燃煤發(fā)電機組自控系統(tǒng)優(yōu)化改造實踐

齊溫圣，王曉旭，楊進可

(日照鋼鐵有限公司，山東日照 276800

引言

某鋼鐵公司300 MW燃煤發(fā)電機組2臺套，擔負著全公司50%以上的用電負荷，以及市區(qū)冬季居民供暖民生工程，機組的安全穩(wěn)定運行尤為重要，當機組發(fā)生甩負荷及跳機等異常事故時，將直接打亂公司的生產(chǎn)節(jié)奏，甚至造成大面積停產(chǎn)或嚴重影響居民供熱。為提高機組運行穩(wěn)定，熱控人員從專業(yè)角度對自控系統(tǒng)進行提升優(yōu)化，并逐步實施，為公司穩(wěn)產(chǎn)提效和居民供熱奠定了基礎(chǔ)。

1 存在的問題

機組投產(chǎn)初期，熱控設(shè)備故障頻發(fā)，例如保護測點異常造成機組停機、汽輪機調(diào)節(jié)汽門調(diào)節(jié)異常造成甩負荷，重要輔機聯(lián)鎖異常造成甩負荷等。主要問題如圖1所示。這些問題嚴重制約著機組運行的安全和穩(wěn)定，甚至對公司整個生產(chǎn)造成較大影響。鑒于此，以聯(lián)鎖保護可靠性和自動投入穩(wěn)定性為切入點，從設(shè)備選型、硬件升級、邏輯優(yōu)化、干擾過濾等方面進行自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造。系統(tǒng)的優(yōu)化改造涵蓋風(fēng)煙系統(tǒng)、DEH 控制系統(tǒng)、DCS 及ETS 系統(tǒng)等，以上所有的改造均圍繞聯(lián)鎖保護的可靠性，自動控制的穩(wěn)定性為中心展開，以降低設(shè)備故障率，提升自動化水平，減少現(xiàn)場人員的工作量、提升生產(chǎn)效益為出發(fā)點，最終實現(xiàn)聯(lián)鎖保護可靠，自動投入穩(wěn)定，生產(chǎn)效益提升的目標。

圖1 自動提升優(yōu)化問題思維導(dǎo)圖

2 自動化控制優(yōu)化思路與實施方法

2.1 發(fā)電機組主保護優(yōu)化

根據(jù)以往機組事故原因分析，發(fā)電機組主保護主要問題為誤動，原聯(lián)鎖設(shè)計的原則是寧可誤動，不可拒動，但這個原則與公司的生產(chǎn)節(jié)奏不匹配。因此，主機的保護優(yōu)化為本著避免拒動，降低誤動的原則，依靠生產(chǎn)現(xiàn)場、生產(chǎn)流程及熱控控制原理，借鑒其他電廠同型號機組的經(jīng)驗，從熱控專業(yè)的角度，對現(xiàn)有保護進行梳理優(yōu)化。

2.1.1 主油箱油位保護優(yōu)化

汽輪機主油箱油位保護采用3取2聯(lián)鎖，但3個信號均取自同一測量筒（圖2a所示），如測量筒出現(xiàn)故障，3 個信號將同時動作，造成機組跳閘，可靠性較低，根據(jù)聯(lián)鎖保護測點設(shè)計原則，將3個測量信號分散到3個測量筒（圖2b所示）。

