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珠海发电厂700 MW机组DEH系统的调试 |
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| 珠海发电厂700 MW机组DEH系统的调试 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 10:50:02  |
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珠海发电厂700 MW机组DEH系统的调试
刘元胜1 马智行2
1．珠海发电厂有限公司，广东珠海519015；2．珠海发电厂，广东珠海519015
珠海发电厂一期2×700 MW机组，锅炉为日本三菱辐射、再热强制循环室外布置锅炉（BM－FRR），额定蒸发量为2 290 t／h；汽轮机为日本三菱再热凝汽式、三缸四排汽的汽轮机（TC4F－40），额定功率为700 MW，最大功率为730 MW；发电机为美国西屋水冷定子绕组的氢气内冷发电机，额定功率为746 MW，容量为828．889 MVA，功率因数0．9。整个工程采用设计、施工、调试总承包的方式进行，总承包商为日本三菱商事株式会社和重工业株式会社。
热控设备为日本三菱重工业株式会社生产配套的、名为DIASYS－UP的分散控制系统（DCS）。有如下特点：DCS的电源双路供电；控制系统的CPU采用双冗余；采集系统CPU为双冗余；采用以太网的数据通道为双冗余；7台OPS操作站具有相同的功能以提高效率；接入APC和DEH系统的主要信号采用双冗余或三冗余。
DEH系统是挂在DIASYS－UP分散控制系统以太网上的独立系统，它通过以太网可以与其它系统进行数据通信，并实现对汽轮机组从启动、升速到带负荷的全过程控制 。
1 DEH系统简介
1.1 DEH系统结构
DEH系统结构如图1所示。
DEH系统的主要硬件有：CPU模件；标准的DIASYS－UP输入输出模件(D0AIM02、D0AOM02、D0DIM02、D0 DOM02)；伺服卡(MSRV02)；手动－自动(MAHS01)卡；三块信号转换卡(MH8ISO)；实现超速保护的MOPC11模块，MTSD12模件；联锁模件(MTCL12)；手操站(MBSS01)模块。
1.2 DEH系统控制功能
DEH系统控制功能包括：转速控制；负荷－频率控制；转子应力计算；IPR和VU功能；阀试验功能；超速保护及试验；阀门切换；阀门管理。
2 DEH系统调试
2.1 回路检查
由于DEH系统机柜内的线路和卡件及其功能，在出厂前经过全面的检查和试验,现场调试主要是检查该系统的输入－输出信号回路，以及系统与其他系统的联络信号回路。检查的回路有：模拟量输入－输出信号回路；数字量输入－输出信号回路；硬接线数字输出信号回路。DEH系统的模拟量输入主要有：温度、压力、转速和阀门位移 。模拟量输出主要有：主汽阀入口蒸汽压力、发电机的负荷。
回路检查前，必须进行系统受电和就地仪表与系统接口检查。模拟量信号回路检查采用信号发生器加信号进行，数字信号回路检查利用DCS系统的工程师站（EWS）和运行操作站（OPS）进行。
2.2 静态调试
静态调试是利用DCS系统的工程师站（EWS）和运行操作站（OPS）结合就地测量仪器而完成的，它的主要任务是：
a）完成DEH系统中阀门执行机构的动作校验；
b）获取执行机构的特性曲线（阀门控制指令与实际阀门开量曲线）；
c）完成阀门限位开关的校验；
d）获取阀门阶跃响应试验曲线。
调试时，为获取执行机构的特性曲线，将对应的操作站切至“自动”方式，设定阀门的控制信号为“0”，校准阀门的零位。确定阀门全关后，调整实际安装的LVDT阀位反馈指示使其为“0 mm”。逐步增加阀门的控制信号到“100%”，确定阀门全开 ，测量LVDT阀位反馈值（主汽阀约为“320mm”、高压调节阀和中压调节阀约为“180mm”）。反复调整零点和量程，然后进行测试，记录正、反方向每个校验点的阀门开度值。这样，就可以得到各阀门的阀门控制指令与实际阀门开量曲线，如图2所示（以MSV1为例）。
进行阀门限位开关校验时，将对应的操作站切至“手动”方式，将阀门从中间位置慢慢地增加（或减少）阀门开度指令，到限位开关发出全开（或全关）时，读取阀位反馈指示值，此为全开（或全关）的接通值，调整限位开关可以改变此数值；从阀门全开（或全关）位置改变开度指令，可以测取并调整全开（或全关）的断开值。
在DEH系统的伺服卡（MSRV02）输入、输出端分别接上阀门的控制信号和阀位反馈信号的记录仪，把对应的操作站切至“自动”方式，先将阀门指令设定为“80%”，然后设定为“0”，进行阀门阶跃响应试验，以测试各阀门的开关时间及动作曲线 ，如图3所示（以MSV1为例）。
2.3 动态调试
2.3.1 动态调试的几个阶段
动态调试的几个阶段及进行的试验如表1所示。
2.3.2 转速控制
