(qū)域，每一個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)只對(duì)一個(gè)被調(diào)量起作用。例如汽包鍋爐的調(diào)節(jié)，通常將其劃分為給水、汽溫、汽壓等幾個(gè)調(diào)節(jié)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域可按一個(gè)被調(diào)量的調(diào)節(jié)對(duì)象來(lái)處理。具有多個(gè)被調(diào)量的調(diào)節(jié)對(duì)象有相應(yīng)個(gè)數(shù)的調(diào)節(jié)作用，這些被調(diào)量或者根據(jù)生產(chǎn)工藝過(guò)程的要求，互相之間必須保持一定的關(guān)系；或者通過(guò)共同的調(diào)節(jié)對(duì)象相互影響，但不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，因而要采用所謂“綜合調(diào)節(jié)”。

2 DEH重點(diǎn)調(diào)控環(huán)節(jié)操作方式

主汽壓力及抽汽供熱控制：

（1）主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。本系統(tǒng)為串級(jí)雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器分別接受主汽壓力和汽包壓力兩個(gè)沖量信號(hào)，形成兩個(gè)閉合回路。由汽包壓力信號(hào)局部反饋形成內(nèi)回路，包括副調(diào)節(jié)器、多功能組件、操作器、同操器和汽包壓力變送器等環(huán)節(jié)。由被調(diào)量主汽壓力信號(hào)大回路反饋形成外回路，即主回路，包括主調(diào)節(jié)器、整個(gè)內(nèi)回路及主汽壓力變送器等環(huán)節(jié)。內(nèi)回路解決快速動(dòng)作，當(dāng)汽包壓力因擾動(dòng)而升高時(shí)，副調(diào)采用PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用為反作用，當(dāng)汽包壓力因擾動(dòng)而升高時(shí)，副調(diào)輸出減小使給煤機(jī)轉(zhuǎn)速下降，反之，則上升。故汽包壓力信號(hào)的作用主要是消除內(nèi)擾，穩(wěn)定主汽壓力，相對(duì)于外回路來(lái)說(shuō)，內(nèi)回路是一個(gè)快速隨動(dòng)系統(tǒng)。主回路的作用是校正主汽壓力，使其穩(wěn)定在額定值。主調(diào)采用PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用為反作用。當(dāng)主汽壓力升高（降低）時(shí)，主調(diào)輸出減小（增加），相對(duì)來(lái)說(shuō)，副調(diào)的輸入增加（減?。?，則副調(diào)輸出減?。ㄔ黾樱?，使得給煤機(jī)轉(zhuǎn)速下降（上升），這樣就使主汽壓力最終穩(wěn)定在給定值。

（2）汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。本系統(tǒng)為串級(jí)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。調(diào)節(jié)器接受汽包水位、給水流量、蒸汽流量三個(gè)信號(hào)，形成兩個(gè)閉合回路。由給水流量信號(hào)局部反饋成內(nèi)回路，包括副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥、給水流量變送器等環(huán)節(jié)。由被調(diào)量汽包水位信號(hào)大回路反饋形成外回路，即主回路，包括主調(diào)節(jié)器、整個(gè)內(nèi)回路及汽包水位變送器等環(huán)節(jié)。蒸汽流量信號(hào)是閉環(huán)以外的參數(shù)，它不影響以上兩個(gè)閉環(huán)的穩(wěn)定性，是前饋調(diào)節(jié)信號(hào)，只能形成開(kāi)環(huán)，其在系統(tǒng)中的作用有兩個(gè)：一是改善負(fù)荷擾動(dòng)下的調(diào)節(jié)品質(zhì)，克服因虛假水位而引起的調(diào)節(jié)器的誤動(dòng)作；二是和給水流量信號(hào)配合，消除信號(hào)的靜差。內(nèi)回路解決快速動(dòng)作，當(dāng)發(fā)生給水流量擾動(dòng)時(shí)，在水位還來(lái)不及變化的情況下，內(nèi)擾就被內(nèi)回路消除。副調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用為反作用，當(dāng)給水流量因擾動(dòng)而升高（降低）時(shí)，副調(diào)輸出減?。ㄔ黾樱?，使調(diào)節(jié)門(mén)關(guān)?。ㄩ_(kāi)大），故給水流量降低（升高）?？傊?，給水流量信號(hào)的主要作用是消除內(nèi)擾，穩(wěn)定給水流量，內(nèi)回路是一個(gè)快速隨動(dòng)系統(tǒng)，因內(nèi)回路積分時(shí)間很短，相當(dāng)于外回路中的一個(gè)比例環(huán)節(jié)。主回路的作用是校正汽包水位，使其穩(wěn)定在額定值。主調(diào)采用PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用為正作用（忽略電氣補(bǔ)償），當(dāng)汽包水位升高（降低）時(shí)，主調(diào)輸入減小（增加），輸出也減?。ㄔ黾樱?，相對(duì)來(lái)說(shuō)，副調(diào)的輸入增加（減?。?，輸出則減小（增加），使調(diào)節(jié)門(mén)關(guān)?。ㄩ_(kāi)大），這樣就使汽包水位最終穩(wěn)定在給定值。

