1000MW超超臨界機(jī)組給水控制優(yōu)化方案

　　超臨界機(jī)組與亞臨界機(jī)組顯著的區(qū)別是鍋爐采用直流爐）直流鍋爐的顯著特點(diǎn)是沒有汽包。直流鍋爐是一個(gè)多輸入、多輸出的控制對象，為滿足直流鍋爐動態(tài)響應(yīng)快、慣性小的特性，鍋爐側(cè)控制采用并行前饋小偏差調(diào)整的控制策略。即鍋爐主控的輸出并行送到各燃料、風(fēng)量、給水各子調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行偏差調(diào)整，保證鍋爐穩(wěn)態(tài)時(shí)的無偏差調(diào)節(jié)。給水控制是超超臨界鍋爐主要控制難點(diǎn)，與亞臨界有很大區(qū)別。給水控制系統(tǒng)的控制任務(wù)是在低負(fù)荷時(shí)保持給水流量不低于鍋爐zui低要求給水流量，在鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行方式時(shí)，保持適當(dāng)?shù)娜妓取Ｏ旅嬉匀A電鄒縣電廠四期工程2臺1000Mw超超臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組為例，介紹超超臨界給水控制系統(tǒng)。
　　
　　一、給水控制對象
　　
　　鍋爐給水系統(tǒng)配置有2臺50%容量的汽動變速給水泵，1臺25%BMCR（鍋爐zui大連續(xù)蒸發(fā)量）容量的變速電動給水泵作為備用。汽動給水泵設(shè)計(jì)有高低壓兩路汽源，自動切換，其中高壓汽源為冷再熱蒸汽，低壓汽源為四段抽汽，廠用輔汽作為啟動和調(diào)試汽源，小機(jī)排汽至主機(jī)凝汽器。給水泵控制采用DCS和西門子WOODWARD505控制器聯(lián)合進(jìn)行控制，505控制器接收DCS送來的遙控轉(zhuǎn)速信號，控制高低壓調(diào)門開度，調(diào)節(jié)小機(jī)轉(zhuǎn)速，滿足系統(tǒng)給水要求。給水流量的閉環(huán)控制在DCS內(nèi)實(shí)現(xiàn)，WOODWARD505控制器實(shí)現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。WOODWARD505控制器采用單505運(yùn)行方式，并將505操作面板的部分運(yùn)行人員的操作功能在DCS中做專門操作畫面，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作，信號傳輸采用硬接線和通信2種方式。505輸出控制高、低壓汽源的2個(gè)調(diào)門。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)使用四抽來汽，當(dāng)?shù)蛪赫{(diào)門全開，四抽汽源不能滿足小機(jī)運(yùn)行需要時(shí)，高壓調(diào)門開啟，引入冷再熱蒸汽。高壓調(diào)門在系統(tǒng)布置上位于小機(jī)主汽門前面。在主汽門前高、低壓氣源混合再經(jīng)過低壓調(diào)門進(jìn)入汽機(jī)。
　　
　　電動給水泵通過調(diào)整液力偶合器的勺管位置從而改變給水泵的轉(zhuǎn)速來改變泵的性能曲線，使工作點(diǎn)移動，從而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵流量的目的。轉(zhuǎn)速控制單元勺管調(diào)速機(jī)構(gòu)采用電液伺服機(jī)構(gòu)。勺管根據(jù)控制信號動作，通過曲柄和連桿帶動扇形齒輪軸旋轉(zhuǎn)，扇形齒輪與加工在勺管上的齒條嚙合，帶動勺管在工作腔內(nèi)作垂直方向運(yùn)動，改變液力偶合器內(nèi)的沖油量，實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)。勺管操作方式采用電液伺服機(jī)構(gòu)，電液伺服系統(tǒng)由1個(gè)電磁執(zhí)行器、1個(gè)雙作用液壓缸和1個(gè)位置檢測器組成。電磁執(zhí)行器接收4－2OmA的控制信號，并由此信號控制執(zhí)行器的位置，電液伺服系統(tǒng)的位置由1個(gè)內(nèi)部定位器電磁閥控制。信號觸發(fā)磁力控制器動作。電磁力是通過控制多向液壓閥的活塞來進(jìn)行控制的。位置檢測器能檢測位置差，并將信號反饋到定位器，使系統(tǒng)能夠而迅速地進(jìn)行操作。這樣就可使偶合器進(jìn)行"軟啟動"。
　　
　　二、控制方案
　　
　　現(xiàn)代大型單元機(jī)組都采用變速泵來控制給水流量，鄒電四期超超臨界1000MW機(jī)組采用2臺汽動變速泵做為主給水泵，1臺電動給水泵作為啟動給水泵，并作為系統(tǒng)的備用泵使用。各種類型的變速泵都有自己的安全工作區(qū)，為防止泵的汽蝕和提高泵的工作效率，在控制變速泵時(shí)要通過改變轉(zhuǎn)速\壓力和流量時(shí)，要保證泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)。泵的安全工作區(qū)與壓力有關(guān)，當(dāng)壓力高時(shí)，安全區(qū)范圍較寬，壓力低時(shí)安全區(qū)的范圍變窄。為確保泵工作在工作區(qū)，采取措施為:①在低負(fù)荷時(shí)，當(dāng)泵的流量低于zui小流量時(shí)，再循環(huán)門自動開啟，增加泵體內(nèi)的流量，從而使低負(fù)荷階段的給水泵工作點(diǎn)也在上限特性曲線內(nèi)。