臺電二期1000MW 機組給水泵汽輪機控制優化

吳公寶，宋 超

(神華廣東國華粵電臺山發電有限公司，廣東臺山529228)

0 概述

神華廣東國華粵電臺山發電有限公司二期建設兩臺超超臨界1000MW燃煤發電機組，汽輪機采用上海汽輪機有限公司引進西門子技術生產的TC4F型汽輪機，機組配置2×55%B-MCR汽動給水泵，給水泵汽輪機為杭州汽輪機股份有限公司HMS500D型單缸冷凝沖動式汽輪機，輸出功率(額定)16，876kW，額定轉速 5316rpm，超速脫扣轉速6050rpm。

1 控制功能

機組在閥控方式下，通過主控畫面可設置目標閥位和閥位變化率，或按增、減按鈕改變總閥位給定值以控制給水流量。在就地自動方式下，可自動控制小機轉速按經驗曲線完成升速率設置、過臨界轉速區，直到轉速上升到機組調速范圍升速過程。在就地自動方式時，按“閥控投入”按鈕或者有“關調門”信號觸發時可切入閥控方式;按“遙控方式”按鈕可以投入“遙控方式”。遙控方式下，系統轉速給定接受來自于鍋爐轉速給定信號，在PID作用下調節給水泵轉速以控制給水流量。

超速保護用于給水泵汽輪機電超速保護。調門嚴密性試驗用于檢驗調門嚴密性，試驗開始時關調門，調門全關開始記錄機組惰走時間，實驗完成后進行手動打閘。

2 控制優化

2.1 超速保護邏輯優化

給水泵汽輪機轉速探頭共有7支，其中2#～4#轉速信號用于MEH系統閉環調節，經過測速板采集處理后進行三取中運算，轉速中值大于6050rpm/min跳閘小汽輪機;5#～7#信號用于METS系統超速保護，經過測速板采集處理，并分別判斷是否大于6050rpm/min，然后進行三取二運算跳閘給水泵汽輪機，或者“測速板打閘”開關量信號動作后，三取二跳閘給水泵汽輪機。給水泵汽輪機無機械超速裝置，超速保護功能全部由MEH/METS系統軟件實現，無硬超速回路，存在誤動和拒動的風險。另外，由于給水泵汽輪機無機械超速裝置，取消機械超速邏輯。優化前的邏輯如圖1所示。

圖1 MEH超速保護(優化前)

優化后的MEH超速保護邏輯中，3個轉速分別判斷大于6050rpm/min后，三取二運算跳閘給水泵汽輪機，執行了嚴格意義上的三取二保護邏輯，增加了超速保護硬回路設計，增強了系統的可靠性。優化后的邏輯如圖2所示。

圖2 MEH超速保護(優化后)

2.2 閉環調節邏輯優化

閉環回路優化較多，特別是轉速調節、閥門試驗、閥門管理等部分，完善后的轉速控制PID回路見圖3，具體優化如下:

圖3 轉速控制

(1)優化“低壓調門嚴密性試驗”邏輯。“低壓調門嚴密性試驗”不再復位“轉速給定保持”信號，而是觸發調門關閉并切換到閥控模式，轉速回路只完成跟蹤實際轉速和閥位指令。

(2)增加暖機自動觸發條件。小機運行情況下，“目標轉速”高于暖機轉速，“給定轉速”接近暖機轉速(暖機轉速-20)時，保持暖機，暖機時間為30min，已跳閘、手動結束暖機或暖機時間到信號觸發時復位。

(3)增加不存在“就地自動方式”和“遙控方式”信號時觸發“閥控投入”邏輯條件，即控制方式的優先級依次為遙控、轉速自動及閥控。

(4)取消“系統轉速錯誤”投閥控，增加“關調門”信號投閥控，該信號觸發ETS動作，然后投入閥控，轉速回路切入跟蹤狀態。

(5)優化了轉速控制回路。當“遙控轉速給定”信號出現故障時保持當前轉速;當“遙控轉速給定”信號恢復后，并且與“系統轉速”偏差在50轉以內，按照速率100r/min恢復;故障信號發生超過5min切除遙控，自動切換到“轉速自動方式”;“就地自動方式”下，升速率幅值限制由“100～600r/min”修改為“100～1500r/min”，速率單位統一設置為 r/min。“轉速給定”形成回路中，當“目標在臨界轉速區”信號觸發時，“轉速目標”保持上一周期值。

(6)“閥位給定”邏輯中，將“閥門變化率限制”起作用的條件修改為:“閥位控制”，并且沒有“關調門”信號，將閥門變化率“幅值限制”由0～60%/min修改為0～10%/min，“閥位增”、“閥位減”按鈕操作時，閥門開度增、減為0.3%/次。

2.3 ETS邏輯優化

(1)A、B汽泵前置泵和汽動給水泵軸承溫度、除氧器水位、汽泵進口流量低、MFT、給水泵進口壓力與除氧器壓力小于1MPa等，汽泵保護在DCS系統53#、54#站中實現，由DCS送出3個“DCS開出打閘”DO信號至METS，在METS中三選二后跳閘小機。跳閘首出由DCS送出，首出部分由DCS負責完成。