（3）減溫水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。一級(jí)減溫水調(diào)節(jié)系統(tǒng)為串級(jí)雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器接受屏過(guò)汽溫、I級(jí)減溫器后汽溫，形成兩個(gè)閉合回路。由I級(jí)減溫器后汽溫局部反饋形成內(nèi)回路，包括副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、I級(jí)減溫器后汽溫一次元件和溫度變送器等環(huán)節(jié)。由被調(diào)量屏過(guò)汽溫信號(hào)大回路反饋信號(hào)形成外回路，即主回路。內(nèi)回路采用PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用為反作用，外回路采用PI調(diào)節(jié)器為正作用。二級(jí)減溫水調(diào)節(jié)系統(tǒng)為串級(jí)雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由II級(jí)減溫器后汽溫組成內(nèi)回路，由主汽溫度反饋組成外回路，其工作原理與一級(jí)減溫水相同。

3 試驗(yàn)說(shuō)明

3.1 閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)

在機(jī)組并網(wǎng)后，帶低負(fù)荷時(shí)，可進(jìn)行閥門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)。閥門(mén)在線活動(dòng)試驗(yàn)包括主汽門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)和調(diào)門(mén)在線活動(dòng)試驗(yàn)。如圖1所示。打開(kāi)畫(huà)面先檢查上部的三個(gè)指示燈，當(dāng)窗口圖中“主門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)允許”“主氣門(mén)開(kāi)”“調(diào)門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)允許”黃色指示燈亮?xí)r，執(zhí)行窗口圖中“主門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)”命令，此時(shí)窗口圖中“主門(mén)開(kāi)”黃色指示燈滅，試驗(yàn)過(guò)程中各個(gè)主汽門(mén)的閥位變化可以從閥位棒圖反應(yīng)出來(lái)，顯示為90%左右。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，執(zhí)行窗口圖中的“取消閥門(mén)試驗(yàn)”命令，恢復(fù)正常。停機(jī)試驗(yàn)步驟：首先由運(yùn)行人員對(duì)機(jī)組進(jìn)行掛閘，開(kāi)啟主氣門(mén)；然后由熱控人員在工程師站強(qiáng)制R20DM031（油開(kāi)關(guān)合閘）、R20DM040（停機(jī)）、R20DM169（主氣門(mén)試驗(yàn)允許）。

圖1 主氣門(mén)活動(dòng)試驗(yàn)窗口圖

3.2 AST電磁閥活動(dòng)試驗(yàn)

執(zhí)行主畫(huà)面中的“AST試驗(yàn)”命令，彈出窗口，如圖5所示。執(zhí)行畫(huà)面中的“AST#1電磁閥試驗(yàn)”，則1號(hào)AST電磁閥帶電，63/ASP-1壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，指示燈變紅。執(zhí)行“AST#3電磁閥試驗(yàn)”命令，則3號(hào)AST電磁閥帶電，63/ASP-1壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，指示燈變紅。執(zhí)行“AST#2電磁閥試驗(yàn)”命令，則2號(hào)AST電磁閥帶電，63/ASP-2壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，指示燈變紅。點(diǎn)擊畫(huà)面中的“AST#4電磁閥試驗(yàn)”則4號(hào)AST電磁閥帶電，63/ASP-2壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，指示燈變紅。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于電能不能大量?jī)?chǔ)存，電廠的生產(chǎn)特點(diǎn)是“產(chǎn)供銷”一體完成，沒(méi)有產(chǎn)品庫(kù)存，但熱、電用戶則要根據(jù)自己對(duì)能源的需求，隨時(shí)改變對(duì)熱、電的用量，這就造成了數(shù)量供需間的不平衡；另外，熱能和電能作為商品，必須要有一定的質(zhì)量保證，具體體現(xiàn)在供電頻率、電壓以及供熱的壓力和溫度等。其中，供電頻率就必須取決于汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，且成正比關(guān)系。從工程實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，汽輪機(jī)是在配備了自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)后才真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。目前，汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)已成為汽輪發(fā)電機(jī)組不可或缺的組成部分，確保機(jī)組能夠長(zhǎng)期安全、可靠運(yùn)行，并且提高了相關(guān)電網(wǎng)的電能質(zhì)量和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

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作者簡(jiǎn)介：劉媛杰（1982-），女，陜西府谷縣人，塔里木大學(xué)機(jī)電學(xué)院，講師，碩士，主要從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化方面的教學(xué)與研究工作。