转速控制是通过比例作用来实现的。为了消除比例调节产生的静差，系统在逻辑上设计了一模块以实现积分功能，即用升速率乘以一个常数得出每个标准采样时间的升速率，这个常数为0.000 833 min/samp le。因此即使在最高升速率300 r/min2时 ，每个采样时间的升速率也仅为300r/min2×0.000 833 min/sa mple＝0.249 9 r/(min·sample)，所以从最后的控制结果看，虽然没有在一般控制系统中的PI模块,但实际上同样也实现了比例积分作用，整个转速的控制效果是稳定的 。
珠海电厂的汽轮机采用主汽门MSV进行升速控制，汽机转速达到2 950 r/min时进行阀切换，即MSV转速控制改为高压调节阀GV转速控制。切换过程中，要求汽机转速不发生跳变。因此，转速控制分为3个阶段：MSV转速控制、阀切换(MSV－GV)、GV转速控制。
调试整定MSV转速控制和GV转速控制比例调节控制器的参数P＝4%。根据阀门特性曲线，逐步调整不同主汽压力下对参考转速的修正曲线，可以使转速控制达到满意的效果。图4、图5和图6给出了转速控制在3种工况下的运行曲线。
2.3.3 负荷控制
负荷控制是DEH系统的基本功能。由于机组承担调频的责任，因此负荷设定上叠加了一个频率偏差信号以实现调频功能，这就是GOV方式。为了防止GOV方式负荷设定值的突变引起蒸汽流量突变而危及汽轮机安全，该系统还设计了一个负荷限制器(load limiter，LL)，采用负荷限制器方式称LL方式。这两种方式都可以在正常运行时使用，主要区别是LL方式没有调频功能。在自动方式下GOV方式和LL方式互相跟踪 ，跟踪值大于设定值10%。
在并网的同时，为了防止逆功率的出现，需要加上一个5%初始负荷(35 MW)。初始负荷设定经过速率限制，在并网的瞬间叠加上转速修正和主蒸汽压力修正，以确保不会出现逆功率。设定5%的初始负荷直接作为参考负荷，与测量的第一级主蒸汽压力折算成的主蒸汽流量进行比较，经过PI调节器后，与参考负荷共同发出汽机调门的控制指令。因此，调试主要确定瞬时偏差补偿（压力补偿）曲线、汽机转速修正系数和PI调节器的参数（P＝0.15；tI＝3 s）。图7是初始负荷控制的曲线。
对其它的负荷控制方式，由负荷变化率设定器将目标负荷变成设定负荷后与实际的负荷进行比较，此比较值通过PI调节器，加上机组频率修正后成为控制的参考负荷 ，此后与初始负荷控制是相同的。因此，调试不同的负荷控制方式均需整定：负荷变化率设定器参数；各种设定曲线；PI调节器的参数（P＝0.25；tI＝4 s）；各处上、下限幅值及延时时间。
对DEH系统的调试，采用负荷阶跃扰动试验进行初步检验，并根据扰动试验的结果进行修改完善。阶跃扰动试验分别在50%和75%两个负荷下进行，即（350±10）MW和（525±20）MW。图8是75%负荷跃扰动试验曲线。
2.3.4 OPC功能及FV功能
OPC功能即超速保护控制，在甩负荷或超速时快关GV阀、ICV阀以控制汽机转速,使转速维持3 000 r/min。OPC的控制逻辑以发电机的电流与ICV阀出口蒸汽压力之差 ，产生“ΔMW”信号值（0～30%负荷为0，30%～60%之间为0～1之间的某值)，此信号与转速在3 000～3 210 r／min之间产生的信号(0～1之间的某值)叠加，若大于等于1,则OPC动作。OPC逻辑判断通过模件MTSD11输出至MTCL11模件作三选二判断，输出驱动OPC电磁阀。
FV就是指中调门快关，由于中低压缸的出力占总出力的70%左右，在突然甩负荷时，快关中调门可控制汽机转速的飞升。所以在甩负荷大于40%时，FV动作。FV逻辑判断是通过MTSD12，再经过MTCL11作三选二判断，输出驱动FV电磁阀。
机组进行甩负荷试验是对DEH系统功能和调节性能的考验，25%甩负荷试验时OPC不动作，甩50%，75%，100%负荷试验时OPC动作。全部试验证明DEH系统的调节性能优良。
3 调试中的问题及处理
3.1 发电机功率信号
在调试阶段，2号机组带75%负荷（525 MW）运行时，发生了一次FV动作的事故。事故的原因是发电机功率信号测量回路中电压互感器的保险熔断，使得测量的发电机功率为“0”。此信号启动FV动作逻辑，使得汽机的中压调门由原来的位置到全关,然后再由全关回到原来的开度，这样振荡了4次，运行手动停机。处理方法是将此功率信号改为用发电机的电流信号代替，即用与OPC控制中相同的信号。
3.2 门控制器通信
2号机组带75%负荷运行时，发生一次由于DEH系统的两个CPU故障引起汽机跳闸的事故。其原因是DEH系统以太网的工作总线上的门控制器发生故障，它在与两个CPU通信时，发出错误数据，致使两个CPU不能进行计算，导致CPU工作中断，DEH系统发出两个CPU故障信号，汽轮机跳闸。处理方法是更换DEH系统原来工作的门控制器，同时修改DCS系统中所有子系统的控制程序，当DCS发生某一子系统的门控制器故障时，利用以太网的双冗余，将工作的总线切换至备用总线。
4 结束语
珠海发电厂的DEH系统经过调试后，投入运行可靠，调节性能稳定。经受了甩25% ，50%，75%和100%负荷和FCB甩100%负荷带厂用电的考验，可以满足机组控制转速和负荷的要求，且完全实现了DEH系统的全部功能。调试中出现了一些设计问题和设备故障，引发了运行事故，此后的分析和处理是正确的。
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