Ovation控制系統(tǒng)在9E燃?xì)廨啓C(jī)中的應(yīng)用

田毅華,李永揚(yáng),劉鵬飛,王毅剛,文 謙

(武漢漢能電力發(fā)展有限公司,武漢430056)

Ovation控制系統(tǒng)在9E燃?xì)廨啓C(jī)中的應(yīng)用

田毅華,李永揚(yáng),劉鵬飛,王毅剛,文 謙

(武漢漢能電力發(fā)展有限公司,武漢430056)

介紹了艾默生Ovation控制系統(tǒng)在9E燃?xì)廨啓C(jī)控制中的開發(fā)和應(yīng)用。實(shí)踐表明：通過(guò)硬件、控制軟件等方面的設(shè)計(jì)開發(fā)及調(diào)試,使基于Ovation硬件的9E燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)成功應(yīng)用于某燃?xì)廨啓C(jī)電廠的9E燃?xì)廨啓C(jī)低氮改造機(jī)組,該系統(tǒng)的各項(xiàng)性能完全滿足控制運(yùn)行要求,極大地方便了燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行和維護(hù)。

燃?xì)廨啓C(jī)；控制系統(tǒng)；功能模塊

為了適應(yīng)國(guó)家能源結(jié)構(gòu)更好的優(yōu)化,燃?xì)廨啓C(jī)(簡(jiǎn)稱燃機(jī))在我國(guó)的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。控制系統(tǒng)是整個(gè)燃機(jī)電廠安全運(yùn)行的靈魂,而國(guó)外燃機(jī)控制制造廠家技術(shù)封閉,只能選用其提供的控制系統(tǒng)［1-3］,這為我國(guó)的燃機(jī)國(guó)產(chǎn)化造成了壁壘。為了打破這個(gè)格局,在燃機(jī)改造中選用了艾默生Ovation控制系統(tǒng)。筆者分析了Ovation控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況。

1 Ovation控制系統(tǒng)

Ovation系統(tǒng)采用了高速度、高可靠、高開放性的通信網(wǎng)路,具有多任務(wù)、多數(shù)據(jù)采集的控制能力,見圖1。

作為控制中心,控制器采用冗余的控制器；各控制器中又各有一對(duì)冗余網(wǎng)線連接到冗余的交換機(jī)；工作站也是通過(guò)冗余網(wǎng)線與交換機(jī)相連。工作站含操作員站、工程師站、歷史站、OPC站及其他功能站。

圖1 Ovation系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)不同的控制功能對(duì)執(zhí)行速度的不同要求,Ovation可以設(shè)置五個(gè)不同的任務(wù)區(qū),第一任務(wù)區(qū)時(shí)間為100 ms,第二任務(wù)區(qū)時(shí)間為1 000 ms,后面3個(gè)任務(wù)區(qū)時(shí)間可以根據(jù)需要設(shè)定(設(shè)定范圍：0.01～30 s)。Ovation控制系統(tǒng)為達(dá)到9E燃機(jī)控制要求,使用了第二任務(wù)區(qū)(1 000 ms)、第三任務(wù)區(qū)(10 ms)、第四任務(wù)區(qū)(150 ms)。

第二任務(wù)區(qū)主要實(shí)現(xiàn)IGV(壓氣機(jī)進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉)、SRV(燃?xì)馑俦乳y)、GCV1-3(燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥)等的控制。

第三任務(wù)區(qū)主要實(shí)現(xiàn)p2壓力控制。

第四任務(wù)區(qū)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)順序控制系統(tǒng)；(2)燃料主控系統(tǒng)；(3)IGV、IBH(壓氣機(jī)入口抽氣加熱)控制；(4)保護(hù)系統(tǒng)。

2 Ovation與Mark VIe系統(tǒng)比較

Ovation系統(tǒng)與Mark VIe系統(tǒng)的主要區(qū)別見表1。

表1 Ovation與Mark VIe系統(tǒng)比較

3 Ovation系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件上三冗余實(shí)現(xiàn)方式

在Mark V中一個(gè)信號(hào)送到3個(gè)控制模塊＜R＞、＜S＞和＜T＞后進(jìn)行運(yùn)算。而在Ovation系統(tǒng)中,分多種情況：

(1)對(duì)于DI測(cè)點(diǎn),每個(gè)DI信號(hào)被送到3塊不同的I/O端子板上,在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中表現(xiàn)為3個(gè)點(diǎn),然后對(duì)這3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行“三取二”運(yùn)算。

