华能玉环电厂4×1000MW超超临界燃煤发电机组协调控制系统浅析.doc

华能玉环电厂41000MW超超临界燃煤发电机组协调控制系统浅析 1 概述 玉环电厂41000MW 超超临界燃煤火力发电机组锅炉是由哈尔滨锅炉厂有限责任公司三菱重工业株式会社提供技术支持设计的超超临界变压运行直流锅炉,采用П 型布置、单炉膛、低NOX PM 主燃烧器和MACT 燃烧技术、反向双切园燃烧方式,炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统、一次中间再热、调温方式除煤/水比外,还采用烟气分配挡板、燃烧器摆动、喷水等方式.锅炉采用平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构,设计煤种为神府东胜煤,校核煤种为晋北煤,锅炉最大连续蒸发量2953t/h,主蒸汽额定温度为605C,主汽压力27.56 MPa,再热蒸汽额定温度为603C,再热压力5.94 MPa.汽轮机由上海汽轮机厂德国西门子公司提供技术支持设计的一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机, 额定参数26.25MPa/600C/600C.发电机由上海发电机厂德国西门子公司提供技术支持设计,额定参数 1056MVA/27kV/1000MW,冷却方式水-氢-氢.DCS 采用艾默生公司的OVATION 系统,DEH 采用西门子公司的SPPA-T3000 系统.单元机组采用协调控制. 2 超超临界燃煤火力发电机组协调控制系统 我厂机组协调控制系统根据锅炉侧控制对象总的分为机炉协调、锅炉跟随、锅炉输入和锅炉手动四种运行方式,同时锅炉有湿态方式汽水循环工况和干态方式直流工况两种运行方式,实际细分为八种运行方式机炉协调湿态、锅炉跟随湿态、锅炉输入湿态、锅炉手动湿态和机炉协调干态、锅炉跟随干态、锅炉输入干态、锅炉手动干态.每种运行方式的逻辑判断详见图4控制方式判断逻辑. 2.1 负荷指令处理 负荷指令处理回路见图1.它主要完成目标负荷设定、一次调频、高低负荷设定及限幅、升降负荷速率限制及负荷闭锁增减等功能.在协调运行方式下机组的目标负荷由运行人员设定,或接收电网调度系统发来的中调指令.如果选择了除协调方式外的方式,那么实际负荷指令自动跟踪发电机实际负荷. 负荷变化率设定负荷速率由运行手动给定或由负荷产生自动的负荷变化率.负荷变化率的限制加在目标负荷信号上,以消除负荷需求信号的突然变化.可以用手动或自动的方法设定负荷变化率.在自动方式情况下,给出了由功率需求指令或锅炉输入指令所形成的自动负荷变化率.在手动方式情况下,运行人员在画面上手动设定负荷变化率.作为速率限制条件还要考虑汽机应力情况,由汽机应力所引起的负荷率的上限送给负荷目标信号.频率偏置一次调频功能是机组的必备功能,并且不能随意切投,电调机组无论在那种运行方式下运行都必须参与一次调频.DEH 一般是将一次调频信号直接迭加在调速汽门指令上.在协调方式下,由DCS 和DEH 共同完成一次调频功能,这样既保证了一次调频的速度,又保证了机组参与一次调频的持续性.频率偏置只用于协调控制方式被选择时,并且考虑主蒸汽压力的修正,提供频差的高/低和速率限制,防止锅炉输入控制需求指令的波动,以维持锅炉在安全的范围内运行. 负荷的高低限制目标负荷限幅上下限,由运行人员在操作画面上设定,对负荷需求信号的高值和低值的限制,并且只能在协调控制运行方式下使用.经过高低限制的负荷需求信号转换成功率需求信号MWD. 2.2 机炉协调控制回路 2.2.1 锅炉主控回路 锅炉主控回路见图2.在协调控制方式CC下锅炉输入需求BID信号由功率需求信号MWD、功率偏差校正信号和主汽压力修正信号组成. 在锅炉跟随方式BF下由实际功率和主蒸汽压力修正信号组成. 