淺析軟邏輯實(shí)現(xiàn)汽機(jī)的甩負(fù)荷試驗(yàn)

羅揚(yáng)曙 劉友寬 董均宇 劉 升

(1.云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司，云南 昆明 650051;2.云南電力試驗(yàn)研究院 (集團(tuán))有限公司電力研究院，云南 昆明 650217)

1 前言

汽機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)主要目的是考驗(yàn)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制的動(dòng)態(tài)超調(diào)量、過(guò)度過(guò)程調(diào)整時(shí)間等動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)機(jī)組脫網(wǎng)后對(duì)汽機(jī)DEH系統(tǒng)的OPC動(dòng)作、調(diào)門(mén)快關(guān)時(shí)間要求非常高，若機(jī)組脫網(wǎng)后OPC電磁閥和調(diào)門(mén)不能迅速動(dòng)作和關(guān)閉，會(huì)造成汽機(jī)轉(zhuǎn)速飛升超過(guò)110%，超速保護(hù)動(dòng)作，造成試驗(yàn)失敗。大部分DEH系統(tǒng)的OPC功能設(shè)計(jì)都增加了繼電器硬回路，油開(kāi)關(guān)動(dòng)作后通過(guò)繼電器中轉(zhuǎn)，一路進(jìn)DCS系統(tǒng)，另一路直接動(dòng)作OPC電磁閥，保證調(diào)門(mén)迅速關(guān)閉，達(dá)到轉(zhuǎn)速控制的目的。DCS和DEH采用的MAXDNA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一體化控制。DEH系統(tǒng)未設(shè)計(jì)OPC動(dòng)作硬回路，直接采用DCS出口動(dòng)作OPC電磁閥，而DCS邏輯塊的正常控制周期為500ms，如果不修改對(duì)應(yīng)模塊的控制周期，經(jīng)過(guò)DCS多重邏輯判斷實(shí)現(xiàn)的甩負(fù)荷試驗(yàn)將不能成功完成。

2 可行性分析和驗(yàn)證

汽機(jī)甩負(fù)荷調(diào)門(mén)關(guān)閉時(shí)間是指從油開(kāi)關(guān)動(dòng)作到調(diào)門(mén)開(kāi)始動(dòng)作時(shí)的延遲時(shí)間，再加上調(diào)門(mén)的凈關(guān)閉時(shí)間。根據(jù)汽機(jī)甩負(fù)荷后動(dòng)態(tài)最高飛升轉(zhuǎn)速公式 ［1］:

式中 λ—甩負(fù)荷時(shí)負(fù)荷下降的百分?jǐn)?shù)。

T1、T2—油動(dòng)機(jī)的滯后時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間，s。

Ta—轉(zhuǎn)子飛升時(shí)間常數(shù)。

Tv—蒸汽容積時(shí)間常數(shù)。

n0—額定轉(zhuǎn)速，r/min。

可知，飛升轉(zhuǎn)速與調(diào)門(mén)油動(dòng)機(jī)的延遲時(shí)間和凈關(guān)閉時(shí)間密切相關(guān)。延遲時(shí)間是指油開(kāi)關(guān)跳閘至調(diào)門(mén)開(kāi)始關(guān)閉前的時(shí)間，是試驗(yàn)時(shí)必須控制的時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)，汽輪機(jī)保持甩負(fù)荷前的進(jìn)汽量，因此應(yīng)盡可能減小此時(shí)間內(nèi)中間環(huán)節(jié)各部件時(shí)間常數(shù)，減小滯后時(shí)間，才能達(dá)到控制飛升轉(zhuǎn)速的目的。下面分析一下本臺(tái)機(jī)組延遲時(shí)間環(huán)節(jié):

1)油開(kāi)關(guān)動(dòng)作到DCS DI(數(shù)字量輸入)卡件的時(shí)間，油開(kāi)關(guān)信號(hào)未經(jīng)過(guò)中轉(zhuǎn)，為信號(hào)線路轉(zhuǎn)遞時(shí)間，時(shí)間很小，大約在40 ms以內(nèi);

2)DCS出口到OPC繼電器動(dòng)作到OPC電磁閥動(dòng)作時(shí)間，繼電器動(dòng)作需要大約是40ms，電磁閥動(dòng)作時(shí)間也基本相同，總共時(shí)間為80 ms;

3)經(jīng)過(guò)DCS處理的延遲時(shí)間，包括硬件掃描時(shí)間和邏輯組態(tài)控制周期，信號(hào)回路如圖1所示:

圖1 信號(hào)回路

DIB和DOB為系統(tǒng)硬件入口和出口，功能模塊和DTAG為邏輯組態(tài)塊，控制周期參數(shù)都可以進(jìn)行修改，但是控制回路中有漏改的大控制周期模塊，會(huì)占用較大的延遲時(shí)間，難于滿足試驗(yàn)時(shí)間要求，所以必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)方法測(cè)算出經(jīng)過(guò)DCS系統(tǒng)的時(shí)間，從而估算出此滯后時(shí)間，確定試驗(yàn)可行性，以保證試驗(yàn)安全進(jìn)行。

本臺(tái)機(jī)組油開(kāi)關(guān)動(dòng)作進(jìn)入DIB到邏輯OPC保護(hù)動(dòng)作DOB出口經(jīng)過(guò)了如圖2所示的甩負(fù)荷邏輯判斷。

