基于EDPF NT+系統(tǒng)的SULZER旁路控制系統(tǒng)改造

陳玉龍

(國(guó)能寧夏石嘴山發(fā)電有限責(zé)任公司 寧夏石嘴山 753299)

旁路控制系統(tǒng)是發(fā)電廠鍋爐汽輪機(jī)的重要組成部分，已經(jīng)成為再熱機(jī)組熱力系統(tǒng)的重要組成之一[1-2]。為提高機(jī)組調(diào)峰和供熱能力，對(duì)機(jī)組高低旁路系統(tǒng)改造就顯得尤為必要[3-4]。

唐曲等人[5]介紹了高效1 000 MW超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的功能與分類，分析旁路選型的特點(diǎn)和目前相關(guān)廠家技術(shù)方案，提出旁路容量的計(jì)算方法與旁路系統(tǒng)優(yōu)化配置方案。宮志剛[6]根據(jù)汽機(jī)旁路系統(tǒng)特點(diǎn)，分析了三級(jí)串聯(lián)旁路的控制策略。在滿足機(jī)組要求的前提下，王珍[7]完善了系統(tǒng)配置及控制邏輯，完善后的旁路控制系統(tǒng)更有利于維護(hù)。王占洲等人[8]提出利用高低壓旁路供熱解耦傳統(tǒng)熱電機(jī)組的電熱強(qiáng)耦合關(guān)系，并基于旁路系統(tǒng)供熱的熱電機(jī)組電熱特性，建立風(fēng)電消納能力數(shù)學(xué)模型，根據(jù)電網(wǎng)調(diào)峰需求，給出熱電機(jī)組的運(yùn)行策略。周磊等人[9]基于改進(jìn)后的差分進(jìn)化算法辨識(shí)得到控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，對(duì)汽輪機(jī)旁路溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。萬(wàn)志勇[10]分析了機(jī)組配套旁路系統(tǒng)邏輯存在的問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化旁路系統(tǒng)運(yùn)行邏輯，提高了機(jī)組啟動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性。針對(duì)給水旁路調(diào)節(jié)下高壓加熱器的瞬態(tài)應(yīng)力可以進(jìn)行必要分析，通過(guò)建立三維有限元模型，研究給水旁路調(diào)節(jié)過(guò)程下的瞬態(tài)溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)、機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)、耦合應(yīng)力場(chǎng)的分布[11]。

綜合以上分析，針對(duì)旁路系統(tǒng)開(kāi)展了一系列的研究。但是，基于EDPF NT+系統(tǒng)的SULZER旁路控制系統(tǒng)改造卻涉及很少，因此，本文結(jié)合實(shí)際運(yùn)行電廠情況，提出使用EDPF NT+系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)SULZER旁路系統(tǒng)創(chuàng)新改造，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電廠進(jìn)行優(yōu)化的目的。該技術(shù)已經(jīng)在#1、#2 機(jī)組進(jìn)行投入使用，經(jīng)5 年時(shí)間驗(yàn)證，該技術(shù)可靠。

1 原機(jī)組旁路系統(tǒng)配置及其存在的問(wèn)題

1.1 原機(jī)組旁路系統(tǒng)配置

原機(jī)組旁路系統(tǒng)配置為SULZER 液動(dòng)旁路，控制系統(tǒng)采用DEH-IIIA 的硬件和軟件。汽輪機(jī)采用高壓旁路和低壓旁路二級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)裝置，高、低壓旁路分別由其對(duì)應(yīng)的旁路閥、噴水調(diào)節(jié)閥和隔離閥等組成。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一個(gè)AV6 控制柜，AV6 控制柜除了對(duì)汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)控制外，還負(fù)責(zé)對(duì)過(guò)熱器一、二減溫水以及主給水調(diào)節(jié)門的控制。

1.2 存在的問(wèn)題

由于設(shè)備運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，自投產(chǎn)以來(lái)存在如下問(wèn)題：（1）AV6 控制系統(tǒng)在發(fā)生故障后不易查找原因，維護(hù)也不方便。而且由于卡件的電子元器件老化，影響設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性；（2）RK10定位器調(diào)節(jié)復(fù)雜，不易操作；（3）系統(tǒng)硬件采用進(jìn)口設(shè)備，備品采購(gòu)價(jià)格高且周期長(zhǎng)。

此外，還存在設(shè)備操作困難的問(wèn)題，主要是由于低壓旁路控制和其他DCS 控制分開(kāi)設(shè)置，在機(jī)組啟?；蛩ω?fù)荷時(shí)，需要通過(guò)操作低壓旁路減壓閥和一、二級(jí)減壓閥來(lái)控制再熱器壓力。同時(shí)需要對(duì)鍋爐和汽輪機(jī)的其他系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，而工作站是分開(kāi)設(shè)置的，導(dǎo)致不能同時(shí)監(jiān)視參數(shù)，增加了操作人員的工作量。

