汽機主控指令突變原因分析及處理

李新建

（華電濰坊發電有限公司，山東濰坊261204）

汽機主控指令突變原因分析及處理

李新建

（華電濰坊發電有限公司，山東濰坊261204）

介紹了某電廠采用XDC-800DCS系統，一次調頻同源改造閉鎖汽機主控指令增減時，造成汽機主控指令突變，通過對現場控制回路的仿真分析，提出了邏輯優化措施，為同類型DCS系統設計控制回路閉鎖增減提供借鑒。

一次調頻；EPID；DEH；CCS；閉鎖；仿真；掃描周期

圖1 一次調頻同源改造系統圖

0 引言

為了提高一次調頻響應速度及控制精度，對機組一次調頻系統進行信號同源及大擾動測試改造（如圖1所示）。增設一套N X-PFR型一次調頻智能控制裝置，用于機端頻率采一次調頻運算、大擾動測試控制。為確保CCS協調方式下一次調頻動作合格率，在負荷控制邏輯中，根據一次調集、頻智能控制裝置的輸入信號狀態，通過修改EPID高（低）限制，增加閉鎖增減條件。其次，通過全面分析邏輯過程，重新設置功能參數，以及仿真分析，成功避免了汽機主控指令的突變，從而使得機組更加穩定可靠地運行，同時為同類型的D CS系統設計控制回路優化提供了可行方案。

1 機組概況

某發電廠為2300M W機組，DCS控制系統采用某公司X DC-800系統，#2機組CCS協調控制系統采用D EB/400直接能量平衡方式，該方式是以鍋爐跟隨為基礎的協調控制系統，可獲得較好的電功率相應性能，機組的功率和汽壓都進行自動控制，由汽輪機機側對功率進行閉環控制[1]。一次調頻量根據電網的要求對F（X）曲線函數（見表1）進行設置。

表1 一次調頻轉速-負荷修正量

汽機主控EPID模塊（見表2）中，比例放大系數Kp=1.2，積分時間Ti=12，微分時間Td=0.0，偏差輸入E前標幺系數為0.33。

表2 E P ID標記描述[2]

2 汽機調門突關經過

調取2016年11月29汽機調門經過趨勢（如圖2所示），21:25:03，#2機組AG C模式運行，目標負荷給定值253.08M W，機組負荷253.48M W，主汽壓力14.84M Pa，汽機主控指令81.42%，汽機負荷參考82.10%。

21:25:05，一次調頻動作，一次調頻量最大為-2.70M W，目標負荷給定值252.83M W，機組負荷250.81M W，汽機主控指令80.45%，汽機負荷參考81.87%；21:25:10一次調頻結束，目標負荷給定值250.80M W，機組負荷252.78M W，汽機主控指令64.78%，汽機負荷參考81.09%。

21:25:17，一次調頻動作，一次調頻量最大為-2.52M W，目標負荷給定值251.33M W，機組負荷251.70M W，汽機主控指令64.67%，汽機負荷參考80.01%；21:25:20，一次調頻結束，目標負荷給定值249.97M W，機組負荷250.88M W，汽機主控指令59.85%，汽機負荷參考79.86%，汽機主控切手動，CCS（Coordinate Control System）協調方式解除，A GC切除自動控制。

21:26:49，機組負荷200.42M W，汽機主控指令61.25%，汽機負荷參考66.10%；運行人員手動增加汽機主控指令，21:26:56，機組負荷196.45M W，主汽壓力16.36M Pa，汽機主控指令68.25%，汽機負荷參考65.39%。

圖2 汽機主控指令大幅度突變

3 汽機調門突關原因分析

整個過程中，汽機主控指令由81.42%下降到59.85%，21:25:20，汽機負荷參考79.86%，汽機主控切手動，但仍在D EH遙控方式，造成汽機調門繼續關閉，最小到65.39%。汽機主控切手動首出為汽機主控指令與DEH負荷參考偏差大于20%，DEH側CCS汽機指令與流量設定值偏差為19.98，DEH側C CS汽機指令為三選中信號，由于傳遞速度問題，造成兩側數值有差異，沒有切除AD S方式，CCS汽機指令為65.39%，流量設定值以1%/s的速度遞減。

從圖3中①回路分析，調取D CS歷史數據，#2一次調頻動作負荷疊加量（來自信號同源裝置），在21:25:05，一次調頻動作，一次調頻量最大為-2.70M W，該值同步疊加上A GC指令生成目標負荷回路，整個過程中負荷設定值與功率值最大偏差為（250.43-253.06）-2.63M W。通過計算，該疊加量應對汽機主控輸出造成約-1%左右的變化，因此一次調頻動作負荷疊加量、AG C指令和機組功率信號不是汽機主控指令快速大幅度降低的原因。

從圖3中②汽機主控前饋回路分析，前饋回路目標負荷指令無突變或大幅變化情況，前饋回路也不會造成汽機主控指令快速大幅度降低。

從圖3中③一次調頻閉鎖汽機回路分析，#2機組在一次調頻同源改造前CCS方式投入一直都正常，沒有出現過汽機主控指令突變的現象。而此次投入CCS協調方式時，機組一次調頻同源裝置是在投入狀態的，而且當時的調頻動作時，汽機主控指令突變與D EH一次調頻回路有關[3]。

通過調取汽機指令突變曲線圖（如圖4所示），發現多次出現汽機主控指令快速大幅降低的情況，在每次快速降低時，一次調頻同源裝置閉鎖增為真。初步判斷一次調頻同源裝置閉鎖信號是觸發汽機高調門指令大幅突變的原因。

