火電廠自動發電控制系統的優化設計

張 琦,楊 斌,孫永再

(山西漳澤電力股份有限公司河津發電分公司,山西河津 043300)

火電廠自動發電控制系統的優化設計

張 琦,楊 斌,孫永再

(山西漳澤電力股份有限公司河津發電分公司,山西河津 043300)

分析了山西漳澤電力股份有限公司河津發電分公司二期4號機組自動發電控制系統的運行現狀,對該機組協調系統和相關的子系統進行控制技術改進和參數優化。針對機組煤質差及部分設備性能原因,設計了非協調方式下自動發電控制系統投運的新控制方式,該控制方式可在各種工況下長期穩定投入,為山西漳澤電力股份有限公司河津發電分公司 “競價上網”提供了必要基礎和有利條件。

自動發電控制;直接能量平衡;非協調方式;競價上網

1 機組概況和背景介紹

山西漳澤電力股份有限公司河津發電分公司二期2×300 MW機組,鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠的中間再熱式、燃煤汽包爐。制粉系統采用3臺直吹式雙進雙出鋼球磨,每臺磨帶兩層粉,共計6層粉的特殊布置。助燃油槍采用12支出力為1.8 t/h的油槍,分3層布置。給水系統采用3臺50%的電動變速給水泵。

熱工控制系統采用上海愛默生公司的Ovation-xp控制系統。分散控制系統控制內容包含有:數據采集系統DAS(Data Acquisition System),模擬量控制系統MCS(Modulation Control System),順序控制系統SCS(Sequence Control System),電氣控制系統ECS(Electrical Control System),鍋爐安全監視系統FSSS(Furnace Safety Supervision System),汽輪機數字式電液調節系統DEH(Digital Electro-hydraulic Control System),典型一體化配置。

4號機組在2004年12月投產時通過了電網自動發電控制系統AGC[1](Automatic Generation Control)的調度測試,但由于制粉系統的特殊設計,加之機組煤質差及部分設備性能原因,導致AGC和機組協調控制系統時常退出自動。由于2009年初山西電網公司要求長期投入AGC系統,經過前期進行的協調系列改進和AGC系統的優化工作,由電廠人員完成分析報告和設計方案,負責實施完成各項技術改造,最終穩定投入AGC。

2 AGC控制功能的原始設計和優化后改進內容

2.1 原始設計基礎及條件分析

DCS系統采用典型一體化的配置,使各系統之間的數據能通過環路共享,協調控制系統采用直接能量平衡[2]DEB(Direct Energy Balance),AGC控制方式建立在協調控制系統 (MCS)的基礎之上。協調控制系統與網調的聯絡信號共有2個,其中模擬量信號1個,開關量信號1個,其他信號預留備用。

模擬量信號。網調負荷指令信號 (網調至DCS),實發功率信號 (遠動變送器柜至網調);預留備用通道:負荷變化速率 (MW),最大允許負荷 (MW),最小允許負荷 (MW)。

開關量信號。AGC控制方式 (DCS至網調);預留備用通道:AGC方式允許信號 (網調至DCS),AGC方式請求信號 (DCS至網調),MCS控制方式 (DCS至網調),AGC狀態信號(DCS至網調)。

AGC控制方式投入條件是:AGC負荷指令信號正常;協調控制系統投入方式 (設計修改);AGC負荷指令大于等于最小允許負荷,小于等于最大允許負荷。

2.2 AGC系統的自主改進

AGC系統是一個連續運行的實時系統,運行中不可避免地會遇到各種異常情況,如發電廠因設備消缺、運行方式改變不能按規定投入AGC功能、機組AGC功能因故緊急退出、機組因故不能按核定的AGC技術參數運行、機組跟蹤遠方控制命令的情況變壞等等,針對這些情況,設計了非協調方式AGC系統仍然可以安全投運。為競價上網提供了高一級別的響應。

2.2.1 AGC方案設計

2.2.1.1 重新設計AGC系統

增加非協調方式下投入AGC系統。增加設計了汽機側新運行方式TURB-AGC[2],相關控制邏輯的實現是原協調系統的基礎上進行變更改進的,原有的協調系統控制功能不變,即把非協調方式下AGC控制作改進的協調控制系統對機組負荷進行自動控制的上一級的運行方式,增加了獨立的機調功控制方式,在該特殊控制方式下,具備和原設計的機爐協調方式、爐跟隨方式、機跟隨方式無擾切換功能,具有改良的重要輔機跳閘保護功能,具備調度系統自動閉鎖和自動切除保護功能。該方式為重新設計的自動控制方式,設計標準為具備不降低機組安全和自動化等級[3],可長期投入運行。

2.2.1.2 AGC保護邏輯設計

完善常規的中調負荷指令和實際負荷信號的超量程和誤碼的判斷、處理[1]。出現上述情況時,自動退出 AGC方式,回到 “機組負荷調度請求方式”。增加了非協調方式下AGC投入允許條件。見圖 1、圖2。

