基于9E燃機(jī)國產(chǎn)化控制系統(tǒng)的啟停自動解并列與無功控制邏輯優(yōu)化

徐龍魏 陳海文 黃月麗 胡程斌 姜雄鋒

（華電浙江龍游熱電有限公司，浙江衢州 324400）

0 引言

某電廠建設(shè)有一套STAG209E燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，由2臺燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組、2臺余熱鍋爐、1臺抽凝式蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組和1臺背壓式蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組組成。

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組采用分軸布置，可選擇一拖一或二拖一運(yùn)行方式。

燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)采用GE公司的Mark VIe產(chǎn)品，余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組及其輔助控制系統(tǒng)采用南自維美德DCS產(chǎn)品。

該電廠于2021年5月完成了2號燃機(jī)控制系統(tǒng)國產(chǎn)化改造，將原控制系統(tǒng)完整替換為全國產(chǎn)化的華電睿藍(lán)maxCHD-GT100控制系統(tǒng)，項(xiàng)目施工工期45天，實(shí)現(xiàn)了工程全部節(jié)點(diǎn)的一次成功，TCS國產(chǎn)化燃機(jī)啟動控制畫面如圖1所示。機(jī)組改造后運(yùn)行正常，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)改造“無擾切換”的目標(biāo)。

圖1 TCS國產(chǎn)化燃機(jī)啟動控制畫面

TCS國產(chǎn)化改造包含同期裝置改型，即新增一套同期裝置及其盤柜，以替換原控制系統(tǒng)一體化的同期板卡。為提升同期裝置替換后的機(jī)組并網(wǎng)指標(biāo)，通過TCS改造前的同期邏輯以及同期裝置的特性研究，結(jié)合機(jī)組啟停階段無功手動控制現(xiàn)狀與機(jī)組解列操作規(guī)范，技術(shù)人員提出了整套機(jī)組啟停自動解并列與無功控制優(yōu)化方案，實(shí)踐應(yīng)用證明，該方案可縮短機(jī)組并網(wǎng)與解列時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)無功全程自動控制。通過對比分析，該方案的實(shí)施可提升燃機(jī)啟停階段運(yùn)行安全性與經(jīng)濟(jì)性，并網(wǎng)與解列時(shí)間等指標(biāo)優(yōu)于改造前。

1 同期裝置控制概述

1.1 同期裝置概述

同期裝置采用PSS 660U數(shù)字式自動準(zhǔn)同期裝置，裝置配置半自動準(zhǔn)同期并列、自動準(zhǔn)同期并列、檢無壓并列等功能，可識別差頻及同頻并網(wǎng)方式，可對發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)頻、調(diào)壓控制，檢測同期條件滿足時(shí)，發(fā)出同期合閘命令。主運(yùn)行程序完成系統(tǒng)無故障情況下的狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)處理、通信處理、現(xiàn)實(shí)處理等輔助功能，當(dāng)裝置檢測到啟動同期后，同期計(jì)算程序中進(jìn)行同期電壓/相差/角差算法計(jì)算、調(diào)節(jié)出口、閉鎖出口、合閘出口邏輯判斷等[1]。當(dāng)裝置硬件自檢檢測到異常，發(fā)裝置閉鎖信號同時(shí)閉鎖同期裝置出口，并且同期功能退出；另外，同期裝置具備通信功能，通過接入TCS系統(tǒng)，并開發(fā)同期監(jiān)督指標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)指標(biāo)的監(jiān)督、統(tǒng)計(jì)功能。

1.2 原控制邏輯介紹

燃機(jī)在啟動期間，在滿足燃機(jī)轉(zhuǎn)速、電壓差、同期裝置就緒，輔機(jī)設(shè)備正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行同期。裝置檢同期控制邏輯如圖2所示。

圖2 裝置檢同期控制邏輯

1.3 控制優(yōu)化前的運(yùn)行分析

分析TCS改造前啟機(jī)并網(wǎng)期間的性能曲線如圖3所示，當(dāng)燃機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到2 900 r/min至并網(wǎng)期間，存在的主要問題有：

圖3 TCS改造前啟機(jī)并網(wǎng)期間的性能曲線

（1）發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓需要手動操作匹配主變低壓側(cè)電壓；

（2）運(yùn)行人員未及時(shí)啟動同期并網(wǎng)操作；

（3）并網(wǎng)后負(fù)荷小于25 MW時(shí)，需要手動調(diào)節(jié)無功。

上述問題導(dǎo)致機(jī)組啟動至并網(wǎng)階段，并網(wǎng)至負(fù)荷小于25 MW階段，并網(wǎng)時(shí)間、主變低壓側(cè)與發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓偏差、發(fā)電機(jī)功率因數(shù)控制等存在較大不確定因素[2-3]。

2 自動解并列的控制優(yōu)化

通過對同期裝置的研究及對同期邏輯的解讀，并網(wǎng)時(shí)間長的主要原因?yàn)槎鄠€(gè)并網(wǎng)條件未在同一時(shí)間段滿足而造成時(shí)間等待。無功調(diào)節(jié)不穩(wěn)定主要原因?yàn)槿藶椴僮鞑町悺?/p>