對汽機主控指令突變曲線圖進行局部放大（如圖5所示）和調取11月26日-28日閉鎖增信號發出時，汽機高調門指令、目標負荷等歷史數據進行分析（見表3）。

對10項數據分析，可得出調門大幅波動時有2項共性條件滿足:1）閉鎖增信號觸發（信號為1），汽機主控PID高限制動作；2）機組負荷＞目標負荷。

根據以上共性對控制回路進行仿真實驗（如圖5所示）。

圖3 汽機主控控制回路

圖4 汽機主控指令突變

圖5 汽機主控指令小幅度突變局部放大

表3 汽機主控指令突變時參數

表4 閉鎖信號為真時EP ID仿真數據

（1）將汽機主控PID投入自動；

（2）強制閉鎖增或者閉鎖減信號為1。

汽機主控PID高限制由100%或者0%切換為PID當前輸出值。

X DC-800組態軟件PID理論輸出值:

式中Kp—比例增益（PGA IN）；

Ti—積分時間（IN TG）；

Kd—微分增益（D GA IN）；

Td—微分時間（D R A T）；

E（s）—設定值與實際值的偏差；

S—傳遞函數；

FF（s）—前饋量。

分別改變PID輸入端偏差E、比例放大系數Kp、積分時間Ti和組態頁掃描周期Ts，從表4得出，閉鎖增時:

式中YL—輸出下限。

閉鎖減時:

式中YH—輸出上限。

與#2機組汽機主控指令突變情況基本一致。

考慮到在DCS系統中頁面的執行周期是指頁面兩次執行計算之間的間隔，它從50-60000m s不等，考慮功能塊的時序對計算結果的影響，分別從倒時序和正時序兩種情況進行邏輯仿真，得出如表4相同的數值，判斷不是時序原因造成的。

圖6 仿真邏輯

4 防范措施

將DEH側CCS汽機指令與流量設定值偏差定值改為19%，指令與反饋偏差大時優先切除機組AD S模式，AD S不在遙控，汽機主控跟蹤汽機負荷參考值，DEH切回本地控制方式，保持當前值，運行人員可手動操作，防止汽機調門持續下調,確保機組安全運行。

對XD C-800、XD PS系統EPID高（低）限制邏輯進行排查，若高（低）限制采用變量方式時，將EPID修改為閉鎖型偏差PID模塊EPID 2（見表5），相應將閉鎖增（減）信號接入EPID 2的LI（LD）引腳，，對DCS系統自動控制回路各手操器輸出限值進行檢查。若PID輸出高（低）限位大于DCS系統手操器輸出高（低）限位時，宜將EPID高（低）限值修正為手操器高（低）限值（必要時對EPID設置防積分飽和參數），或采取EPID高（低）變參數以及設定值偏差大解手動、反饋與指令偏差大解手動、輸出指令越限解手動等方式，防止因手操器限值作用造成自動調節功能失效。

對各自動控制回路設定值設置回路進行檢查。要求重要自動控制回路設定值輸入回路具有高（低）限值功能，必要時增加設定值速率限值功能，防止因運行人員輸入錯誤，造成自動控制輸出造成指令突變。

對各自動控制回路被調量測量回路進行檢查。單一模擬量信號要求具有品質判斷功能，冗余模擬量信號應具有冗余信號偏差比較及品質判斷功能，在信號品質異常或偏差越限時應發出報警、解除自動控制，防止因被調量測量信號異常，造成自動控制輸出指令突變。

對各自動控制回路前饋作用進行檢查。檢查前饋各信號放大系數、微分環節是否準確，前饋回路宜設置高（低）限值，防止前饋信號異常造成自動控制輸出指令突變。

對各自動控制系統跟蹤回路進行檢查。EPID控制回路應實現手/自動狀態的無擾切換。手操器（或其它保護條件）跟蹤回路應做到邏輯關系準確、跟蹤量正確，防止因跟蹤回路異常造成的自動控制輸出指令突變。

表5 E P ID 2標記描述［2］

5 結語

提高熱控系統的可靠性是熱控工作人員的工作重點之一[4]，一次調頻同源邏輯的小小改動，造成了汽機指令的突變，危及機組的安全運行。如何做到防患于未然，減少熱控保護的誤動作，任何邏輯的修改必須對邏輯進行全面深入分析，對其徹底掌握后，才允許對邏輯參數進行修改。并做好仿真測試，確保邏輯準確無誤，本文為同類型D CS系統設計控制回路閉鎖增減提供借鑒。

[1]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，2006.

[2]XD C-800功能塊手冊[M].上海新華控制技術集團有限公司.

[3]朱亞清，黃衛劍.一起一次調頻設置不當引致機組跳閘事故分析[J].自動化博覽，2008，（10）：76-78+82.

[4]鄭衛東,李曉燕,劉哲,等.容錯技術在大型火電機組熱控系統中的運用[J].電站系統工程，2013，05：53-56.

Analysis and Processing for Turbine Main Control Instruction Mutation

LI Xin-jian
（Huadian Weifang Power Generation Co.，Ltd，Weifang 261204，China）

A im ing ata certain power plant with the XD C-800DCS system,W hen the block turbine m ain control instruction,transform ed by prim ary frequency m odulation hom ologousdevice,increase ordecrease,the turbine m ain turbine change suddenly.Based on the controlloop sim ulation analysis,thispaperputsforward the logic optim ization m easure,which Providesa reference forblock increase ordecrease ofthe sam e D CS system design controlloop.

prim ary frequency m odulation；EPID；D EH；CCS；block；sim ulation；scan cycle

TM 621

B

2095-3429（2017）02-0021-05

2017-02-23

修回日期:2017-04-01

李新建（1979-），男，山東濰坊人，工程師，從事電廠熱工方面研究工作。

D O I:10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.02.005