圖1 AGC投入允許條件

圖2 AGC自動閉鎖條件

2.2.1.3 修改AGC方式下的負荷調整限值

正常范圍:由原來的0～330 MW改為150～310 MW,見圖3。

2.2.1.4 修改送中調實發功率信號

MCS和AGC(由遠動通道送出)使用的機組實發功率信號應使用同1臺變送器,以保證信號的一致性。目前,實際情況是:發給中調的機組實發功率信號是由1臺繼電保護遠動系統使用的變送器送出,而機組MCS所用的功率信號是DEH系統使用的3臺變送器經過三取中 (平均)后的計算值。修改后,統一將DEH系統的功率信號作為AGC使用的功率信號,見圖4。

圖3 負荷指令量程

圖4 實發功率量程

2.2.1.5 修改中調負荷閉鎖條件

MCS控制回路中發生負荷禁升、禁降情況時,負荷限值自動保持在當前給定負荷水平上。

負荷禁升、禁降控制邏輯中除原設計的條件外,還根據機組當前實際運行情況,加入原煤發熱量、給煤量和磨煤機的運行臺數等限制參數,在AGC自動控制過程中,如果機組工況出現異常,滿足不了負荷的調節要求時,則會發 “閉鎖增”(或 “閉鎖減”)的信號,此時中調的負荷指令信號經過運算后暫時保持,自動閉鎖條件解除后,系統繼續自動按允許速率對負荷進行調節。

2.2.2 報警功能完善

原AGC系統無相應的報警,為了便于運行人員監視,在AGC功能中設有報警判斷邏輯,報警信號進入報警畫面,并以顏色區分等級。增加的報警信號如下。

a)“AGC狀態變更報警”,觸發該信號的條件為機組運行方式由MCS方式或T URB-AGC方式變為AGC自動方式,且接受AGC初始指令時或AGC自動切為手動時。

b)“AGC負荷改變報警”,增設了AGC指令改變告警,其觸發條件為在AGC自動方式,且未投入ACE系統時,當中調負荷指令大幅改變時,進行報警。

c)“AGC負荷速率報警”,當AGC指令值變化的速率超過±20 MW/s時,進行報警。

d)“AGC負荷限制報警”,當AGC負荷指令超過相應的自動閉鎖值時,進行報警。

e)機組運行方式變更時,監視畫面報警。完善原有的CCS-MODE,BF-MODE(Boiler Follow-mode),TF-MODE(TurbinFollow-mode)報警,增設T URB-AGC方式的報警,提醒運行人員注意和進行相關操作處理。

3 對協調系統MCS所包含的子系統進行的優化改進

為了保障AGC的長期穩定投入,必須對協調系統進行優化[2],以保證整個單元機組的安全經濟運行。特別是機爐的子系統的控制質量將直接影響負荷和壓力控制的質量,只有子系統好用,保證高指標控制質量的前提下,才能使最終的協調控制系統達到設計標準。

a)磨煤機一次風調節擋板調節效果的改良。磨煤機熱風調整擋板執行機構為Limtorque型電動執行器,由于環境溫度高和動作頻繁,需要質量更好,精度更高的執行機構,改為Rotork型后,一次設備可靠性明顯提高。另外,針對磨煤機調節擋板底座及連桿有松動和間隙的現象,進行了調節擋板底座加固和連桿的重新焊接固定,磨煤機一次風調節擋板的回差由10%減為3%,達到原設計要求,也為一次風自動控制的改進奠定了基礎。

b)磨煤機一次風量自動控制參數優化。對一次風量調節PID進行修改,消除調節擋板反復上下調節擺動的情況;另外,針對風量測量裝置容易堵灰的情況,相關技術改造正在進行中,短期內制定一次風量測量裝置定期吹掃維保性作業,通過管理手段保障一次風調節回路的自動長期投入,穩定調節。

c)雙磨運行條件下,磨煤機事故跳閘后實現自動快速投油穩燃,保障鍋爐不滅火功能的實現。由于制粉系統的特殊設計,機組在2臺磨運行條件下,如果1臺磨煤機事故跳閘,該功能經過僅剩單磨雙層粉運行,造成鍋爐滅火。經過山西電力科學研究院專家的反復斟酌,參考運行人員的操作習慣,最終完成該控制邏輯的設計。經過停機期間多次靜態模擬試驗和試運行期間數次實際參數優化和效果檢驗,該功能最終達到設計標準。

d)負壓調節系統的改進。進行了引風機自動控制站參數的修改;增加了引送風機站偏置自動控制回路,解決引送風機失速的問題。引風機靜葉調節電動執行器由AUMA改型為SIPOS,在一次設備達到日常免維護的預期效果后,設計了根據2臺引風機電流自動調整引風機擋板開度的偏置控制回路,有效地改善了電流偏差大的現象,對送風機站偏置自動控制系統也進行了同樣改進。

