汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)基本控制策略

張瑩

摘 要：本文在對(duì)汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)基本控制策略進(jìn)行了分析，在保證機(jī)組安全穩(wěn)定的前提下優(yōu)化了部分DEH系統(tǒng)邏輯，可在較大程度上降低因邏輯問(wèn)題造成的保護(hù)拒動(dòng)和保護(hù)誤動(dòng)的可能性。并根據(jù)汽輪機(jī)DEH控制策略的幾個(gè)基本控制系統(tǒng)包括主蒸汽壓力限制和保護(hù)，負(fù)荷控制，轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，負(fù)荷限制與閥位限制，頻率校正，單閥和順序閥切換，對(duì)控制系統(tǒng)和生產(chǎn)工藝進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，為相似的工程提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；控制策略；負(fù)荷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.199

0 引言

汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)的基本控制主要包括壓力控制、負(fù)荷控制、轉(zhuǎn)速控制等，控制邏輯均采用冗余的控制方式。

1 主蒸汽壓力限制和保護(hù)

DEH的汽壓保護(hù)可實(shí)現(xiàn)在鍋爐異常工況時(shí)，單元機(jī)組恢復(fù)穩(wěn)定燃燒，可有效防止鍋爐發(fā)生事故。當(dāng)主蒸汽壓力限制功能投入后，機(jī)前壓力降低到保護(hù)定值以下時(shí)，高壓調(diào)門(mén)將會(huì)關(guān)閉，直至機(jī)前壓力恢復(fù)到保護(hù)定值以上，在機(jī)組投入汽壓保護(hù)前，機(jī)組應(yīng)滿足主汽壓大于 90%額定值，主汽壓大于其保護(hù)限值，主汽壓力變送器工作正常，油開(kāi)關(guān)合閘，自動(dòng)控制方式投入。

2 負(fù)荷控制

基本控制是DEH控制系統(tǒng)的核心部分，負(fù)荷控制是DEH控制系統(tǒng)的重要組成部分，有開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種控制方式。開(kāi)環(huán)控制方式下，運(yùn)行人員要實(shí)時(shí)監(jiān)視機(jī)組的負(fù)荷變化，高壓調(diào)門(mén)的閥門(mén)流量特性曲線和當(dāng)前運(yùn)行機(jī)組的實(shí)際蒸汽參數(shù)決定著實(shí)際負(fù)荷與目標(biāo)負(fù)荷的趨近程度。閉環(huán)控制方式下的負(fù)荷控制可將發(fā)電機(jī)有功功率、調(diào)節(jié)級(jí)壓力作為反饋，在此方式下機(jī)組汽輪機(jī)的高壓調(diào)門(mén)收到負(fù)荷控制PID控制器的調(diào)節(jié)或者調(diào)節(jié)級(jí)壓力PID控制器的調(diào)節(jié)，在DEH選擇負(fù)荷控制方式下，發(fā)電機(jī)功率采用閉環(huán)控制方式，此方式下負(fù)荷給定跟蹤實(shí)際負(fù)荷，這樣就保證了功率閉環(huán)時(shí)的無(wú)擾切換。機(jī)組投入負(fù)荷控制方式的允許條件主要有發(fā)電機(jī)側(cè)有功功率變送器顯示正常，調(diào)節(jié)級(jí)壓力閉環(huán)控制未投入，閥位限制方式正常，未觸發(fā)主汽壓限制，未觸發(fā)負(fù)荷高限，汽輪機(jī)未發(fā)生跳閘等等。

3 轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

DEH可選擇高壓缸啟動(dòng)、中壓缸啟動(dòng)以及高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)多種啟動(dòng)方式，在不同的啟動(dòng)方式下主汽門(mén)與調(diào)門(mén)動(dòng)作方式不同，在高壓缸啟動(dòng)方式下，機(jī)組沖轉(zhuǎn)是依靠高壓主汽門(mén)來(lái)控制的，在機(jī)組滿足汽輪機(jī)已掛閘、未進(jìn)行閥門(mén)校驗(yàn)的狀態(tài)下的狀態(tài)下可進(jìn)行指令的發(fā)送。此時(shí)汽輪機(jī)高壓調(diào)門(mén)、中壓調(diào)門(mén)全開(kāi)，高壓主汽門(mén)關(guān)閉。運(yùn)行人員可通過(guò)DEH操作畫(huà)面手動(dòng)設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速和升速率。在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升速過(guò)程中轉(zhuǎn)速控制回路的PID在偏差的作用下輸出會(huì)不斷增加，打開(kāi)高壓主汽門(mén)，此時(shí)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)不斷升高。直到汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)可維持當(dāng)前轉(zhuǎn)速值。在運(yùn)行人員發(fā)出新的目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速才會(huì)發(fā)生變化，依照以上過(guò)程實(shí)現(xiàn)目標(biāo)轉(zhuǎn)速。在汽輪機(jī)達(dá)到3000r/min后，可進(jìn)行自動(dòng)同期，此時(shí)通過(guò)DEH操作畫(huà)面的自動(dòng)按鈕對(duì)自同期裝置發(fā)出的增/減脈沖指令進(jìn)行累加，可產(chǎn)生轉(zhuǎn)速的目標(biāo)值。通過(guò)限幅器將計(jì)算累加后的目標(biāo)值限制在同期轉(zhuǎn)速所要求的范圍內(nèi)。

