李新建
(華電濰坊發(fā)電有限公司,山東濰坊261204)
汽機(jī)主控指令突變?cè)蚍治黾疤幚?/p>
李新建
(華電濰坊發(fā)電有限公司,山東濰坊261204)
介紹了某電廠采用XDC-800DCS系統(tǒng),一次調(diào)頻同源改造閉鎖汽機(jī)主控指令增減時(shí),造成汽機(jī)主控指令突變,通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制回路的仿真分析,提出了邏輯優(yōu)化措施,為同類型DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制回路閉鎖增減提供借鑒。
一次調(diào)頻;EPID;DEH;CCS;閉鎖;仿真;掃描周期
圖1 一次調(diào)頻同源改造系統(tǒng)圖
為了提高一次調(diào)頻響應(yīng)速度及控制精度,對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)同源及大擾動(dòng)測(cè)試改造(如圖1所示)。增設(shè)一套N X-PFR型一次調(diào)頻智能控制裝置,用于機(jī)端頻率采一次調(diào)頻運(yùn)算、大擾動(dòng)測(cè)試控制。為確保CCS協(xié)調(diào)方式下一次調(diào)頻動(dòng)作合格率,在負(fù)荷控制邏輯中,根據(jù)一次調(diào)集、頻智能控制裝置的輸入信號(hào)狀態(tài),通過修改EPID高(低)限制,增加閉鎖增減條件。其次,通過全面分析邏輯過程,重新設(shè)置功能參數(shù),以及仿真分析,成功避免了汽機(jī)主控指令的突變,從而使得機(jī)組更加穩(wěn)定可靠地運(yùn)行,同時(shí)為同類型的D CS系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制回路優(yōu)化提供了可行方案。
某發(fā)電廠為2300M W機(jī)組,DCS控制系統(tǒng)采用某公司X DC-800系統(tǒng),#2機(jī)組CCS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用D EB/400直接能量平衡方式,該方式是以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),可獲得較好的電功率相應(yīng)性能,機(jī)組的功率和汽壓都進(jìn)行自動(dòng)控制,由汽輪機(jī)機(jī)側(cè)對(duì)功率進(jìn)行閉環(huán)控制[1]。一次調(diào)頻量根據(jù)電網(wǎng)的要求對(duì)F(X)曲線函數(shù)(見表1)進(jìn)行設(shè)置。
表1 一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速-負(fù)荷修正量
汽機(jī)主控EPID模塊(見表2)中,比例放大系數(shù)Kp=1.2,積分時(shí)間Ti=12,微分時(shí)間Td=0.0,偏差輸入E前標(biāo)幺系數(shù)為0.33。
表2 E P ID標(biāo)記描述[2]
調(diào)取2016年11月29汽機(jī)調(diào)門經(jīng)過趨勢(shì)(如圖2所示),21:25:03,#2機(jī)組AG C模式運(yùn)行,目標(biāo)負(fù)荷給定值253.08M W,機(jī)組負(fù)荷253.48M W,主汽壓力14.84M Pa,汽機(jī)主控指令81.42%,汽機(jī)負(fù)荷參考82.10%。
21:25:05,一次調(diào)頻動(dòng)作,一次調(diào)頻量最大為-2.70M W,目標(biāo)負(fù)荷給定值252.83M W,機(jī)組負(fù)荷250.81M W,汽機(jī)主控指令80.45%,汽機(jī)負(fù)荷參考81.87%;21:25:10一次調(diào)頻結(jié)束,目標(biāo)負(fù)荷給定值250.80M W,機(jī)組負(fù)荷252.78M W,汽機(jī)主控指令64.78%,汽機(jī)負(fù)荷參考81.09%。
