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200 MW汽轮机控制系统的改造           
200 MW汽轮机控制系统的改造
作者:佚名 文章来源:技术论文 点击数: 更新时间:2008-10-13 8:57:20
    镇海发电厂3号机组为北京重型电机厂制造的超高压中间再热三缸三排汽凝汽式汽轮机组,容量200MW,于1985年12月投产。该机组采用机械液压式调节系统,有四级传动放大机构。主要由高速弹性调速器、调速器错油门、中间错油门、微分器和高中压油动机及凸轮配汽机构组成。 
    随着电力工业的迅猛发展,发电市场化,电网AGC已提到议事日程,特别是200 MW机组作为调峰机组已逐步成为现实,机组自动控制水平不高,就无法实现AGC。为从根本上解决3号机调速系统的缺陷,应用国内外普遍采用的比较成熟先进的DEH汽轮机调节控制系统代替原来的机械液压式调节系统成了技术发展的必然趋势。
1 国产200 MW汽轮机控制系统存在的问题

    镇海发电厂3号机组的汽轮机控制系统,采用纯液调控制系统,已运行多年,据国外统计资料表明,一般主机寿命为30年,而控制系统的有效寿命为15年左右,而且其液调控制系统存在如下问题:
  (1)调节性能差,晃动大,汽压、负荷调整困难。
  (2)液压部件易磨损、卡涩;配汽机构连接点多,造成调节系统迟缓率大。
  (3)随动滑阀输出油压低,动态特性差,滞后时间长。
    (4)同步器调控负荷的实际行程仅有2mm左右,加之与控制滑阀不同心,无论是增负荷还是减负荷,都会产生振荡,汽压随之上下波动,动态过渡过程时间长。
  (5)由于液调存在许多问题,妨碍了协调控制的投入,以及AGC功能的实现。  
    (6)油质难保证,易劣化变质。
2 系统改造方案
    在调研中了解到如果在液调的基础上改为电液并存方式,不论是液调还是电调运行,都是通过中间滑阀和油动机去控制阀门,仍使用原系统的凸轮配汽机构,易卡涩的弊病仍然存在,制约了汽轮机控制系统调节品质的提高。而且电液并存型DEH普遍投用情况不佳,其中较好的也只能基本满足定压运行,系统迟缓率大的问题仍然存在,机组大都运行于液调状态,电调设备形同虚设。
  而纯电调的DEH则各调门由计算机指令分别控制,风险分散,大大提高了系统的可靠性和安全性。取消原来的液压调节部分和凸轮配汽机构,高压油动机动作迅速,阀位闭环控制精度高,从而使调节品质大为提高。汽机进汽方式更为合理,有喷嘴和节流两种调节方式,对主机更为合理。故改造方案选使用纯电调的DEH。  
    通过对原200 MW机组汽轮机控制系统进行了详细的分析,制定了200 MW机组汽轮机控制系统自动化改造的原则,即考虑原有液调控制系统的  可利用性,改造的投资情况,又要考虑现代化电网对机组的需求,改造所选设备的先进性、可靠性,以及与DCS的整体性,综合各方面的情况,共同制定了汽机控制系统的改造方案。

