汽機(jī)主控指令突變?cè)蚍治黾疤幚?/h1>

2017-05-24 03:07:06李新建

發(fā)電技術(shù)訂閱 2017年2期 收藏

關(guān)鍵詞：汽機(jī)設(shè)定值同源

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

0 引言

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。

1 機(jī)組概況

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]

2 汽機(jī)調(diào)門突關(guān)經(jīng)過

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

3 汽機(jī)調(diào)門突關(guān)原因分析

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

4 防范措施

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］

5 結(jié)語

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.

[2]XD C-800功能塊手冊(cè)[M].上海新華控制技術(shù)集團(tuán)有限公司.

[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.

[4]鄭衛(wèi)東,李曉燕,劉哲,等.容錯(cuò)技術(shù)在大型火電機(jī)組熱控系統(tǒng)中的運(yùn)用[J].電站系統(tǒng)工程，2013，05：53-56.

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

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