21:25:17,一次調(diào)頻動(dòng)作,一次調(diào)頻量最大為-2.52M W,目標(biāo)負(fù)荷給定值251.33M W,機(jī)組負(fù)荷251.70M W,汽機(jī)主控指令64.67%,汽機(jī)負(fù)荷參考80.01%;21:25:20,一次調(diào)頻結(jié)束,目標(biāo)負(fù)荷給定值249.97M W,機(jī)組負(fù)荷250.88M W,汽機(jī)主控指令59.85%,汽機(jī)負(fù)荷參考79.86%,汽機(jī)主控切手動(dòng),CCS(Coordinate Control System)協(xié)調(diào)方式解除,A GC切除自動(dòng)控制。
21:26:49,機(jī)組負(fù)荷200.42M W,汽機(jī)主控指令61.25%,汽機(jī)負(fù)荷參考66.10%;運(yùn)行人員手動(dòng)增加汽機(jī)主控指令,21:26:56,機(jī)組負(fù)荷196.45M W,主汽壓力16.36M Pa,汽機(jī)主控指令68.25%,汽機(jī)負(fù)荷參考65.39%。
圖2 汽機(jī)主控指令大幅度突變
整個(gè)過程中,汽機(jī)主控指令由81.42%下降到59.85%,21:25:20,汽機(jī)負(fù)荷參考79.86%,汽機(jī)主控切手動(dòng),但仍在D EH遙控方式,造成汽機(jī)調(diào)門繼續(xù)關(guān)閉,最小到65.39%。汽機(jī)主控切手動(dòng)首出為汽機(jī)主控指令與DEH負(fù)荷參考偏差大于20%,DEH側(cè)CCS汽機(jī)指令與流量設(shè)定值偏差為19.98,DEH側(cè)C CS汽機(jī)指令為三選中信號(hào),由于傳遞速度問題,造成兩側(cè)數(shù)值有差異,沒有切除AD S方式,CCS汽機(jī)指令為65.39%,流量設(shè)定值以1%/s的速度遞減。
從圖3中①回路分析,調(diào)取D CS歷史數(shù)據(jù),#2一次調(diào)頻動(dòng)作負(fù)荷疊加量(來自信號(hào)同源裝置),在21:25:05,一次調(diào)頻動(dòng)作,一次調(diào)頻量最大為-2.70M W,該值同步疊加上A GC指令生成目標(biāo)負(fù)荷回路,整個(gè)過程中負(fù)荷設(shè)定值與功率值最大偏差為(250.43-253.06)-2.63M W。通過計(jì)算,該疊加量應(yīng)對(duì)汽機(jī)主控輸出造成約-1%左右的變化,因此一次調(diào)頻動(dòng)作負(fù)荷疊加量、AG C指令和機(jī)組功率信號(hào)不是汽機(jī)主控指令快速大幅度降低的原因。
從圖3中②汽機(jī)主控前饋回路分析,前饋回路目標(biāo)負(fù)荷指令無突變或大幅變化情況,前饋回路也不會(huì)造成汽機(jī)主控指令快速大幅度降低。
從圖3中③一次調(diào)頻閉鎖汽機(jī)回路分析,#2機(jī)組在一次調(diào)頻同源改造前CCS方式投入一直都正常,沒有出現(xiàn)過汽機(jī)主控指令突變的現(xiàn)象。而此次投入CCS協(xié)調(diào)方式時(shí),機(jī)組一次調(diào)頻同源裝置是在投入狀態(tài)的,而且當(dāng)時(shí)的調(diào)頻動(dòng)作時(shí),汽機(jī)主控指令突變與D EH一次調(diào)頻回路有關(guān)[3]。
通過調(diào)取汽機(jī)指令突變曲線圖(如圖4所示),發(fā)現(xiàn)多次出現(xiàn)汽機(jī)主控指令快速大幅降低的情況,在每次快速降低時(shí),一次調(diào)頻同源裝置閉鎖增為真。初步判斷一次調(diào)頻同源裝置閉鎖信號(hào)是觸發(fā)汽機(jī)高調(diào)門指令大幅突變的原因。
對(duì)汽機(jī)主控指令突變曲線圖進(jìn)行局部放大(如圖5所示)和調(diào)取11月26日-28日閉鎖增信號(hào)發(fā)出時(shí),汽機(jī)高調(diào)門指令、目標(biāo)負(fù)荷等歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析(見表3)。