在锅炉输入方式BI下,锅炉输入需求指令可由操作人员通过BID 设定器来设定.当发生了RB 工况时,锅炉输入需求指令是根据预先设定的RB 目标负荷和负荷变化率产生的. 在锅炉手动方式BH下,锅炉输入需求指令在干态运行时根据给水流量MW 偏置生成,而在湿态运行时根据实际功率生成. 锅炉采用滑压运行方式,在各种工况下严格按照负荷-压力曲线运行,一般情况下不允许运行人员干预汽压设定.当机组负荷指令在0-310MW 之间为定压方式,压力定值为8.4MPa; 当机组负荷指令在310-900MW 之间为滑压方式,压力定值为8.4-27.56 MPa 之间; 当机组负荷指令在900-1000MW 之间为定压方式,压力定值为27.56 MPa.即在低、高负荷段为机组安全运行考虑,采用定压方式;在负荷中间段为机组运行经济性考虑,采用滑压方式.函数发生器fx根据负荷需求指令或锅炉输入指令整定出对应的压力定值,为防止压力定值变化过快,设置速率限制模块和迟延环节. 最终生成的锅炉指令BID 信号并行送给给水控制系统和燃料控制系统,即锅炉指令直接送给水主控,而锅炉指令经过水燃比修正后送燃料主控,燃料指令乘风燃比经过氧量校正送风量控制. 2.2.2 汽机主控回路 汽机主控回路见图3.当选择了协调控制方式CC时,汽机主控将跟随机组主控和功率控制 发电机负荷,以便使实际功率与功率需求信号MWD相匹配,即为为功率控制.同时考虑修正功率功能也被考虑,就是用主汽压力偏差来修正实际功率,并对汽机调速器阀功能给出某些限制. 当主汽压力偏差在协调控制运行期间超出了预先确定的范围/-0.7MPa时,汽机主控将控制主汽压力而不是功率,以稳定锅炉输入与汽机输出之间的平衡.这就是汽机调速器的超驰控制.在锅炉输入BI或锅炉手动BH方式下,通过单独的主汽压PI 调节器,控制主汽压以改进控制性能. 批注 [wyp1] 删除当在协调控制方式CC运行时,汽机主控切为手动,即切换为锅炉跟随方式BF.最终生成的汽机指令信号4-20mA通过硬接线送给DEH. 2.3 协调控制方式 2.3.1 机炉协调方式CC 这是机组正常运行方式.把机组负荷需求指令就是功率需求送给锅炉和汽机,以便使输入给锅炉的能量能与汽机的输出能量相匹配.汽轮发电机控制将直接跟随MW功率需求指令.锅炉输入控制在干态方式时跟随经主蒸汽压力偏差修正的MW 需求指令,在湿态方式运行时直接跟随MW 需求指令.期望在这种方式下能稳定运行,因为汽机调速器的阀门能快速响应MW 需求指令,因此也会快速改变锅炉负荷.这种控制方式可以极大地满足电网的需求.为了投入协调控制CC运行方式,不仅要把锅炉输入控制和汽机主控投入自动运行,而且还要把所有的主要控制回路都投入自动运行,诸如给水、燃料量、风量和炉膛压力控制等.在这种方式下,水燃料比WFR控制在干态时为汽水分离器入口温度Twsi过热比率的控制,湿态时为WFR 自动或高压汽机旁路 HP-TB阀主汽压自动控制. 2.3.2 锅炉跟踪方式BF 汽机主控在协调控制方式CC运行期间切换到手动时,运行方式就会从CC 方式切换到BF方式.在这种运行方式下,机组负荷由操作人员手动设定,锅炉的需求指令由逻辑自动生成.锅炉主控在干态方式时控制主蒸汽压力这个主蒸汽压力信号是用实际的MW 信号修正的,并且实际的MW 信号跟踪MW 需求信号;湿态时BID 跟随MWD速率限制.水燃料比WFR控制在干态时为水分离器入口温度Twsi过热. 2.4 协调控制系统的安全保护功能 我厂协调控制系统设计了RB 和负荷闭锁功能. 2.4.1 负荷闭锁增减 负荷增/减闭锁功能的作用就是维持机组稳定运行,它是机组控制系统保护功能的一部分.如果某些子控制回路如汽机调速器、给水、燃料和风的指令输出在协调控制方式/锅炉控制输入方式下超过了其控制范围的限制值,那么机组就不能稳定运行,因此在下列条件下闭锁负荷指令增①汽机主控指令高限;②机组负荷高限;③燃料指令高限;④风量指令高限;⑤给水泵指令高限;⑥给水泵过负荷;⑦给水指令大于燃料交叉限制;⑧燃料指令大于风量交叉限制;⑨燃料指令大于给水交叉限制;⑩频差大于0.3Hz.