火電廠單系統(tǒng)輔機設(shè)備熱控可靠性研究

王洪濱，王華倩

（1.中國能源建設(shè)集團山西省電力勘測設(shè)計院有限公司，山西 太原 030001；2.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206）

火電廠單系統(tǒng)輔機設(shè)備熱控可靠性研究

王洪濱1，王華倩2

（1.中國能源建設(shè)集團山西省電力勘測設(shè)計院有限公司，山西 太原 030001；2.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206）

某電廠新建2×660MW超超臨界低熱值煤發(fā)電項目煙風(fēng)系統(tǒng)的主要輔機采取單列布置，系統(tǒng)的可靠性比雙列布置時有所下降，通過分析輔機單列方案的特點，從儀表配置、控制系統(tǒng)配置及熱工保護(hù)等方面采取措施，對控制系統(tǒng)進(jìn)行逐層優(yōu)化，以提高輔機系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。

火電廠；輔機單列配置；配置；優(yōu)化設(shè)計

0 引言

某電廠新建2×660 MW超超臨界低熱值煤發(fā)電機組，鍋、機、電三大主機均由上海電氣集團公司供貨,該工程每臺鍋爐配1臺100%容量的一次風(fēng)機、1臺100%容量的送風(fēng)機、1臺空預(yù)器、2 臺50%容量的汽動引風(fēng)機[1]。單列風(fēng)機系統(tǒng)優(yōu)點在于：鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)得以簡化[2]，風(fēng)煙系統(tǒng)取消了聯(lián)絡(luò)風(fēng)道，布置方便，鍋爐房0 m更加寬敞，同時減小了檢修維護(hù)工作量，相應(yīng)的控制系統(tǒng)也得到簡化；單列風(fēng)機運行時，從風(fēng)機本體的運行曲線分析，避免了2臺風(fēng)機運行不平衡而引發(fā)的風(fēng)機實際運行效率下降的現(xiàn)象。單列輔機配置的機組相對于雙列風(fēng)機運行而言，風(fēng)機運行的可靠程度對機組運行的安全性影響明顯上升，一旦故障，機組將無法運行，不存在減負(fù)荷運行的工況。因此，其分散控制系統(tǒng)DCS（distributed control system）監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置將顯得尤為重要，單列輔機保護(hù)的重要性間接等同于主機保護(hù)。在該發(fā)電項目設(shè)計中，從熱工儀表測點配置、DCS控制系統(tǒng)配置及熱工保護(hù)等方面采取措施，對控制系統(tǒng)從下層至上層進(jìn)行逐層優(yōu)化設(shè)置。

1 控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)置

1.1 優(yōu)化測點及檢測儀表設(shè)置

測量儀表及遠(yuǎn)操電動（氣動）執(zhí)行機構(gòu)處于整個控制系統(tǒng)下層，優(yōu)化熱工儀表測點設(shè)置，冗余設(shè)置必要的檢測儀表，是設(shè)計階段必不可少的環(huán)節(jié)。

1.1.1 適當(dāng)增加測點及檢測儀表

在設(shè)計規(guī)程要求的常規(guī)測點的基礎(chǔ)上，針對性增加模擬量測點，提高控制系統(tǒng)對相關(guān)參數(shù)監(jiān)控的預(yù)見性。

a)對于單列風(fēng)機的液壓站及潤滑站，對于油箱油位在開關(guān)量檢測的基礎(chǔ)上，增加油箱油位模擬量測點，油位4～20mA信號直接送入DCS系統(tǒng)中，以便于監(jiān)視油箱油位，同時設(shè)置油位異常報警；設(shè)置回油溫度熱電阻，用于回油溫度連續(xù)測量。

b)監(jiān)視風(fēng)煙系統(tǒng)風(fēng)機前后軸承振動，將振動模擬量及開關(guān)量信號送至DCS系統(tǒng)，并將振動測量信號一并送入汽機在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，對風(fēng)機運行進(jìn)行分析。

c)對于磨煤機、各風(fēng)機、給水泵汽輪機油站等裝置，編制招標(biāo)文件時，明確要求廠家取消配供的就地電氣控制箱，油泵電動機由電氣專業(yè)設(shè)馬達(dá)控制中心供電及控制，電動機直接納入DCS控制，取消就地電氣控制箱中間環(huán)節(jié)，有利于提高可靠性，同時節(jié)省了相關(guān)費用。