對(duì)10項(xiàng)數(shù)據(jù)分析,可得出調(diào)門大幅波動(dòng)時(shí)有2項(xiàng)共性條件滿足:1)閉鎖增信號(hào)觸發(fā)(信號(hào)為1),汽機(jī)主控PID高限制動(dòng)作;2)機(jī)組負(fù)荷>目標(biāo)負(fù)荷。
根據(jù)以上共性對(duì)控制回路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)(如圖5所示)。
圖3 汽機(jī)主控控制回路
圖4 汽機(jī)主控指令突變
圖5 汽機(jī)主控指令小幅度突變局部放大
表3 汽機(jī)主控指令突變時(shí)參數(shù)
表4 閉鎖信號(hào)為真時(shí)EP ID仿真數(shù)據(jù)
(1)將汽機(jī)主控PID投入自動(dòng);
(2)強(qiáng)制閉鎖增或者閉鎖減信號(hào)為1。
汽機(jī)主控PID高限制由100%或者0%切換為PID當(dāng)前輸出值。
X DC-800組態(tài)軟件PID理論輸出值:
式中Kp—比例增益(PGA IN);
Ti—積分時(shí)間(IN TG);
Kd—微分增益(D GA IN);
Td—微分時(shí)間(D R A T);
E(s)—設(shè)定值與實(shí)際值的偏差;
S—傳遞函數(shù);
FF(s)—前饋量。
分別改變PID輸入端偏差E、比例放大系數(shù)Kp、積分時(shí)間Ti和組態(tài)頁掃描周期Ts,從表4得出,閉鎖增時(shí):
式中YL—輸出下限。
閉鎖減時(shí):
式中YH—輸出上限。
與#2機(jī)組汽機(jī)主控指令突變情況基本一致。
考慮到在DCS系統(tǒng)中頁面的執(zhí)行周期是指頁面兩次執(zhí)行計(jì)算之間的間隔,它從50-60000m s不等,考慮功能塊的時(shí)序?qū)τ?jì)算結(jié)果的影響,分別從倒時(shí)序和正時(shí)序兩種情況進(jìn)行邏輯仿真,得出如表4相同的數(shù)值,判斷不是時(shí)序原因造成的。
圖6 仿真邏輯
將DEH側(cè)CCS汽機(jī)指令與流量設(shè)定值偏差定值改為19%,指令與反饋偏差大時(shí)優(yōu)先切除機(jī)組AD S模式,AD S不在遙控,汽機(jī)主控跟蹤汽機(jī)負(fù)荷參考值,DEH切回本地控制方式,保持當(dāng)前值,運(yùn)行人員可手動(dòng)操作,防止汽機(jī)調(diào)門持續(xù)下調(diào),確保機(jī)組安全運(yùn)行。
對(duì)XD C-800、XD PS系統(tǒng)EPID高(低)限制邏輯進(jìn)行排查,若高(低)限制采用變量方式時(shí),將EPID修改為閉鎖型偏差PID模塊EPID 2(見表5),相應(yīng)將閉鎖增(減)信號(hào)接入EPID 2的LI(LD)引腳,,對(duì)DCS系統(tǒng)自動(dòng)控制回路各手操器輸出限值進(jìn)行檢查。若PID輸出高(低)限位大于DCS系統(tǒng)手操器輸出高(低)限位時(shí),宜將EPID高(低)限值修正為手操器高(低)限值(必要時(shí)對(duì)EPID設(shè)置防積分飽和參數(shù)),或采取EPID高(低)變參數(shù)以及設(shè)定值偏差大解手動(dòng)、反饋與指令偏差大解手動(dòng)、輸出指令越限解手動(dòng)等方式,防止因手操器限值作用造成自動(dòng)調(diào)節(jié)功能失效。
對(duì)各自動(dòng)控制回路設(shè)定值設(shè)置回路進(jìn)行檢查。要求重要自動(dòng)控制回路設(shè)定值輸入回路具有高(低)限值功能,必要時(shí)增加設(shè)定值速率限值功能,防止因運(yùn)行人員輸入錯(cuò)誤,造成自動(dòng)控制輸出造成指令突變。
對(duì)各自動(dòng)控制回路被調(diào)量測(cè)量回路進(jìn)行檢查。單一模擬量信號(hào)要求具有品質(zhì)判斷功能,冗余模擬量信號(hào)應(yīng)具有冗余信號(hào)偏差比較及品質(zhì)判斷功能,在信號(hào)品質(zhì)異常或偏差越限時(shí)應(yīng)發(fā)出報(bào)警、解除自動(dòng)控制,防止因被調(diào)量測(cè)量信號(hào)異常,造成自動(dòng)控制輸出指令突變。
