300MW機組汽輪機電液調節系統的控制與調試

侯利航+劉曉慶

摘 要：為保證電力系統的安全運行，國內的大型機組均使用電液調節系統進行控制，實現轉速控制、同步并網、負荷控制等功能。本文以電廠300MW機組使用的上海汽輪機有限責任公司生產的汽輪機為例，介紹其系統機構、調試要點和實現功能。

關鍵詞：300MW機組；電液調節系統；控制；調試

近年來，300MW機組在我國得到了廣泛的應用。為保證電力系統的安全運行，國內的大型機組均使用電液調節系統進行控制，實現轉速控制、同步并網、負荷控制等能。改變了系統的適應性和靈活性，提高了控制能力和控制效果，大大提高了發電機組的自動化水平。本文以電廠300MW機組使用的上海汽輪機有限責任公司生產的汽輪機為例，介紹其系統機構、調試要點和實現功能。

一、系統簡介

該電廠的機組熱控系統采用上海新華控制工程有限公司提供的Symphony系統，是一套集計算機、自動控制技術、數據庫和網絡為一體的產品，具有獨立的分散控制系統、監控技術及數據采集系統、控制系統，能夠滿足各個生產領域對信息管理和過程控制的需求。系統采用合理的軟、硬件功能配置和模塊化設計，具有易于擴展的能力，將離線和在線調試集中于一體，便于調試及修改，設備的各個控制相對對立。由高速數據網、DPU以及連接在網上的人機接口站組成，采用開放式的系統結構，設計了冗余TCP/IP網絡結點在不同類型的站。

其中，汽輪機系統的功能模件組成了一個過程控制單元，，包括汽機基本控制、超速保護和汽機自啟停3個功能，并分別由3個冗余的功能控制器和相應的功能子模件完成。

機組的汽輪機電液調節系統操作員站是基于WindowsNT（2000）環境下的人機系統，具有界面友好、操作方便的特點。共設置了包括總貌、趨勢、棒圖、操作面板、報警信息等11幅畫面，為運行人員提供了方便的操作手段，通過監控畫面實施檢測汽輪機的運行。

二、控制功能

汽輪機電液調節系統的控制功能由3對冗余的BRCl00控制器實現，主要控制汽輪機的轉速和功率，通過GV、TV、RSV和 IV實現，同時還具備防止汽機超速的保護邏輯。主要功能包括超速保護、基本控制和自啟停，3部分之間既相互獨立，又通過對總線的控制交換控制信息。

1.超速保護。這部分的作用主要是超保護邏輯、DEH跳閘邏輯及超速試驗選擇邏輯、提供有開關狀態及汽機自動停機掛閘狀態三選二、轉速三選二，控制著OPC電磁閥，，并匯總DEH跳閘信號通過接線將其送到ETS。能夠有效防止汽輪機的轉速飛快上升，維持轉速在3000r/min。超速實驗必須在大于2950 r/min的定速3000 r/min、油開關未合閘的情況下進行。

2.基本控制部分。基本控制部分是汽輪機電液調節系統的核心，它提供與轉速及復合相關的控制邏輯、調節回路，通過一對冗余的BRC100實現所有伺服閥接口和閉環控制的PID調節器。此外，還包括自動控制的其他功能，如限制設定、閥門管理、閥門設定、閥門試驗、閥門切換、設定值/變化率發生器等。

（1） 轉速控制。該電廠使用的汽輪機包括高壓缸啟動和高中壓缸啟動兩種啟動方式。由TV控制沖轉高壓缸啟動，當汽機掛閘后，閥門未處于校驗狀態，運行人員可以發出用戶RUN命令，這時TV保持關閉，GV、IV全開。這個命令相當于開機指令，它的發出意味著沖轉開始，汽機運行期間始終保持RUN命令，當汽機重新跳閘才能將其清除掉。