2 旁路控制系統(tǒng)改造措施

鑒于以上存在的問(wèn)題，通過(guò)調(diào)查研究、試驗(yàn)技術(shù)手段、技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比等方面，對(duì)旁路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概況及其運(yùn)行中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出使用EDPF NT+系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)SULZER旁路系統(tǒng)創(chuàng)新改造。由于原先新華控制系統(tǒng)使用常規(guī)信號(hào)和SULZER 伺服模塊進(jìn)行通信，再由伺服模塊控制就地設(shè)備。在此次改造中，原來(lái)的新華控制系統(tǒng)改造為EDPF NT+控制系統(tǒng)，直接實(shí)現(xiàn)對(duì)就地系統(tǒng)的控制，取消原來(lái)的AV6 控制柜。將原來(lái)控制柜內(nèi)設(shè)計(jì)的高低旁減溫水調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制功能，全部設(shè)計(jì)為新的DCS系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，見(jiàn)圖1。

圖1 DCS控制減溫水閥過(guò)程圖

2.1 控制調(diào)節(jié)算法

旁路控制系統(tǒng)并入DCS 后，必須將原旁路控制系統(tǒng)中的控制調(diào)節(jié)算法移至DCS 系統(tǒng)中。移植過(guò)程中，在原則上保留原設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了不合理的部分。增加對(duì)電磁閥的保護(hù)，提高閥門的控制精度與響應(yīng)速度，保證運(yùn)行安全。其優(yōu)化內(nèi)容及相應(yīng)目的，詳見(jiàn)表1。

表1 控制算法的優(yōu)化及目的

2.2 控制器

通過(guò)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加冗余控制器、輸入輸出卡、專用伺服模件、冗余供電回路及相應(yīng)端子板等部件。不增加工程師與操作員工作站，實(shí)現(xiàn)旁路控制系統(tǒng)的一體化控制，如圖2所示。

圖2 DCS/DEH控制系統(tǒng)一體化布置圖

2.3 旁路控制系統(tǒng)的被控對(duì)象

旁路控制系統(tǒng)的被控對(duì)象如表2所示。單獨(dú)取一路UPS 電源220 VAC 和一路保安電源220 VAC，對(duì)各電磁閥進(jìn)行供電。兩路電源首先經(jīng)過(guò)切換裝置實(shí)現(xiàn)冗余，由于就地電磁閥的電壓等級(jí)都是24 VDC，所以切換后的220 VAC 電源分別進(jìn)入多個(gè)24 V 電源模塊，至少布置3 個(gè)24 V 模塊以保證高旁、低旁1、和低旁2 可以不互相影響，對(duì)于一些保護(hù)電磁閥，如高旁快開(kāi)電磁閥，其供電回路也與控制回路分開(kāi)，保證安全，改造原理如圖3所示。

表2 旁路控制系統(tǒng)的被控對(duì)象

圖3 改造原理圖

2.4 控制系統(tǒng)冗余配置

旁路控制系統(tǒng)并入DCS后，實(shí)現(xiàn)了冗余配置，旁路系統(tǒng)的可靠性得以提高，同時(shí)增加SIS接口，這樣旁路系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以精準(zhǔn)傳輸SIS 接口，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)共享數(shù)據(jù)。

3 改造效果分析

通過(guò)此次改造，使旁路系統(tǒng)邏輯更加完善，也更方便運(yùn)行人員進(jìn)行操作；同時(shí)，保障了旁路系統(tǒng)電源與網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性。通過(guò)改造措施后，其旁路系統(tǒng)的安全性得到顯著提升。與成套進(jìn)口的設(shè)備相比，每臺(tái)機(jī)組可以節(jié)省大約100萬(wàn)元資金的投入。

4 結(jié)論

針對(duì)本電廠機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)存在維修和設(shè)備操作困難及維護(hù)成本高等問(wèn)題，提出了基于EDPF NT+系統(tǒng)的SULZER 旁路控制系統(tǒng)改造優(yōu)化措施，主要結(jié)論如下。

（1）新旁路控制系統(tǒng)接入主機(jī)DCS 系統(tǒng)，DCS、DEH和旁路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一體化，使各系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)可以互相引用，邏輯更加完善。

（2）旁路系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)計(jì)電源及網(wǎng)絡(luò)且DEH網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與DCS 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過(guò)冗余級(jí)聯(lián)網(wǎng)線進(jìn)行連接，保證通信穩(wěn)定。

（3）控制回路和電磁閥回路采用不同的電源進(jìn)行供電，與之前電源回路相比更加安全，避免了電磁閥短路引起的控制系統(tǒng)電源跳閘，同時(shí)，冗余并且分散的電源設(shè)計(jì)使整個(gè)旁路系統(tǒng)更加安全。

本旁路系統(tǒng)改造措施保障了本電廠機(jī)組的安全性與經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)，對(duì)其他機(jī)組也具有一定的參考價(jià)值。