在下列条件下在闭锁负荷指令减①汽机主控指令低限;②机组负荷低限;③燃料指令低限;④风量指令低限;⑤给水指令低限;⑥省煤器保护;⑦给水指令小于燃料交叉限制;⑧风量指令大于燃料交叉限制;⑨频差大于-0.3Hz. 当负荷增/减闭锁条件存在时,负荷变化率被强制设置为零,并且闭锁负荷增减.直到相关的子控制回路回复到其控制的范围内,闭锁功能才复位,此时才允许机组增减负荷. 2.4.2 RB 功能 机组运行时,当主要辅机突然发生故障,造成机组承担负荷能力下降,要求机组的负荷指令处理装置将机组的实际负荷指令迅速降到机组所能承担的水平,这种辅机故障引起机组实际负荷指令的快速下降称为快速减负荷,简称RBRUN BACK.RB 功能使机组在主要辅机跳闸,出力达不到设定负荷要求时,自动将负荷快速稳定地降到机组允许的负荷设定点上,从而使机组在一个较低的负荷点维持安全稳定地运行,避免停机或设备损坏事故的发生.RB 负荷返回的速率以及所应返回到的新的负荷水平与发生故障的辅机有关.我厂设计的RB 功能有 1 两台送风机运行,其中一台跳闸; 2 两台引风机运行,其中一台跳闸; 3 两台一次风机运行,其中一台跳闸; 4 两台空预器运行,其中一台跳闸; 5 两台汽动给水泵运行,其中一台跳闸; 6 制粉系统根据情况分为跳一套、两套制粉系统或更多. 在RB 工况下,自动选择锅炉输入控制方式BI,根据RB 的内容在锅炉输入方式下以预先设定的目标值和变化率来减少锅炉的输入需求指令,直到机组负荷达到电厂余下的辅机设备出力的水平.为了产生一个迅速减少的锅炉输入需求指令,锅炉输入指令去的每个子回路给水控制、燃料和风量控制和炉膛压力控制必须处于自动运行方式.此外,为了达到快速稳定压力控制以防止由于锅炉输入变化造成主蒸汽压力波动的目的,还要求汽机主控处于自动运行方式. 3 在调试中应注意的问题 1在调试前应严格按照厂家的设计原理仔细检查控制系统组态检查功率形成回路、负荷变化率回路、负荷高低限回路及闭锁增减逻辑;检查主蒸汽压力设定点变化速率回路、负荷压力曲线;检查系统工作切换逻辑等.并确认现组态逻辑与设计的完全吻合. 2在静态试验时应注意的问题静态参数整定,检查各功能块的静态参数、高低报警设置、偏差报警限值.开环试验,检查信号流程和方向、调节器方向、手自动无扰切换、跟踪、动作方向、连锁、越限报警、工作方式之间的无扰切换.必须保证上述逻辑的正确无误. 3要以全局的观点看待协调控制系统的投入.在投入协调控制系统之前,必须逐步投入各控制子回路,如给水、燃料、水燃比、风、炉膛负压、主汽温、再热汽温等控制,并且确保这些回路自动控制系统工作稳定,才允许逐步进行带负荷的DEH 特性试验、燃料量变动试验、系统的整定和投入,最终进行变负荷的协调控制系统试验. 3 在调试中应注意的问题 1在调试前应严格按照厂家的设计原理仔细检查控制系统组态检查功率形成回路、负荷变化率回路、负荷高低限回路及闭锁增减逻辑;检查主蒸汽压力设定点变化速率回路、负荷压力曲线;检查系统工作切换逻辑等.并确认现组态逻辑与设计的完全吻合. 2在静态试验时应注意的问题静态参数整定,检查各功能块的静态参数、高低报警设置、偏差报警限值.开环试验,检查信号流程和方向、调节器方向、手自动无扰切换、跟踪、动作方向、连锁、越限报警、工作方式之间的无扰切换.必须保证上述逻辑的正确无误. 3要以全局的观点看待协调控制系统的投入.在投入协调控制系统之前,必须逐步投入各控制子回路,如给水、燃料、水燃比、风、炉膛负压、主汽温、再热汽温等控制,并且确保这些回路自动控制系统工作稳定,才允许逐步进行带负荷的DEH 特性试验、燃料量变动试验、系统的整定和投入,最终进行变负荷的协调控制系统试验.