1.1.2 適度增加儀表進(jìn)口范圍

a)選用質(zhì)量可靠的進(jìn)口儀表及遠(yuǎn)操執(zhí)行機構(gòu)，增加熱工設(shè)備進(jìn)口范圍[3]。對于風(fēng)機調(diào)節(jié)用執(zhí)行機構(gòu)，采用進(jìn)口執(zhí)行機構(gòu)。風(fēng)機本體帶液壓站及潤滑站，在招標(biāo)文件中明確要求，所配壓力變送器、過程開關(guān)等采用進(jìn)口產(chǎn)品。軸承振動監(jiān)測儀表、風(fēng)機失速測量用差壓變送器采用進(jìn)口產(chǎn)品。

b)冗余設(shè)置必要的熱工檢測儀表。在滿足《火力發(fā)電廠熱工保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》相關(guān)要求的基礎(chǔ)上，增加檢測儀表配置的冗余度，對測點進(jìn)行雙冗余或三冗余配置，如：風(fēng)機前后軸承熱電阻、風(fēng)機失速報警變送器、風(fēng)機油站油壓變送器、引風(fēng)機汽輪機轉(zhuǎn)速測點、引風(fēng)機及其汽輪機軸承熱電阻等等。

1.2 優(yōu)化DCS系統(tǒng)控制處理器及輸入/輸出卡件配置

根據(jù)風(fēng)機單列配置系統(tǒng)特點，著重從分散性、安全性方面，設(shè)計DCS配置方案，防止設(shè)備誤動和拒動、加強輔機設(shè)備的監(jiān)控，并對DCS系統(tǒng)提出要求。如，風(fēng)機所配套液壓站及潤滑站是否可靠運行、單列風(fēng)機是否可靠運行等。DCS系統(tǒng)配置主要考慮以下原則。

分散配置控制處理器，DCS控制處理器首先滿足控制運算負(fù)荷率要求，同時滿足控制系統(tǒng)功能分散性的要求。對于單列風(fēng)機運行的系統(tǒng)，控制器處理器數(shù)量和功能還須著重考慮滿足功能安全要求。本工程經(jīng)過招投標(biāo)，DCS選用國電智深生產(chǎn)的EDPF-NT+系統(tǒng)，本工程單元機組熱控部分設(shè)31對控制處理器，其中17對用于鍋爐控制部分，鍋爐部分用于爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)控制器單獨獨立設(shè)置7對。分配控制任務(wù)時充分考慮，將控制處理器故障引起非正常停機事故降到最小程度。由于是主要輔機單列配置，當(dāng)控制器出現(xiàn)問題時，所控設(shè)備無法正常運轉(zhuǎn)，會造成機組停機，因此，在前期DCS系統(tǒng)招標(biāo)過程中，對于送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機、空氣預(yù)熱器及給水泵等均考慮單獨設(shè)置控制器，此部分控制處理器處理的輸入/輸出點數(shù)，每對基本控制在300點以內(nèi)，以利于降低控制器負(fù)荷率，本工程要求控制器站處理器處理能力有60%余量，同時提高了控制系統(tǒng)分散度。

2 熱工保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化方案

單列風(fēng)機運行時，每臺單列設(shè)備的跳閘，均會聯(lián)鎖鍋爐跳閘，引發(fā)停機事故，每臺單列設(shè)備的是否正常運行，決定機組是否正常運行，因此，單列系統(tǒng)風(fēng)機熱工系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)計相比雙列風(fēng)機而言，顯得尤為重要，其熱工保護(hù)至少滿足下列要求。

a)在鍋爐停爐保護(hù)邏輯系統(tǒng)設(shè)計中，控制處理器、輸入/輸出卡件均單獨設(shè)置，控制邏輯回路單獨設(shè)置、其繼電器回路提供單獨的可靠電源，在功能上及物理上均不與任何其他功能（如：模擬量控制系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)等） 組合在一起。鑒于風(fēng)機單列設(shè)置，單列風(fēng)機跳閘將直接觸發(fā)鍋爐跳閘，一次風(fēng)機、送風(fēng)機、引風(fēng)機等重要輔機，在電氣控制回路設(shè)計中，分別設(shè)置3對設(shè)備跳閘狀態(tài)接點，分別送至爐膛保護(hù)、順序控制及事故順序記錄相應(yīng)的輸入/輸出卡件。