(2)對(duì)于AI測(cè)點(diǎn),每個(gè)AI信號(hào)被送到2塊不同的I/O端子板上,在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中表現(xiàn)為2個(gè)點(diǎn),然后對(duì)這2個(gè)點(diǎn)進(jìn)行取大或取平均運(yùn)算；對(duì)于一些重要AI點(diǎn),現(xiàn)場(chǎng)取3個(gè)AI信號(hào)。

(3)對(duì)于SOE、TC、RTD、AO、DO測(cè)點(diǎn),每個(gè)信號(hào)只對(duì)應(yīng)一塊I/O端子板上,在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中表現(xiàn)為1個(gè)點(diǎn)。

3.2 軟件中“三取二”的實(shí)現(xiàn)

在Ovation中對(duì)于一些重要DI點(diǎn)是送到3塊I/O卡件上,對(duì)這些點(diǎn)需要進(jìn)行“三取二”處理后再進(jìn)入控制運(yùn)算。Ovation“三取二”算法見圖2。

圖2 信號(hào)“三取二”處理

3.3 p2壓力的控制

Mark V中對(duì)于p2壓力控制是通過(guò)SRV實(shí)現(xiàn)的。

Ovation也是通過(guò)SRV來(lái)控制p2,與Mark V不同的是：Mark V是計(jì)算出p2壓力基準(zhǔn)值送到SRV中,由SRV內(nèi)部運(yùn)算來(lái)計(jì)算SRV的開度；Ovation是在控制算法中通過(guò)一個(gè)PID運(yùn)算的p+I計(jì)算出SRV的開度指令送到SRV；同時(shí)為了在點(diǎn)火時(shí)快速建立p2壓力,在點(diǎn)火時(shí)給出一個(gè)SRV的初始開度指令(見圖3)。

圖3 SRV控制p 2原理圖

在100%TNH(轉(zhuǎn)速信號(hào))前,p2壓力基準(zhǔn)值為TNH×2.97-24.1；在100%TNH后p2壓力基準(zhǔn)值固定為272.9 PSI。

3.4 伺服系統(tǒng)工作原理

一套伺服系統(tǒng)有3個(gè)獨(dú)立線圈、2個(gè)反饋,見圖4。Ovation控制系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)一套伺服系統(tǒng)的控制,采用3塊伺服SVD卡,每塊SVD卡為雙通道。

圖4 伺服卡原理接線圖

由圖4可見：一套伺服系統(tǒng)用了3塊SVD,從閥門上輸出的2個(gè)反饋分別送到3塊卡上(第一個(gè)反饋送到了第一、第二SVD卡,第二個(gè)反饋送到了第二、第三SVD卡,在第二塊SVD卡中對(duì)2個(gè)反饋取大值)；每塊SVD卡送出一個(gè)線圈電壓來(lái)控制伺服卡。

3.5 燃料選擇

9E燃機(jī)燃料控制分6種類型：?jiǎn)?dòng)控制、加速控制、轉(zhuǎn)速控制、負(fù)荷控制、溫度控制、停機(jī)控制。在Mark V控制系統(tǒng)中,由上面6種控制方式得出各自的FSR(燃料行程基準(zhǔn))值,然后選擇最小值作為最終FSR值。在Ovation控制系統(tǒng)中,先計(jì)算啟動(dòng)控制對(duì)應(yīng)的FSR作為積分塊的初始值,然后由后面的5種控制方式得出各自的FSR值的變化率,選擇最小值作為FSR的變化率去計(jì)算出FSR值,見圖5。

圖5 燃料主控原理圖

3.6 燃料分解

9E燃機(jī)低氮改造后1個(gè)GCV變?yōu)?個(gè)GCV,這就存在FSR如何分配到3個(gè)閥上的控制。Ovation控制系統(tǒng)中,根據(jù)不同的低氮燃燒模式得出GCV1在FSR中所占的比例值,剩余的FSR值由GCV2與GCV3根據(jù)需要再次分配。低氮燃燒模式切換時(shí),GCV3會(huì)有一個(gè)比例值與剩余FSR相乘得出GCV3對(duì)應(yīng)的燃料指令,GCV2的燃料指令由剩余FSR減去GCV3燃料指令算出,見圖6。

圖6 燃料分解原理圖

3.7 IGV、IBH控制

IGV控制的目的是防止壓氣機(jī)喘振,并控制排氣溫度,見圖7。

最小全速角在IBH運(yùn)行時(shí)為42°,在IBH停止時(shí)為57°；全開角為84°。

圖7 IGV控制原理圖

IBH控制目的是對(duì)壓氣機(jī)入口進(jìn)行抽氣加熱,使燃機(jī)在低負(fù)荷時(shí)就能進(jìn)入預(yù)混模式運(yùn)行。在IBH功能投入后,IBH開度隨IGV角度動(dòng)作。動(dòng)作關(guān)系見表2。