圖2 DCS的甩負(fù)荷OPC保護(hù)邏輯

試驗(yàn)時(shí)，取兩個(gè)數(shù)字量SOE輸入點(diǎn)，一個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)。輸出點(diǎn)模擬OPC動(dòng)作信號(hào)，此輸出點(diǎn)接至輸入2上作為其輸入。短接輸入1，模擬脫網(wǎng)信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)DCS以上邏輯判斷后由DO卡件輸出到輸入2上，記錄兩個(gè)試驗(yàn)輸入點(diǎn)1、2的SOE時(shí)間，即可近似算出機(jī)組脫網(wǎng)后經(jīng)過(guò)DCS系統(tǒng)的延遲時(shí)間。試驗(yàn)分為四組，每組四次求出平均值:第二、三組把甩負(fù)荷邏輯各功能模塊放在組態(tài)同一組級(jí)下，第一、四組把甩負(fù)荷邏輯各功能模塊放在組態(tài)不同組級(jí)下，第二、四組所有塊SvcTimeBase屬性改為Critical(相當(dāng)于塊掃面時(shí)間為40ms)，第一、三組改任一個(gè)為Normal(相當(dāng)于掃面時(shí)間為500ms)，根據(jù)DCS SOE記錄得到表1所示的延遲時(shí)間數(shù)據(jù)。

表1 DCS的甩負(fù)荷邏輯延遲時(shí)間記錄表

根據(jù)試驗(yàn)及表1分析得出以下結(jié)論:

1)組態(tài)所有涉及到影響OPC動(dòng)作邏輯塊SvcTimeBase屬性必須改為Critical;

2)卡件DIB/DOB掃面時(shí)間屬性必須設(shè)置為Critical;

3)邏輯塊應(yīng)放入同一組級(jí)下，可以減少滯后時(shí)間環(huán)節(jié);

組態(tài)時(shí)所有涉及甩負(fù)荷邏輯功能塊放入同一組級(jí)下，SvcTimeBase屬性須設(shè)為Critical。根據(jù)靜態(tài)試驗(yàn)得出甩負(fù)荷的整個(gè)滯后時(shí)間約為250 ms。

3 試驗(yàn)過(guò)程

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可以進(jìn)行50%與100%甩負(fù)荷試驗(yàn)。試驗(yàn)進(jìn)行前，首先檢查外圍硬件:檢查繼電器和OPC電磁閥驅(qū)動(dòng)電源，保證DCS出口后繼電器和電磁閥能可靠動(dòng)作;第二，再檢查DCS甩負(fù)荷邏輯，逐一檢查修改各功能塊SvcTimeBase屬性為Critical，注意DIB、DOB的修改，不能遺漏。另外，本套DEH系統(tǒng)設(shè)計(jì)有通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)卡快關(guān)回路，能使伺服卡調(diào)門(mén)指令快速回零，達(dá)到快關(guān)的雙重保護(hù)之目的，所以此快關(guān)回路邏輯功能塊的控制周期也需進(jìn)行相應(yīng)修改。最后根據(jù)甩負(fù)荷試驗(yàn)程序完成甩前準(zhǔn)備工作，投切相應(yīng)保護(hù)和聯(lián)鎖。

4 結(jié)論

2×300MW CFB機(jī)組第一臺(tái)機(jī)組的甩負(fù)荷試驗(yàn)由DCS系統(tǒng)軟邏輯成功完成。50%甩負(fù)荷試驗(yàn)，汽機(jī)的最大飛升轉(zhuǎn)速為3069rpm，油開(kāi)關(guān)動(dòng)作到 DCS DI點(diǎn) OPC動(dòng)作的時(shí)間為 100.95ms，OPC動(dòng)作出口到調(diào)門(mén)開(kāi)始關(guān)閉的時(shí)間為69.20ms，調(diào)門(mén)凈關(guān)閉時(shí)間65.00ms，故脫網(wǎng)到調(diào)門(mén)關(guān)閉總時(shí)間為235.15ms;根據(jù)50%甩負(fù)荷試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求，進(jìn)行100%甩負(fù)荷試驗(yàn)，汽機(jī)的最大飛升轉(zhuǎn)速為3199 rpm，油開(kāi)關(guān)動(dòng)作到DCS DI點(diǎn)OPC動(dòng)作的時(shí)間為90.33ms，OPC動(dòng)作出口到調(diào)門(mén)開(kāi)始關(guān)閉的時(shí)間為69.00ms，調(diào)門(mén)凈關(guān)閉時(shí)間197.50ms，脫網(wǎng)到調(diào)門(mén)關(guān)閉總時(shí)間為356.83ms。隨著DCS軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，DCS系統(tǒng)各項(xiàng)功能得到快速的提升，通常對(duì)時(shí)間要求比較高的汽機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)，都能直接通過(guò)DCS系統(tǒng)較好的完成。

［1］王文營(yíng)，李士軍，王建.汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)的分析探討 ［J］.河北電力技術(shù)，2004，(3).

［2］沈士一，莊賀慶，康松，等.汽輪機(jī)原理［M］.北京:水利電力出版社，1991.