300?MW汽輪機轉(zhuǎn)速波動大的原因分析及解決措施

陳穎澤，李 峰

(陜西寶雞第二發(fā)電有限公司，陜西 寶雞 721405)

0 引言

某電廠I期4臺300?MW汽輪機采用東方汽輪機廠生產(chǎn)的N 300—16.7/537/537—4型(合缸)亞臨界、中間再熱、兩缸兩排汽、凝汽式汽輪機，汽輪機控制系統(tǒng)采用東方汽輪機廠配套生產(chǎn)的純電調(diào)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)。由于I期4臺機組采用的美國西屋公司DCS控制系統(tǒng)老化，對其控制系統(tǒng)進行換代升級改造。1號機組改造后，在汽輪機沖轉(zhuǎn)至 2?600-3?000?r/m in 過程中，轉(zhuǎn)速始終不太穩(wěn)定，且最高沖至3?090?r/m in，導(dǎo)致OPC超速保護動作調(diào)門關(guān)閉。此后在該機組數(shù)次啟動過程中，汽輪機轉(zhuǎn)速均出現(xiàn)波動、偏差大等問題，DEH轉(zhuǎn)速控制無法滿足要求。

為徹底解決上述安全隱患，技術(shù)人員分析了DEH系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制策略、控制對象、DEH閥門特性曲線及實際開度和控制邏輯，找出了汽輪機轉(zhuǎn)速波動大的原因，并通過優(yōu)化控制邏輯、重新整定給定轉(zhuǎn)速升速率值、修改閥門特性參數(shù)以及增加轉(zhuǎn)速“軟著陸”邏輯等方法，使汽輪機轉(zhuǎn)速在DEH并網(wǎng)過程中得到平穩(wěn)控制。

1 汽輪機轉(zhuǎn)速控制原理及邏輯

在汽輪發(fā)電機并網(wǎng)前，DEH為轉(zhuǎn)速閉環(huán)無差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其設(shè)定點為給定轉(zhuǎn)速，給定轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速之差經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器運算后，通過伺服系統(tǒng)控制油動機開度，使實際轉(zhuǎn)速隨給定轉(zhuǎn)速變化，并根據(jù)DEH的啟動方式，由中壓調(diào)節(jié)閥ICV或高壓調(diào)節(jié)閥CV控制汽輪機轉(zhuǎn)速。該廠汽輪機DEH的啟動方式為并網(wǎng)前轉(zhuǎn)速由ICV和CV共同控制；并網(wǎng)后ICV全開，由CV控制機組負荷。

在操作員設(shè)定給定轉(zhuǎn)速后，DEH邏輯自動以操作員設(shè)定的升速率向給定轉(zhuǎn)速逼近；當進入臨界轉(zhuǎn)速時，自動將升速率改為400?r/m in快速過臨界。在升速過程中，通常需對汽輪機進行中速、高速暖機，以減少熱應(yīng)力。當汽輪機轉(zhuǎn)速最終穩(wěn)定在(3?000±2)?r/m in 時，汽輪機定速。

2 汽輪機轉(zhuǎn)速波動大的原因分析

根據(jù)原閥門開度-流量特性曲線，經(jīng)過試驗并分析閥門特性曲線及控制邏輯，認為在升速過程中造成轉(zhuǎn)速波動大的主要原因有以下幾方面。

(1)?給定轉(zhuǎn)速計算回路存在問題。在DEH邏輯中，給定轉(zhuǎn)速的升速率是由運行設(shè)定升速值與定值A(chǔ)相除得到的；A值為換算時間系數(shù)，即為經(jīng)過升速率計算后在一定時間內(nèi)的汽輪機實際變化轉(zhuǎn)速。給定轉(zhuǎn)速按升速率計算后，得到給定轉(zhuǎn)速中間值，并與實際轉(zhuǎn)速求偏差，然后通過PID運算后控制實際轉(zhuǎn)速。由于定值A(chǔ)與機組實際性能不符，造成轉(zhuǎn)速存在較大偏差。

(2)?汽輪機轉(zhuǎn)速控制回路中PID的參數(shù)設(shè)置不理想，造成轉(zhuǎn)速波動。

(3)?汽輪機調(diào)門的開度-流量特性設(shè)計不合理。控制中，當調(diào)節(jié)門輸出指令為0.1?%時，4個高壓調(diào)節(jié)閥指令為9.5?%的開度；流量特性曲線太陡，閥門開度與流量曲線不合理，造成進汽量突然增大，使轉(zhuǎn)速不能得到精確控制。