(2)DCS系統送至METS系統的MFT信號取消，機組MFT跳閘汽動給水泵在DCS側實現。

(3)取消速關油壓低保護，三個速關油壓低開關量信號進行三取二后，作為給水泵汽輪機已掛閘的判斷條件。

2.4 自動并泵

大型機組給水泵手動并泵操作風險較大，且直流爐給水流量波動對機組負荷、主汽溫度、主汽壓力、主汽流量等一系列重要參數有較大影響。根據給水泵并泵操作過程中的一般性熱力特點設計并優化了自動并泵控制邏輯。投入并泵子環前，首先必須將主給水泵轉速控制投入給水自動，備用泵的轉速控制投入遙控;當投入并泵子環后，遙控指令將逐漸提高熱備用泵的轉速，速率100r/min;隨著備用泵轉速的提高，出口壓力也將隨之提高，當備用泵的出口壓力與給水母管壓差小于2.0MPa時，聯鎖打開備用泵的出口門。

為了防止備用泵出口壓力突增造成運行泵出口逆止門關閉，引起給水流量階躍性變化，熱備用泵的升速率在壓差小于2.0MPa時降低為50rpm/min。當兩臺泵的出力一致，即備用泵的出口壓力與主泵的出口壓力差小于0.3MPa，并且同時滿足并入給水泵小機轉速與主給水泵汽機轉速差小于200 r/min時，子環切除并泵過程結束，并利用該信號將備用泵的轉速投入給水自動。此時，備用泵仍未真正參與工作，因為兩臺給水泵的流量并不平衡，通過兩臺給水泵的流量平衡回路，最終將兩臺給水泵流量調平，流量平衡回路如圖4所示。

圖2 MEH超速保護(優化后)

輸出的平衡指令分別疊加在兩臺給水泵的轉速偏差上，通過PID回路進行調節，同時增減兩臺泵的指令輸出，最終使兩臺給水泵的流量偏差趨近于0，當兩臺給水泵的流量偏差為100t/h時，平衡回路輸出指令為1%，且平衡回路的最大輸出限定在5%以內。機組發生MFT、RB、主泵及備用給水泵出口壓力壞質量、主泵及備用給水泵汽機轉速反饋壞質量時，不允許進行自動并泵。

3 控制回路優化

該套METS/MEH控制系統為和利時公司的MACS V6系列產品，系統設計時轉速保護與轉速控制完全靠軟件邏輯進行控制，轉速保護無硬跳閘回路，考慮到給水泵汽輪機超速保護、轉速動作的可靠性，進行了以下優化:

(1)METS系統增加硬超速跳閘回路，超速后通過硬回路使跳閘電磁閥泄油;

(2)METS系統增加一套繼電器、端子排，測速板觸發的“測速板打閘”開關量信號進行三取二，通過繼電器搭建硬回路，超速后跳閘電磁閥帶電泄油，并觸發信號到DCS系統報警。

4 結論

臺山電廠二期6#機組已經經歷了2次整套啟動，通過對控制邏輯及控制回路的不斷調整和優化，給水泵汽輪機控制穩定，性能良好，METS保護動作可靠、準確。給水泵自動并泵功能的實現對減輕運行人員勞動強度、降低操作風險、提高機組的自動化水平及可靠性，具有切實的意義。超速保護邏輯的優化及硬回路的增加增強了系統的可靠性和安全性。閉環調節回路的優化提高了給水泵汽輪機的控制品質。事實證明，給水泵汽輪機控制系統優化達到了預期效果，取得了良好的效益，同時，在機組整套啟動過程中也暴露出以下問題，需要與調試單位、廠家技術人員的共同努力去解決。

(1)給水泵汽輪機高、低壓調閥重疊度小，杭州汽輪機廠提供的閥門重疊度為95%，低壓調閥開度高于95%時，高壓調閥才打開，因此，當給水泵汽輪機低壓汽源壓力低時，高壓調閥無法及時補充汽源。

(2)給水泵汽輪機高、低壓調閥特性較差，閥門性行度不好。

(3)METS/MEH控制系統為和利時公司的MACS V6控制系統，由于軟硬件的不完善，轉速通道故障后畫面不顯示壞點，并且低轉速(小于100r/min)時轉速測量存在偏差，容易觸發轉速偏差大于20r/min報警。

(4)給水泵汽輪機低壓氣源有兩路，分別為四段抽汽和輔助蒸汽，在目前的邏輯中，四段抽汽與輔助蒸汽無自動切換功能。

［1］張應果，肖光華.臺山電廠二期給水泵汽機應用及優化［J］.重慶電力高等專科學校學報，2012，(1).

［2］王常力，羅安.分布式控制系統(DCS)設計與應用實例［M］.北京:電子工業出版社，2004.

［3］趙玉柱，王章生，徐厚達.給水泵汽輪機調速系統的改造及優化運行［J］.華電技術，2011，(2).