對(duì)各自動(dòng)控制回路前饋?zhàn)饔眠M(jìn)行檢查。檢查前饋各信號(hào)放大系數(shù)、微分環(huán)節(jié)是否準(zhǔn)確,前饋回路宜設(shè)置高(低)限值,防止前饋信號(hào)異常造成自動(dòng)控制輸出指令突變。
對(duì)各自動(dòng)控制系統(tǒng)跟蹤回路進(jìn)行檢查。EPID控制回路應(yīng)實(shí)現(xiàn)手/自動(dòng)狀態(tài)的無擾切換。手操器(或其它保護(hù)條件)跟蹤回路應(yīng)做到邏輯關(guān)系準(zhǔn)確、跟蹤量正確,防止因跟蹤回路異常造成的自動(dòng)控制輸出指令突變。
表5 E P ID 2標(biāo)記描述[2]
提高熱控系統(tǒng)的可靠性是熱控工作人員的工作重點(diǎn)之一[4],一次調(diào)頻同源邏輯的小小改動(dòng),造成了汽機(jī)指令的突變,危及機(jī)組的安全運(yùn)行。如何做到防患于未然,減少熱控保護(hù)的誤動(dòng)作,任何邏輯的修改必須對(duì)邏輯進(jìn)行全面深入分析,對(duì)其徹底掌握后,才允許對(duì)邏輯參數(shù)進(jìn)行修改。并做好仿真測(cè)試,確保邏輯準(zhǔn)確無誤,本文為同類型D CS系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制回路閉鎖增減提供借鑒。
[1]朱北恒.火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)試驗(yàn)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2006.
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[3]朱亞清,黃衛(wèi)劍.一起一次調(diào)頻設(shè)置不當(dāng)引致機(jī)組跳閘事故分析[J].自動(dòng)化博覽,2008,(10):76-78+82.
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Analysis and Processing for Turbine Main Control Instruction Mutation
LI Xin-jian
(Huadian Weifang Power Generation Co.,Ltd,Weifang 261204,China)
A im ing ata certain power plant with the XD C-800DCS system,W hen the block turbine m ain control instruction,transform ed by prim ary frequency m odulation hom ologousdevice,increase ordecrease,the turbine m ain turbine change suddenly.Based on the controlloop sim ulation analysis,thispaperputsforward the logic optim ization m easure,which Providesa reference forblock increase ordecrease ofthe sam e D CS system design controlloop.
prim ary frequency m odulation;EPID;D EH;CCS;block;sim ulation;scan cycle
TM 621
B
2095-3429(2017)02-0021-05
2017-02-23
修回日期:2017-04-01
李新建(1979-),男,山東濰坊人,工程師,從事電廠熱工方面研究工作。
D O I:10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.02.005