3 解決措施

(1)?對給定轉(zhuǎn)速計算邏輯的升速率進行調(diào)整。在原升速率計算中，當A值為600時，汽輪機實際升速速度為1?r/m in，速率太慢。在閥門剛剛開啟時，因閥前壓力較大，稍有流量則會導(dǎo)致沖擊汽輪機轉(zhuǎn)子速度不能得到精確控制。因此需要適當降低A值，提高汽輪機實際升速速度。經(jīng)過多次調(diào)整試驗發(fā)現(xiàn)，當A值修改為450，汽輪機升速速度達到1.5?r/m in時，汽輪機轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定，達到了消除升速過程中轉(zhuǎn)速偏差大的目的。

(2)?對汽輪機轉(zhuǎn)速控制回路中轉(zhuǎn)速PID中的相關(guān)參數(shù)進行優(yōu)化，修改了PID控制器的PI參數(shù)，消除了升速過程中轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定現(xiàn)象。

(3)?在機組停運后，通過對單閥加指令后就地觀察線性可變差動變壓器(LVDT)的實際變化區(qū)間，觀察9.5?%開度時調(diào)門的實際位置，根據(jù)閥門開度-流量曲線，對轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的輸出函數(shù)進行修改，使閥門特性曲線更加合理，從而消除了機組升速過程中轉(zhuǎn)速波動大的問題。

(4)?增加轉(zhuǎn)速“軟著陸”邏輯——“剎車”函數(shù)f(x)，即當轉(zhuǎn)速達到 2?900?r/m in 時，通過“剎車”函數(shù)自動判斷并減小機組升速率，將升速率由100?r/m in 降低為 60?r/m in；在轉(zhuǎn)速接近 3?000 r/m in時，再將升速率切換為50?r/m in，以避免機組超速。經(jīng)過這次邏輯優(yōu)化，DEH原啟動中超速至3?090?r/m in的問題沒有再發(fā)生。

4 試驗調(diào)整過程

在1號機組啟動轉(zhuǎn)速上升過程中，閥位總給定為0.1?%時，高調(diào)閥開度即為9.5?%(東方汽輪機廠提供的開度-流量函數(shù))，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速波動，造成實際轉(zhuǎn)速比給定轉(zhuǎn)速約高100?r/m in。當轉(zhuǎn)速給定值為 1?200?r/m in 時，實際轉(zhuǎn)速值在 1?280-1?310?r/m in。由于機組長期運行，汽輪機調(diào)門進氣量與機組設(shè)計時的調(diào)門開度函數(shù)不匹配，需優(yōu)化轉(zhuǎn)速控制回路中的函數(shù)。經(jīng)過前期測量的調(diào)節(jié)閥門實際開度，即LVDT實際開度為250?mm；當閥門開度指令為0.1?%時，就地閥門開度為9.5?%，即23.75?mm(其中控制死區(qū)為 0.2?%)。根據(jù)原閥門開度-流量曲線，對轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的輸出函數(shù)進行修改，將開度指令由0.1?%改為3?%，對應(yīng)就地實際開度為9.5?%，使閥門特性曲線趨于平緩。此時觀察汽輪機轉(zhuǎn)速不再波動，當汽輪機升速至2?000?r/m in時，偏差穩(wěn)定在2?r/m in以內(nèi)。當汽輪機升速至3?000?r/m in 時，還存在約 5?r/m in 的偏差。本次處理使汽輪機閥門特性曲線與實際開度-流量曲線相符，達到了穩(wěn)定汽輪機轉(zhuǎn)速的目的。

針對在額定轉(zhuǎn)速下存在約5?r/m in的偏差，調(diào)整轉(zhuǎn)速控制PID參數(shù),將比例系數(shù)K由0.17修改為 0.28，積分時間Ti由 450?s修改為 1?000?s(微分時間Td為0，未做調(diào)整)后，汽輪機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3?000?r/m in，滿足DEH轉(zhuǎn)速控制的要求。該機組在之后多次啟動過程中，汽輪機轉(zhuǎn)速設(shè)定值與實際轉(zhuǎn)速跟蹤良好，沒有再出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動大的現(xiàn)象，在整個升速過程中轉(zhuǎn)速偏差均能控制在±1?r/m in以內(nèi)，實現(xiàn)了汽輪機轉(zhuǎn)速的無差調(diào)節(jié)。

5 結(jié)束語

1號機組DEH轉(zhuǎn)速控制經(jīng)過調(diào)整升速率參數(shù)、重新整定轉(zhuǎn)速PID參數(shù)、優(yōu)化閥門特性曲線以及增加轉(zhuǎn)速“軟著陸”邏輯功能等，使得該機組在以后各次啟動時，汽輪機沖轉(zhuǎn)到并網(wǎng)前的過程中轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，再未出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動大的現(xiàn)象，滿足了DEH汽輪機轉(zhuǎn)速控制的要求。該方法在其他幾臺機組的DEH升級改造調(diào)試過程中得到了較好驗證，也為解決其他同類發(fā)電機組汽輪機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制提供了方法和經(jīng)驗。

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