圖2 主油箱油位信號聯(lián)鎖改造

2.1.2 汽輪機排汽溫度保護優(yōu)化

汽輪機排汽溫度保護全部為單點聯(lián)鎖，可靠性差，誤動幾率較高，根據(jù)聯(lián)鎖保護測點設(shè)計原則，采用多選邏輯。

原邏輯：任一高壓缸排汽溫度≥427 ℃或任一低壓缸排汽溫度≥110 ℃，保護動作跳閘。

現(xiàn)邏輯：四個低壓缸排汽溫度任意兩個≥110 ℃或兩個高壓缸排汽溫度同時≥427 ℃，保護動作跳閘。

2.1.3 汽輪機軸瓦溫度保護優(yōu)化

汽輪機軸瓦溫度保護全部為單點聯(lián)鎖，可靠性差，誤動幾率較高，根據(jù)聯(lián)鎖保護測點設(shè)計原則，采用多選邏輯。

原邏輯：任一軸瓦溫度≥110 ℃,保護動作跳閘。

現(xiàn)邏輯:相應(yīng)軸瓦溫度任意兩個≥110 ℃，保護動作跳閘。

2.2 重要輔機聯(lián)鎖邏輯優(yōu)化

2.2.1 一次風(fēng)機變頻器邏輯優(yōu)化

一次風(fēng)機為鍋爐燃燒的重要設(shè)備，該設(shè)備故障會造成鍋爐減負荷，嚴重時會造成鍋爐跳閘。原一次風(fēng)機變頻器邏輯為變頻器重故障報警時，變頻器延時5s 跳閘，但DCS 控制邏輯為接收到重故障信號后立即將頻率指令置零，即變頻器重故障報警可能為誤報警，在5s 內(nèi)報警信號恢復(fù)，變頻器不跳閘。這種情況下會造成變頻器實際未跳閘，但風(fēng)機指令已置零，造成機組甩負荷，甚至操作不當造成停爐，這種誤報警情況出現(xiàn)過多次。針對誤動，經(jīng)過各專業(yè)評估論證，通過修改DCS 邏輯為重故障報警后延時6s將頻率置零的方案，成功避過誤動周期。

原邏輯：變頻器重故障報警后頻率指令直接置零。

現(xiàn)邏輯：變頻器重故障報警后延時6S頻率指令置零。

2.2.2 火檢冷卻風(fēng)機邏輯優(yōu)化

火檢冷卻風(fēng)機為鍋爐運行的重要設(shè)備，設(shè)計一用一備，當兩臺風(fēng)機均跳閘（或運行信號消失）后，鍋爐MFT 動作跳閘。備用火檢冷卻風(fēng)機設(shè)計有風(fēng)壓聯(lián)鎖，當冷卻風(fēng)母管壓力≤5kPa,聯(lián)鎖啟動備用風(fēng)機。該聯(lián)鎖是通過現(xiàn)場壓力開關(guān)控制就地啟動回路來實現(xiàn)的，而風(fēng)機的運行信號無聯(lián)鎖啟動關(guān)系，當風(fēng)機運行信號消失，但實際風(fēng)機正常運行的情況下，DCS仍會判斷風(fēng)機全停，MFT動作停爐。從實際運行看，這個問題是可以避免的。

原邏輯：備用火檢冷卻風(fēng)機緊有母管風(fēng)壓聯(lián)鎖，壓力≤5kPa,聯(lián)鎖啟動備用風(fēng)機，且是通過就地電氣回路實現(xiàn)的。

現(xiàn)邏輯：如圖3所示，①在DCS增加一路母管壓力測點（壓力變送器檢測），并增加壓力≤5kPa 聯(lián)鎖啟動備用風(fēng)機邏輯；②在DCS 增加主風(fēng)機運行信號消失聯(lián)鎖啟動備用風(fēng)機邏輯。

圖3 修改后邏輯

2.3 汽輪機主蒸汽調(diào)門控制冗余優(yōu)化

汽輪機大小機主蒸汽調(diào)門控制是DEH 控制系統(tǒng)的核心，而大小機主蒸汽調(diào)門位移反饋裝置LVDT 是指示閥門開度的測量元件，LVDT 的作用是將油動機活塞的位移信號轉(zhuǎn)換成電信號反饋到DEH 系統(tǒng)。反饋信號與DEH 系統(tǒng)送來的閥門開度指令信號相比，通過偏差運算后，轉(zhuǎn)換成電流信號，驅(qū)動伺服閥控制油動機和閥門開關(guān)。

300 MW 燃煤發(fā)電機組大小機主蒸汽調(diào)門LVDT 安裝在汽輪機6.3 m 蒸汽管道夾層及小機車衣內(nèi)，工作溫度較高，甚至存在高溫高壓蒸汽跑漏現(xiàn)象，環(huán)境惡劣，現(xiàn)場振動、油動機頻繁動作等極易導(dǎo)致LVDT 接線松動、感應(yīng)鐵芯與線圈不同心、線圈損壞、或者安裝支架松脫等情況出現(xiàn)，這些問題均會導(dǎo)致LVDT 測量信號失常，進而導(dǎo)致DEH 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性降低、閥門失控，甚至可能導(dǎo)致機組停機、超速等事故。原設(shè)計為單路LVDT，在運行中發(fā)生過幾次LVDT 鐵芯脫落、鐵芯斷裂的事故，對生產(chǎn)運行造成較大影響。本次改造，重點以提升硬件可靠性為出發(fā)點，對汽輪機大小機主蒸汽調(diào)門控制系統(tǒng)進行冗余改造，增加相應(yīng)硬件，并修改邏輯組態(tài)。具體實施如下。