b)無論開關(guān)量還是模擬量，用于停機停爐保護(hù)信號時，在設(shè)計中均單獨設(shè)置，由于布置位置或管道開孔限制等原因確需與其它系統(tǒng)合用信號時，測點信號須保證首先進(jìn)入保護(hù)系統(tǒng)，然后通過隔離設(shè)施或系統(tǒng)內(nèi)通訊方式引至其它系統(tǒng)。

c)停爐及停機運行的重要保護(hù)回路，在集中控制室控制臺上設(shè)置后備手操跳閘按鈕，跳閘按鈕獨立設(shè)置，并將按鈕的幾個接點信號通過硬接線判斷后，直接接至停爐、停機的繼電器動作回路。

d)在測點設(shè)置及控制邏輯上，針對用于保護(hù)的熱工測點，考慮防止誤動和拒動的措施，比如：對于三冗余測點，模擬量三取中值，開關(guān)量三取二；重要的單列輔機狀態(tài)信號通過故障、非運行、電流信號綜合判斷得出，確保不會因為重要輔機狀態(tài)信號誤判引發(fā)停爐事故。

e)執(zhí)行“保護(hù)優(yōu)先”的原則，通過保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出的指令優(yōu)先于其他系統(tǒng)發(fā)出的指令，通過硬接線直接送至被控對象控制回路中。

f)單列輔機配供液壓站及潤滑站，按照廠家運行說明，油站故障時，其輔機直接跳閘，進(jìn)而引發(fā)鍋爐跳閘，因此，所有這些輔助設(shè)備油站也視為重要輔機，在控制系統(tǒng)設(shè)計中予以重視。

g)二冗余或三冗余的測點，儀表已冗余設(shè)置，其信號送至DCS時，需通過不同的輸入/輸出模件和通道引入，以避免某一輸入/輸出卡件故障引發(fā)信號的誤判。

3 結(jié)論

風(fēng)機單列配置方式簡化了系統(tǒng)，運行操作簡便靈活，調(diào)整工作量少，維護(hù)檢修方便，這些單列風(fēng)機的跳閘意味著機組跳閘停機，足見其在電廠的重要性。通過提高檢測儀表及控制系統(tǒng)的可靠性，可一定程度上減小或消除單列風(fēng)機因熱工設(shè)備故障、控制邏輯的誤動、拒動而帶來的機組非正常跳閘，從而保證整個機組安全可靠運行，對今后此類問題的解決也起到一定的指導(dǎo)作用。

[1]劉長良，周丹.660 MW單列輔機超超臨界機組給水控制策略優(yōu)化 [J].電力科學(xué)與工程，2013，29(9)：43-47.

[2]況波，段宗周.600 MW等級機組主要輔機單列配置方案探討[J].電力勘測設(shè)計，2012(3)：34-37.

[3]周世杰.輔機單列配置采取的熱工控制及保護(hù)措施 [J].發(fā)電設(shè)備，2014，28(2)：104-106.

Research of Auxiliary Equipment Thermal Control Reliability in Power Plant Single System

WANG Hongbin1,WANG Huaqian2

（1.Shanxi Electric Power Exploration&Design Institute of China Energy Engineering Group, Taiyuan,Shanxi 030001,China;2.North China Electric Power University,Beijing 102206,China）

The air-flue gas system ofa newly built2×660MW ultra-supercriticalunitadopts single-row configuration forauxiliary equipment,the stability of which is lower than that of double-row configuration.By analyzing the characteristics of the single-row arrangementscheme for auxiliary equipments and taking somemeasures from the aspects of instrumentation configuration,control system and protection system etc.,and the control system was optimized step by step.Practice has proved that themethod improves the safety, reliability and stability ofauxiliary system,and playsa guiding role in the future.

thermalpowerplant;single row configuration forauxiliary equipment;configuration;optimized design

TK323

A

1671-0320（2016）06-0066-03

2016-09-01，

2016-10-17

王洪濱（1967），男，山西文水人，1989年畢業(yè)于華北電力大學(xué)生產(chǎn)過程自動化專業(yè)，高級工程師，從事發(fā)電廠熱工自動化設(shè)計工作；

王華倩（1993），女，山西太原人，2016級華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)自動化專業(yè)研究生在讀，研究方向為電力系統(tǒng)自動化。