基于EDPF NT+系統的SULZER旁路控制系統改造

陳玉龍

(國能寧夏石嘴山發電有限責任公司 寧夏石嘴山 753299)

旁路控制系統是發電廠鍋爐汽輪機的重要組成部分，已經成為再熱機組熱力系統的重要組成之一[1-2]。為提高機組調峰和供熱能力，對機組高低旁路系統改造就顯得尤為必要[3-4]。

唐曲等人[5]介紹了高效1 000 MW超超臨界機組汽輪機旁路系統的功能與分類，分析旁路選型的特點和目前相關廠家技術方案，提出旁路容量的計算方法與旁路系統優化配置方案。宮志剛[6]根據汽機旁路系統特點，分析了三級串聯旁路的控制策略。在滿足機組要求的前提下，王珍[7]完善了系統配置及控制邏輯，完善后的旁路控制系統更有利于維護。王占洲等人[8]提出利用高低壓旁路供熱解耦傳統熱電機組的電熱強耦合關系，并基于旁路系統供熱的熱電機組電熱特性，建立風電消納能力數學模型，根據電網調峰需求，給出熱電機組的運行策略。周磊等人[9]基于改進后的差分進化算法辨識得到控制對象的數學模型，對汽輪機旁路溫度控制系統進行了優化。萬志勇[10]分析了機組配套旁路系統邏輯存在的問題，通過優化旁路系統運行邏輯，提高了機組啟動的經濟性。針對給水旁路調節下高壓加熱器的瞬態應力可以進行必要分析，通過建立三維有限元模型，研究給水旁路調節過程下的瞬態溫度場、熱應力場、機械應力場、耦合應力場的分布[11]。

綜合以上分析，針對旁路系統開展了一系列的研究。但是，基于EDPF NT+系統的SULZER旁路控制系統改造卻涉及很少，因此，本文結合實際運行電廠情況，提出使用EDPF NT+系統實現對SULZER旁路系統創新改造，進而實現對整個電廠進行優化的目的。該技術已經在#1、#2 機組進行投入使用，經5 年時間驗證，該技術可靠。

1 原機組旁路系統配置及其存在的問題

1.1 原機組旁路系統配置

原機組旁路系統配置為SULZER 液動旁路，控制系統采用DEH-IIIA 的硬件和軟件。汽輪機采用高壓旁路和低壓旁路二級串聯旁路系統裝置，高、低壓旁路分別由其對應的旁路閥、噴水調節閥和隔離閥等組成。整個系統設計有一個AV6 控制柜，AV6 控制柜除了對汽輪機旁路系統控制外，還負責對過熱器一、二減溫水以及主給水調節門的控制。

1.2 存在的問題

由于設備運行時間較長，自投產以來存在如下問題：（1）AV6 控制系統在發生故障后不易查找原因，維護也不方便。而且由于卡件的電子元器件老化，影響設備運行的穩定性；（2）RK10定位器調節復雜，不易操作；（3）系統硬件采用進口設備，備品采購價格高且周期長。

此外，還存在設備操作困難的問題，主要是由于低壓旁路控制和其他DCS 控制分開設置，在機組啟停或甩負荷時，需要通過操作低壓旁路減壓閥和一、二級減壓閥來控制再熱器壓力。同時需要對鍋爐和汽輪機的其他系統進行監視，而工作站是分開設置的，導致不能同時監視參數，增加了操作人員的工作量。

2 旁路控制系統改造措施

鑒于以上存在的問題，通過調查研究、試驗技術手段、技術經濟對比等方面，對旁路系統的設計概況及其運行中存在的問題進行了分析，提出使用EDPF NT+系統實現對SULZER旁路系統創新改造。由于原先新華控制系統使用常規信號和SULZER 伺服模塊進行通信，再由伺服模塊控制就地設備。在此次改造中，原來的新華控制系統改造為EDPF NT+控制系統，直接實現對就地系統的控制，取消原來的AV6 控制柜。將原來控制柜內設計的高低旁減溫水調節系統控制功能，全部設計為新的DCS系統來實現，見圖1。

圖1 DCS控制減溫水閥過程圖

2.1 控制調節算法

旁路控制系統并入DCS 后，必須將原旁路控制系統中的控制調節算法移至DCS 系統中。移植過程中，在原則上保留原設計思想的基礎上，優化了不合理的部分。增加對電磁閥的保護，提高閥門的控制精度與響應速度，保證運行安全。其優化內容及相應目的，詳見表1。

表1 控制算法的優化及目的

2.2 控制器

通過擴展網絡結構，增加冗余控制器、輸入輸出卡、專用伺服模件、冗余供電回路及相應端子板等部件。不增加工程師與操作員工作站，實現旁路控制系統的一體化控制，如圖2所示。

圖2 DCS/DEH控制系統一體化布置圖

2.3 旁路控制系統的被控對象

旁路控制系統的被控對象如表2所示。單獨取一路UPS 電源220 VAC 和一路保安電源220 VAC，對各電磁閥進行供電。兩路電源首先經過切換裝置實現冗余，由于就地電磁閥的電壓等級都是24 VDC，所以切換后的220 VAC 電源分別進入多個24 V 電源模塊，至少布置3 個24 V 模塊以保證高旁、低旁1、和低旁2 可以不互相影響，對于一些保護電磁閥，如高旁快開電磁閥，其供電回路也與控制回路分開，保證安全，改造原理如圖3所示。

表2 旁路控制系統的被控對象

圖3 改造原理圖

2.4 控制系統冗余配置

旁路控制系統并入DCS后，實現了冗余配置，旁路系統的可靠性得以提高，同時增加SIS接口，這樣旁路系統的數據可以精準傳輸SIS 接口，進而實現共享數據。

3 改造效果分析

通過此次改造，使旁路系統邏輯更加完善，也更方便運行人員進行操作；同時，保障了旁路系統電源與網絡通信的穩定性。通過改造措施后，其旁路系統的安全性得到顯著提升。與成套進口的設備相比，每臺機組可以節省大約100萬元資金的投入。

4 結論

針對本電廠機組自投產以來存在維修和設備操作困難及維護成本高等問題，提出了基于EDPF NT+系統的SULZER 旁路控制系統改造優化措施，主要結論如下。

（1）新旁路控制系統接入主機DCS 系統，DCS、DEH和旁路系統實現一體化，使各系統測點可以互相引用，邏輯更加完善。

（2）旁路系統單獨設計電源及網絡且DEH網絡交換機與DCS 網絡交換機通過冗余級聯網線進行連接，保證通信穩定。

（3）控制回路和電磁閥回路采用不同的電源進行供電，與之前電源回路相比更加安全，避免了電磁閥短路引起的控制系統電源跳閘，同時，冗余并且分散的電源設計使整個旁路系統更加安全。

本旁路系統改造措施保障了本電廠機組的安全性與經濟性，同時，對其他機組也具有一定的參考價值。