e)協調控制的投入和控制品質的優化。在一次風量調節控制優化和負壓調節回路優化的基礎上,進行了汽機主控站參數的修改、風量控制站PID參數的修改和協調系統爐主控重要參數的優化處理。修訂風煤量折算函數,重要單點信號品質判斷和故障報警,完善控制邏輯切手動條件,合理設置偏差報警。經過協調連續投入5個月的觀察,整體效果比修改前有明顯改善。

f)脫硫系統增壓風機入口負壓調節系統的改進。由于原有脫硫系統的增壓風機靜葉動作情況不良,會影響鍋爐入口負壓調節系統,且嚴重滯后于負荷調節,因此對其進行了自動化改造,電動執行器由AUMA型改為SIPOS5型。并重新設計控制方案,實現了增壓風機靜葉自動控制脫硫系統入口負壓,增加了引風機靜葉前饋系統。經過改造后,高標準穩定投入脫硫系統入口風壓自動控制,升降負荷時脫硫系統入口負壓由原先的-500 Pa到+100 Pa波動提高至-200 Pa至-50 Pa,主機鍋爐側爐膛負壓由原先的-200 Pa至+50 Pa提高至-120 Pa至-10 Pa范圍,負壓調節效果明顯改善。

g)二次風配風調節的改進和燃燒器擺角控制優化。在燃燒調整試驗后,完善了二次風調節擋板的自動控制邏輯,修訂了爐膛和二次風差壓自動調節PID參數,對二次風調節擋板和燃燒器擺角進行了集中整治。經過整改后,實現了鍋爐末級過熱器左右側氣溫平衡,主汽溫減溫水調門由30%減少到 10%以內,汽機側主汽門前溫度提高了10℃,降低供電煤耗1.5 g/(kW?h)。

h)5號高壓調門振蕩缺陷的處理。協調方式下負荷在270 MW時,5號高壓調門經常發生振蕩現象。更換了GV5 MOOG閥和修訂滑壓曲線,進行了5號高壓調門順閥特性曲線的修訂;5號高壓調門在快開區域的閥位指令自保持邏輯的修改,進行此兩項工作后,徹底消除了5號高壓調門振蕩異常的發生。

圖5 GV5閥門特性曲線改進前后對比圖

通過一次測量裝置和執行機構等設備的改造,協調系統和其子系統的改進及調節參數的整定,大大提高了一次設備的安全可靠性,優化了各調節回路的調節品質,最終確保機組長期投入AGC系統。

4 結論

經過近兩年的設備整治、改造,山西漳澤電力股份公司河津發電分公司主輔機設備性能指標已滿足協調控制系統要求,完全達到同類型機組核定的AGC系統調節品質。在應對機組因設備消缺、運行方式改變等特殊工況時,其他同類機組不能按規定投入協調和AGC功能的情況下,山西漳澤電力股份公司河津發電分公司4號機組仍然可以安全投入非協調方式下AGC系統,為競價上網提供了高等級的響應,希望能對同類型機組有所借鑒。

[1] 于希寧.火電廠自動控制理論基礎[M].北京:中國電力出版社,2000:60-97.

[2] 電機工程學會,熱工自動化技術 [M].北京:中國電力出版社,2006:9-40.

[3] 朱北恒.火電廠熱工自動化系統試驗[M].北京:中國電力出版社,2003:273-280.

The Optimized Design Application of Automatic Generation Control(AGC)System in Coal-Fired Power Plant

ZHANG Qi,YANGBin,SUN Yong-zai
(Shanxi Zhangze Power Stock Co.Hejin Power Plant,Hejin,Shanxi 043300,China)

The running status of the Automatic Generation Control system(AGC)is analyzed of unit 4 in Hejin Branch Company of Zhangze Power Company Co.,Ltd.The control technology is improved and parameter is optimized for unit coordinated system and subsystem.The non-coordinated mode automatic generation control system is newly designed based on the poor coal and equipment performance feature.This system shall be put into operation in any working conditions stably so as to lay a necessary basis and provide favorable conditions for‘competitive bid for regional power plant to the grid'of.Hejin Branch Company of Zhangze Power Company Co.,Ltd.

Automatic Generation Control(AGC);Direct Energy Balance(DEB);non-coordinated mode;competitive bid for regional power plant to the grid

TK323

A

1671-0320(2010)01-0061-04

2009-08-26,

2009-12-12

張 琦 (1977-),男,山西永濟人,1999年畢業于華北電力大學自動控制專業,工程師,從事熱控專業技術管理工作;

楊 斌 (1978-),男,山西河津人,2001年畢業于中南大學自動化專業,工程師,從事熱控專業檢修管理工作;

孫永再 (1975-),男,山西永濟人,1996年畢業于太原電力高等專科學校熱能動力專業,工程師,從事熱控專業技術管理工作。