(1)安裝LVDT 反饋裝置。在高中壓調(diào)門油動機上，原反饋裝置安裝處，并行安裝固定支架，并安裝冗余LVDT。為避免LVDT 的激勵頻率互相干擾，新增加的LVDT 必須與原LVDT 型號相同。

(2)敷設(shè)電纜。新增冗余LVDT 敷設(shè)屏蔽信號電纜（10×1.5 mm2）2 000 m，走線過程注意遠離高溫部位。接線過程做好屏蔽接地。

(3)安裝冗余伺服卡件。在DEH 機柜安裝冗余伺服卡件及冗余通訊電纜，修改硬件配置及邏輯組態(tài)。

(4)系統(tǒng)調(diào)試。硬件安裝工作全部完成，送電送油調(diào)試，每個調(diào)門進行開度特性試驗，及相關(guān)冗余試驗（包含伺服卡件冗余、LVDT 冗余、通訊電纜冗余等）。

2.4 鍋爐二次風(fēng)量測量裝置選型優(yōu)化

鍋爐二次風(fēng)量是鍋爐燃燒控制的主要參數(shù)，參與的保護和自動：總風(fēng)量低于 30% 觸發(fā)鍋爐MFT；二次風(fēng)量參與送風(fēng)自動調(diào)節(jié)。300 MW燃煤發(fā)電鍋爐二次風(fēng)量取壓裝置原設(shè)計為迪爾巴，極易堵塞，造成測量結(jié)果不穩(wěn)定，導(dǎo)致鍋爐燃燒自動無法投入，而且總風(fēng)量因為二次風(fēng)量突變而發(fā)生改變，MFT保護一直無法投入。

造成測量不準的主要原因是二次風(fēng)中夾帶較多灰粉，造成測量元件取壓孔堵塞，這種堵塞發(fā)生在測風(fēng)元件內(nèi)部，只能用壓縮空氣定時吹掃的辦法加以解決，且無法根治，無形中又增加了維護人員的工作量，幾乎每周都要吹掃一次。

通過對其他電廠的調(diào)研并結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況，最終確定了改造方案，即選用一種自防堵型風(fēng)量測量裝置（矩陣式多點），利用大修機會對鍋爐二次風(fēng)測量裝置進行改造。該裝置具備自清灰和防堵塞功能，無需增加反吹掃裝置，便能夠確保長期防堵，從而保證測量的準確性，大大提高了鍋爐運行的安全性和穩(wěn)定性。

該測量裝置在垂直段內(nèi)懸掛了清灰棒，棒在管內(nèi)氣流的沖擊下作無規(guī)則擺動，起到自清灰作用。其次，設(shè)計時與垂直管段連接了一根斜管，斜管與垂直管內(nèi)間有節(jié)流孔，引壓管是從斜管中部引出，斜管起到二次沉灰作用，見圖4。

圖4 防堵型多點矩陣測量裝置

2.5 發(fā)電機線圈溫度信號干擾改造

發(fā)電機組線圈溫度是監(jiān)測發(fā)電機運行狀況的關(guān)鍵指標，如果發(fā)電機線圈溫度升高，當溫度升到一定程度，會導(dǎo)致線圈的絕緣下降，降低發(fā)電機的使用壽命，甚至造成發(fā)電機燒毀的惡性事故。300 MW 燃煤發(fā)電機組發(fā)電機線圈設(shè)計時采用溫度智能前端進行數(shù)據(jù)采集，通過RS485 通訊與DCS 控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸，因溫度傳感器安裝在發(fā)電機線圈內(nèi)部，傳輸線路極易產(chǎn)生干擾電壓（幾負、幾十負甚至上百負不等），造成智能前端故障無法正常工作，給運行人員的監(jiān)視造成極大困擾。

為降低干擾電壓對測量的影響，在信號傳輸過程中增加溫度信號隔離柵，對干擾信號進行過濾，同時取消智能前端，信號隔離柵變送后的信號直接接入DCS卡件，如圖5。

圖5 增加信號隔離柵

3 結(jié)論

結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)及設(shè)備實際情況，重點從熱控專業(yè)角度，結(jié)合以往發(fā)生的事故，分別從保護、邏輯、硬件冗余、設(shè)備選型、干擾隔離等方面對現(xiàn)有自動化設(shè)備進行了相關(guān)優(yōu)化。通過本次優(yōu)化，極大提高了機組運行的安全性和穩(wěn)定性，優(yōu)化效果較明顯。