根據DEH的畫面，運行人員可以設定升速率和目標轉速，當轉速給定等于目標值時，程序會自動進入HOLD狀態，等待運行人員重新發出新的目標值。在汽輪機升速的過程中，除了臨界區外，運行人員可以隨時發出HOLD命令，這個時候，轉速給定與實際轉速相等，汽機會停止繼續升速，持當前轉速[3]。為保證汽機安全通過臨界區，轉速在920～2000 r/min、2120～2820 r/min時，進入臨界區，自動設置升速率為500 r/min。工程師站可在線修改轉速的臨界區范圍。

（2） 負荷控制。包括開環和閉環兩種負荷控制的方式。開環方式需要運行人員隨時注意實際負荷的變化，當前前蒸汽參數和V閥門流量曲線決定了目標負荷和實際負荷的近似程度；閉環是指控制過程中引入發電機調節級壓力反饋或有功功率反饋，這時的汽機GV受調解級壓力PID或負荷PID的控制調節。剛投入發電功率閉環，為保證功率閉環投時無其他顧慮，應采用負荷給定和目標負荷跟蹤當前實際負荷，可根據需要設定升負荷率和符合目標值。待鍋爐自 動燃燒后，汽輪機電液調節系統可轉入鍋爐自動方式。

負荷控制的主要功能包括主蒸汽壓力限制或保護、負荷限制、閥位限制、頻率校正、單閥/順序閥切換、閥門試驗和閥門校驗等功能。主蒸汽的壓力限制功能指當機前壓力降低至保護限值以下時，GV將以0.1%/s的速率關閉，直到機前壓力恢復到限值之上0.07MPa；氣壓保護功能主要用于在單元制機組的鍋爐異常運行時，用以恢復穩定燃燒，有助于防止鍋爐發生滅火事故。負荷限制包括高負荷限制和低負荷限制兩種；閥位的限制功能允許機組運行人員設定平均閥位的最大值，當平均閥位的最大值超過這個限制會報警。

（3） 自動帶初負荷。當時主蒸汽的壓力決定了初負荷的實際大小，因此應引入主蒸汽壓力進行修正，主蒸汽壓力低時閥門開度較大，高時閥門開度小，可由工程師站在線修改。

3.自啟停功能。這部分以轉子的應力計算為基礎，具有監視和控制兩種功能，由一對冗余的BRC100完成。控制并監視汽輪機運行的全過程，包括盤車、升速、帶負荷、并網等。升速過程中，汽輪機自啟停根據轉子的應力結算結果確定機組的狀態，并給出推薦的升速率和目標轉速；監視方式局限于報警或相關提示。轉子應力關系著汽輪機的使用壽命，300MW汽輪機的推薦使用壽命統稱為10000次循環曲線。汽輪機電液調節系統設計了HEAVY、MEDIUM和NORMAL循環對應的許用應力，分別為3000次、5000次、10000次，使其具有不同的轉速和負荷變化率。根據計算結果和選擇的許用應力，系統ATC程序還可計算出月轉子壽命消耗值、年轉子壽命消耗值及轉子壽命總消耗值。

三、結語

該電廠的300MW機組汽輪機數字電液調節系統自投入運行以來，控制邏輯設計滿足了工藝流程的要求，硬件動作可靠，具有良好的組態性能和正常的系統通訊功能，滿足了300MW機組汽輪機的控制要求。

參考文獻：

[1] 陳新安.變頻技術在300 MW機組燃煤發電機組鍋爐供油系統中的應用研究[D].浙江大學碩士學位論文，2006.

[2] 王麗珍. 汽輪機數字式電液調節系統的研究[D]. 太原理工大學碩士學位論文，2007.

[3 王穎，王印松，李中華. 300MW汽輪機調速系統模型與非線性分析[J]. 儀器儀表用戶， 2006，13（5）：88-89.

[4] 李音. 汽輪機DEH系統建模與仿真組態平臺研究與開發[J]. 華中科技大學碩士學位論文，2007.