控制優(yōu)化方案功能涵蓋了燃機(jī)并網(wǎng)與解列、負(fù)荷小于25 MW期間的無功調(diào)節(jié)兩方面內(nèi)容，共四個(gè)階段的控制：

（1）燃機(jī)啟機(jī)升速至并網(wǎng)階段，依次啟動勵(lì)磁裝置、同期裝置上電；在勵(lì)磁建壓期間，對勵(lì)磁電壓自動調(diào)節(jié)；在同期裝置就緒、燃機(jī)轉(zhuǎn)速與勵(lì)磁電壓等條件滿足后，啟動自動同期并實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。

（2）燃機(jī)并網(wǎng)后至負(fù)荷25 MW區(qū)間，根據(jù)功率因數(shù)，自動增減無功。

（3）燃機(jī)停機(jī)階段，當(dāng)負(fù)荷小于25 MW后，根據(jù)功率因數(shù)，自動增減無功。

（4）燃機(jī)停機(jī)階段，自動觸發(fā)停機(jī)，并根據(jù)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組工況，實(shí)現(xiàn)自動解列[4]。

2.1 啟機(jī)自動并網(wǎng)邏輯條件

優(yōu)化后的燃機(jī)啟動階段邏輯修改如下：

（1）將勵(lì)磁裝置啟動條件中的“燃機(jī)啟動完成G2L3”，修改為“燃機(jī)轉(zhuǎn)速大于2 875 r/min”。

（2）新增同期裝置上電條件為88TK風(fēng)機(jī)三取一運(yùn)行，且燃機(jī)轉(zhuǎn)速大于2 905 r/min，勵(lì)磁裝置已運(yùn)行。

（3）勵(lì)磁裝置運(yùn)行后的12 s至2.5 min，觸發(fā)勵(lì)磁裝置自動調(diào)壓有效。調(diào)壓目標(biāo)值為（主變低壓側(cè)電壓+0.1）kV，限幅區(qū)間為13.1～14 kV；勵(lì)磁電壓與目標(biāo)值偏差控制死區(qū)為-0.075～0.125 kV；設(shè)定“增、減磁”的脈沖間隔為1.6 s，脈寬為0.2 ms[5]。

（4）當(dāng)燃機(jī)轉(zhuǎn)速處于2 998～3 014 r/min區(qū)間，燃機(jī)啟動完成G2L3，勵(lì)磁電壓控制在目標(biāo)值區(qū)間，同期裝置就緒，燃機(jī)未并網(wǎng)以及兩臺88TK風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，觸發(fā)自動同期[6]。

2.2 自動無功調(diào)節(jié)邏輯條件

燃機(jī)并網(wǎng)后，當(dāng)負(fù)荷小于25 MW時(shí)，即在啟機(jī)增負(fù)荷階段及停機(jī)減負(fù)荷階段，控制發(fā)電機(jī)功率因數(shù)在0.85～0.95區(qū)間。當(dāng)功率因數(shù)大于0.95時(shí)，觸發(fā)增無功；當(dāng)功率因數(shù)小于0.85時(shí)，觸發(fā)減無功；“增、減電壓”脈沖間隔為2.5 s，脈寬為0.2 ms。

2.3 停機(jī)自動解列邏輯條件

自動停機(jī)規(guī)范約定操作人員將預(yù)選負(fù)荷設(shè)置為5 MW，當(dāng)燃機(jī)負(fù)荷小于6 MW且汽機(jī)已解列，觸發(fā)“停機(jī)解列”有效，觸發(fā)2 s脈沖，置位燃機(jī)主控“停機(jī)”[5，7]。

3 效果分析

對比并網(wǎng)控制邏輯優(yōu)化前后，燃機(jī)2 900 r/min至并網(wǎng)時(shí)間，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓最大值、最小值參數(shù)分析可知，并網(wǎng)時(shí)間在優(yōu)化后下降幅度達(dá)到了54.52%，并網(wǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性也有大幅提升（97.40%），數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 啟機(jī)并網(wǎng)階段參數(shù)對比分析

停機(jī)階段負(fù)荷在5 MW至機(jī)組解列時(shí)間下降幅度達(dá)到72.22%，數(shù)據(jù)如表2所示。無功調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性大幅增加，效果如圖4、圖5所示。

表2 停機(jī)階段參數(shù)對比分析

圖4 改造前25 MW內(nèi)功率因數(shù)調(diào)節(jié)曲線

圖5 改造后25 MW內(nèi)功率因數(shù)調(diào)節(jié)曲線

4 結(jié)語

國產(chǎn)化TCS系統(tǒng)的自動解并列控制與無功控制優(yōu)化的應(yīng)用，大幅提升了并網(wǎng)同期階段機(jī)組相關(guān)控制參數(shù)品質(zhì)，并網(wǎng)與解列時(shí)間大幅減少，機(jī)組負(fù)荷小于25 MW階段的發(fā)電機(jī)功率因數(shù)控制品質(zhì)大幅提高，有效提升了燃機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與安全性，可推廣至相關(guān)燃機(jī)電廠。