2.1 汽轮机控制系统改造的主要内容
  (1)原液压调节部分,改用高压抗燃油及计算机控制器。原液压调节部分,同步器在启动时挂闸功能保留,其他功能不用。主要改造部套:增加DEH-ⅢA控制器(包括操作员站等);高压油动机4只和中压油动机4只用高压单侧油动机,用伺服阀直接控制;增加高压抗燃油供油系统,专供高、中压调门油动机用油。
  (2)取消凸轮配汽机构,重新设计弹簧座,使高中压油动机直接与汽门阀杆相连。
  (3)保留原保安系统,包括安全油控制的高中压主汽门自动关闭器。原安全油系统与高压抗燃油和油系统之间加隔膜阀,透平安全油系统动作时,高压油控制系统跟随动作。增加OPC电磁阀。
   (4)增加一套抗燃油系统和抗燃油供油系统。  
   (5)汽机控制系统采用独立的操作员站,主要考虑汽机控制系统的独立性和重要性。
2.2  DEH控制系统的硬件配置
    200MW机组的DEH控制系统的硬件配置由人机接口(MMI)、主控制器(DPU)、数据高速公路(D/W)和过程输入/输出单元(I/O)四大部分组成。DEH-ⅢA的DPU、操作员站、工程师站之间由冗余的数据高速公路相连,数据高速公路采用以太网符合IEEE802.3标准,通讯速率10 Mbps,各DPU控制处理单元的I/O站通过冗余的BITBUS工业控制网络与DPU相连。
  (1)人机接口MMI:DEH-ⅢA的人机接口MMI为工程师站(ENG),操作员站(OPU),采用高性能的以Windows 95、Windows NT为平台的PC工作站,统一配置为相同的硬件平台。通过下载和运行DEH-ⅢA的过程监控及管理软件包,实现汽轮机控制及汽轮机岛控制过程的操作与监视。操作员站由一台Pentium工业控制机组成,配一台大尺寸彩色监视器CRT。操作员可通过薄膜键盘或鼠标,对DEH进行各种操作。
  工程师站配置与操作员站完全相同。可通过工程师站对DEH系统进行组态、维护。专业工程师在授权的情况下,可以在现场对系统进行在线或离线修改及查阅控制逻辑。当不需组态时,可
运行与操作员站完全相同的软件,互为备用。
  (2)主控制器DPU:DPU采用高性能32位Pen-tium微处理器,通用的PC结构,运行实时多任务操作系统。内存RAM16MB,并配置永久存储器。配一对冗余DPU用于基本控制及简易ATC起动。  
   (3)数据高速公路(D/W):系统配置三条符合IEEE802.3的以太网;二条为冗余的实时网,联接MMI和DPU;一条为管理信息网,联接MMI;网络介质为窄带同轴电缆;网络传输速率为10Mbps。
  (4)输入/输入单元(I/O):DEH系统中有七种带CPU的智能I/O接口卡,其中阀门控制卡VCC、转速测量卡MCP及OPC卡是用于汽轮机控制系统的专用接口卡,每一个汽轮机高中压主汽门,调门都配一块VCC卡,构成汽轮机伺服控制回路。高速采样的MCP卡用于测量汽轮机转速,其中三块MCP三选二转速测量用于汽轮机基本控制,另外三块MCP三选二转速测量用于OPC超速控制及超速保护。AI、AO、DI、DO为XDPS-400系列通用的DCS系统I/O接口卡。与其它系统的接口:DEH-ⅢA提供一个接口,将DEH-ⅢA的数据高速公路与其它系统的数据通道连接,交换数据。
2.3 改造后汽轮机控制系统实现的功能
  (1)汽机转速控制:汽机挂闸后,可实现手动/自动升速控制,由高、中压调门联合控制汽机升速到3000r/min。
  (2)自动同期控制:汽机3000r/min以后,DEH接受自同期装置指令,将汽机控制到同步转速,准备并网。
  (3)负荷控制:机组并网后,由DEH自动加初始负荷及控制机组负荷。
  (4)调频:可根据需要,使机组参与一次调频,不等率可以方便地由操作人员修改。
  (5)协调控制:接受CCS负荷指令,控制汽机负荷。机组处于机炉协调控制方式。
  (6)快速减负荷(RUNBACK):提供三档快速减负荷的速率及限制值。使机组在不同辅机故障情况下,快减负荷。
  (7)主汽压控制:可实现低汽压保护TPC及机调压功能。
  (8)阀门管理功能:可实现单阀/多阀切换,进行节流调节和喷嘴调节。
   (9)阀门试验:对汽门进行在线阀门试验。  
   (10)OPC控制:实现超速保护及超速保护试验功能。
  (11)甩负荷控制功能:甩负荷预保护功能,甩负荷后中调门根据再热汽压参与调节,汽机转速迅速稳定在额定转速。
  (12)与DAS系统或DCS通讯,实现数据共享。
  (13)手动控制:设有硬手操盘作备用。
3 现场调试与投运

    现场安装完成后,在机组未启动的工况下,利用仿真器组成闭环控制系统,进行静态和动态调试、参数调整,检查整个汽轮机控制系统的各种功能是否正常,锅炉点火后,进行阀门试验、OPC超速保护试验等。DEH-ⅢA数字电液控制系统作为汽轮机唯一的控制手段,实现了对机组启动、并网、带负荷及过程中转速、负荷、汽压的控制,机组启动一次成功,取得了较好的效果。
  (1)由于原来的液压调节系统是一个纯转速有差调节系统,改成纯电调控制系统后,可以实现转速和功率的无差调节,从而提高了机组的负荷适应性能。从运行情况看,机组负荷调节稳定,可按运行规程要求正常地投入定压运行,而改造前,因负荷变动大,只能在160 MW以上才能定压运行,从而使机组运行的经济性提高。
  (2)取消了原来的凸轮配汽机构,每个调速汽门配置一个油动机,油动机与调门阀杆直接连接,通过伺服阀对各调门实行控制,消除了由于凸轮配汽机构引起的调节迟缓。并可以通过阀门切换使机组在启动时采取单阀控制以提高转子使用寿命,也可以实现喷嘴调节以提高机组效率。同时还可以通过软件修改阀门的配汽特性,提高控制效果。  
   (3)在操作员站上进行操作,减轻了运行人员的劳动强度,同时,操作人员通过操作员站提供的CRT对运行参数进行在线监视,提高了操作的可靠性。
   (4)由于采用DEH控制系统,通过网络实现机炉控制系统间的通讯和数据传递,为实现协调控制(CCS)创造了条件。
  
(5)可在运行中在线处理一些故障,如伺服阀等液压部件的更换、阀门缺陷的处理、阀门管理曲线的修改、卡片的更换等。并可利用历史数据,对一引起运行中出现问题进行分析,以改进运行方式。

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