表2 IGV角度與IBH開度關(guān)系 (°)

3.8 LEC-Ⅲ低氮燃燒

漢能電廠低氮改造采用的是阿爾斯通LEC-Ⅲ低氮燃燒技術(shù)。低氮燃燒模式分：擴(kuò)散燃燒“DIFFUSE”、貧-貧燃燒“LEAN-LEAN POS”、二級(jí)切換“SECONDARY TRANSFER”、預(yù)混切換“PREMIX TRANSFER”、預(yù)混燃燒“PREMIX STEAD-STATE”。這幾種模式通過(guò)TTRF1(燃燒基準(zhǔn)溫度)來(lái)切換,IBH投入與否時(shí),模式切換時(shí)的TTRF1也不同。下面以IBH運(yùn)行模式下的燃燒模式切換為例：

(1)在機(jī)組點(diǎn)火到帶負(fù)荷30 MW左右過(guò)程(TTRF1＜890℃),都是“DIFFUSE”燃燒模式, GCV1開,GCV2、GCV3關(guān)閉,吹掃投入,一區(qū)有火焰。

(2)在TTRF1＞890℃時(shí),燃燒模式切換到“LEAN-LEAN POS”,這時(shí)GCV1開,GCV2開,吹掃投入,一區(qū)、二區(qū)都有火焰。

(3)在“LEAN-LEAN POS”下持續(xù)增加負(fù)荷,當(dāng)負(fù)荷達(dá)到60 MW左右時(shí),TTRF1＞1 071℃,這時(shí)燃燒模式進(jìn)入“SECONDARY TRANSFER”,吹掃退出,GCV3逐漸開大,GCV1逐漸關(guān)小至0%,GCV2逐漸關(guān)小,這時(shí)一區(qū)火焰消失,只有二區(qū)有火。

(4)“SECONDARY TRANSFER”完成后, GCV1逐漸開大,GCV2逐漸關(guān)小,GCV3逐漸關(guān)到0%,然后吹掃投入；在一區(qū)只有燃料混合,無(wú)火焰；二區(qū)有火焰。這個(gè)過(guò)程為“PREMIX TRANSFER”。

(5)“PREMIX TRANSFER”完成后,80%燃料由GCV1進(jìn)入一區(qū),20%燃料由GCV2進(jìn)入二區(qū),一區(qū)混合,二區(qū)燃燒,燃燒進(jìn)入“PREMIX STEAD-STATE”模式。

4 結(jié)語(yǔ)

Ovation控制系統(tǒng)在漢能燃機(jī)改造中取得了成功的應(yīng)用。運(yùn)行結(jié)果表明：該系統(tǒng)的控制精度、響應(yīng)速度、安全性都達(dá)到了燃機(jī)控制的要求,系統(tǒng)的各項(xiàng)控制功能滿足了燃機(jī)運(yùn)行的需要；且Ovation提供更為人性化的人機(jī)界面,強(qiáng)勁的歷史功能,為燃機(jī)安全運(yùn)行和系統(tǒng)維護(hù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］中國(guó)華電集團(tuán)公司.大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)叢書：控制系統(tǒng)分冊(cè)［M］.北京：中國(guó)電力出版社,2009.

［2］張文輝,李穎.燃?xì)廨啓C(jī)溫度控制與性能試驗(yàn)［J］.上海電力,2006(1)：36-38.

［3］虎煜,陳學(xué)文.西門子V94.3A燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)［J］.上海電力,2006(2)：152-155.

Application of Ovation Control System in 9E Gas Turbines

Tian Yihua,Li Yongyang,Liu Pengfei,Wang Yigang,Wen Qian
(Wuhan Hanneng Electric Power Development Co.,Ltd.,Wuhan 430056,China)

The development and application of Emerson's Ovation control system for 9E gas turbine were presented.An Ovation control system was successfully implemented as an integral part of the low-NOxretrofitting of a 9E gas turbine,involving the design,development,and commissioning of related hardware &software.Testing&commissioning results and operating performances had fully demonstrated the Ovation control system to be satisfactory in every aspect of the control requirements and offered significant convenience in gas turbine operation and maintenance.

gas turbine；control system；function module

TP273

A

1671-086X(2015)03-0212-04

2014-08-15

田毅華(1977-),男,助理工程師,從事電廠生產(chǎn)運(yùn)行、技術(shù)改造、維護(hù)檢修工作。

E-mail：tyh@meiyawh.com