4 負(fù)荷限制與閥位限制

一般情況下負(fù)荷限制分為負(fù)荷高限和負(fù)荷低限。閥位限制是指運(yùn)行人員被允許設(shè)定的平均閥位的最大值，在ATC方式或汽機(jī)跳閘時(shí)閥位限制值設(shè)定為120%，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)平均閥位超過(guò)閥位限制值時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。

5 頻率校正

為響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻的指令要求，系統(tǒng)提出頻率校正。目前根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度對(duì)機(jī)組運(yùn)行的要求，在發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)轉(zhuǎn)速無(wú)故障時(shí)，機(jī)組必須要投入一次調(diào)頻。但是運(yùn)行中的機(jī)組為保持機(jī)組安全穩(wěn)定不希望因電網(wǎng)調(diào)度的頻繁調(diào)節(jié)而引起機(jī)組參數(shù)諸如給水量、給煤量、給風(fēng)量、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的變化，因此系統(tǒng)設(shè)置了±2r/min 的死區(qū)。設(shè)置了頻率校正后，系統(tǒng)發(fā)送給DEH的負(fù)荷指令就包括了頻率校正的正分量，電網(wǎng)調(diào)度的頻率若發(fā)生變化，則DEH側(cè)和協(xié)調(diào)側(cè)都要發(fā)生相應(yīng)的變化。

6 單閥和順序閥切換

機(jī)組運(yùn)行期間，單閥和順序閥的切換是通過(guò)噴嘴的節(jié)流配汽和噴嘴配汽的無(wú)擾切換來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可解決機(jī)組運(yùn)行時(shí)變負(fù)荷均勻加熱和部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性，單閥和順序閥切換的目的是為了提高機(jī)組的快速性和經(jīng)濟(jì)性。機(jī)組在單閥方式下，蒸汽進(jìn)入調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉是通過(guò)高壓調(diào)節(jié)閥和噴嘴室，使調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉加熱均勻，這樣就使得調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉的應(yīng)力分配得到有效改善，但是此種方式下蒸汽的節(jié)流損失較大，降低了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。順序閥方式下，可使調(diào)節(jié)閥逐個(gè)開(kāi)啟和關(guān)閉，即在下一個(gè)順控步驟調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟之前，上一個(gè)步驟的調(diào)節(jié)閥保持關(guān)閉，這樣蒸汽通過(guò)調(diào)節(jié)閥和噴嘴室是以部分進(jìn)汽的方式完成的，可有效降低節(jié)流損失，使機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性得到顯著提高，但是此種方式下汽輪機(jī)葉片容易受到?jīng)_擊，使負(fù)荷改變速度受到限制?；谝陨蟽煞N方式下的特點(diǎn)，一般在低參數(shù)變負(fù)荷或冷態(tài)啟動(dòng)下選擇單閥方式，可減小熱應(yīng)力，提高機(jī)組熱膨脹。在變負(fù)荷運(yùn)行額定參數(shù)下可采取順序閥方式優(yōu)化機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性提高電廠運(yùn)行水平，減小機(jī)組的節(jié)流損失。在汽機(jī)運(yùn)行工況穩(wěn)定的情況下進(jìn)行閥門(mén)的切換，此時(shí)汽機(jī)的負(fù)荷由蒸汽流量決定，各個(gè)調(diào)節(jié)閥門(mén)控制著蒸汽流量，那么我們可將汽機(jī)負(fù)荷與閥門(mén)開(kāi)度簡(jiǎn)化為單函數(shù)關(guān)系，用y表示汽機(jī)負(fù)荷，用x表示閥門(mén)開(kāi)度，則在單閥方式下汽輪機(jī)負(fù)荷可表示為：，在順閥方式下可表示為：，單閥和順序閥切換的中間過(guò)程任意狀態(tài)下：，在進(jìn)行單閥方式和順序閥方式下負(fù)荷無(wú)擾切換，則可認(rèn)為：

又因?yàn)槠啓C(jī)的四個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)相似，理想工況下可認(rèn)為完全相同，在閥門(mén)曲線進(jìn)行修正后，閥門(mén)開(kāi)度和流量線性良好，成正比例關(guān)系。在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，存在著不可避免的負(fù)荷擾動(dòng)，在加入功率閉合回路后，負(fù)荷擾動(dòng)會(huì)得到相應(yīng)的改善，即在實(shí)際功率與設(shè)定值相差一定數(shù)值時(shí)，單閥和順序閥切換就會(huì)自動(dòng)終止，在相差小范圍內(nèi)，可恢復(fù)單閥和順序閥切換。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)的基本控制策略進(jìn)行分析，可使讀者了解DEH 系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的具體應(yīng)用?？傻肈EH系統(tǒng)通過(guò)邏輯組態(tài)優(yōu)化，并在機(jī)組不同的工況下進(jìn)行控制方式和控制策略的選擇可有效提高機(jī)組的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

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