②當(dāng)流量高于某一值時(shí)，再循環(huán)門將自動關(guān)閉。量較大時(shí)，若安全工作區(qū)較窄，則工作點(diǎn)可能下限特性區(qū)之外。為防止該現(xiàn)象的發(fā)生，采用的方法是提高上水管道的阻力，即關(guān)小泵出口的流量控制閥門，以提高泵的出口壓力，使工作點(diǎn)重新移入安全區(qū)內(nèi)。采用變速給水泵的給水系統(tǒng)主要有2種基本方氛案，即兩段式控制和一段式方案，本工程采用的為一段式方案。低負(fù)荷時(shí)，使用給水旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水流量，電泵將以恒速運(yùn)行，隨著負(fù)荷的增加，旁路閥達(dá)到全開狀態(tài)，系統(tǒng)由控制閥門的開度而平穩(wěn)地轉(zhuǎn)換為控制泵的轉(zhuǎn)速。此時(shí)要進(jìn)行閥門轉(zhuǎn)換，將旁路閥關(guān)閉，打開主給水控制閥，以盡量減少節(jié)流損失，系統(tǒng)進(jìn)入*調(diào)泵狀態(tài)。給水控制系統(tǒng)的主要控制回路為:
　　
　　（1）給水流量總指令設(shè)定回路:由鍋爐主控輸出相應(yīng)的函數(shù)對應(yīng)值，并經(jīng)油煤混燃比例進(jìn)行修正后，再經(jīng)過與燃料暈的交叉限制產(chǎn)生。同時(shí)要確保好zui小流量。在啟動時(shí)，當(dāng)給水控制系統(tǒng)在手動時(shí)，zui小給水流量設(shè)定值跟蹤實(shí)際給水流量;當(dāng)給水控制系統(tǒng)在自動時(shí)，zui小給水流量設(shè)定值將按預(yù)定比率升到鍋爐zui小給水流量（25%ECR）。當(dāng)檢測到給水流量大于鍋爐zui小給水流量時(shí)，給水量不再增加。
　　
　　（2）給水主控增益補(bǔ)償回路:給水泵的給水指令由實(shí)際給水流量和此指令的偏差產(chǎn)生，并行送到運(yùn)行的給水泵控制回路。信號分配隨著給水泵自動操作數(shù)量而變化，通過自動增益平衡模塊實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整，使回路增益不變。
　　
　　（3）防止省煤器沸騰回路:因?yàn)檫@臺鍋爐為變壓運(yùn)行單元，當(dāng)減負(fù)荷時(shí)壓力從全壓（臨界壓力）狀態(tài)快速下降，省煤器流體溫度超過此壓力下的飽和溫度時(shí)冶煤器里的流體有可能蒸發(fā)。如果省煤器出口溫度高于"分離器儲水箱壓力下的飽和溫度邊際值（10℃）"，為了防止沸騰，需要增加給水流量來降低省煤器流體溫度。另外，省煤器沸騰防止操作時(shí)，為了避免，博況惡化，負(fù)荷減少閉鎖。
　　
　　（4）分離器儲水箱液位補(bǔ)償給水回路:在鍋爐循環(huán)操作（濕態(tài)方式）下，鍋爐循環(huán)水流量的快速下降將對給水流量控制產(chǎn)生擾動，給水流量有可能低于zui小給水流量。因?yàn)殄仩t循環(huán)水流量是根據(jù)汽水分離器儲水箱水位來程控的，可以通過檢測汽水分離器儲水箱水位的變化來防止給水流量的下降，給水流量指令增加補(bǔ)償。
　　
　　（5）電泵的控制回路:在低負(fù)荷時(shí)（負(fù)荷小于22OMW或給水流量控制調(diào)節(jié)閥開度小于78%時(shí)），電泵在恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，為確保泵的安全性，通過給水旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水壓力，確保泵出口和省煤器入口差壓在一定范圍內(nèi)。當(dāng)負(fù)荷大于22OMW或給水流量控制調(diào)節(jié)閥開度大于78%時(shí)，進(jìn)行給水閥切換，主給水閥全開，給水旁路調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，切換到流量控制，通過調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)給水流量以滿足運(yùn)行工況的需要。
　　
　　（6）過熱器噴水流量包含在省煤器入口給水流量。與鍋爐輸入指令相應(yīng)的給水流量要與主蒸汽流量平衡。因此，使用省煤器入口給水流量作為給水流量反饋信號。
　　
　　三、控制保護(hù)回路優(yōu)化
　　
　　保護(hù)是控制安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)，控制和保護(hù)是相輔相成的，是一個(gè)有機(jī)整體。成熟的給水泵組的控制和保護(hù)一般是成套提供的，鄒四工程的給水泵組的保護(hù)和控制也是延續(xù)慣例，獨(dú)立于DCS系統(tǒng)。但現(xiàn)在機(jī)組設(shè)計(jì)都是將其納入DCS，這樣就存在一個(gè)接口間題。同時(shí)因?yàn)樾C(jī)保護(hù)成熟做法都為反邏輯，接口的增加就增加了無謂的故障點(diǎn)。7號機(jī)組在試運(yùn)期間曾發(fā)生一次莫名其妙的跳閘，首出原因?yàn)?跳閘按鈕"動作，但在隨后的檢查中沒發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象發(fā)生，初步懷疑為跳閘按鈕接線有松動現(xiàn)象。為減少中間接口，對保護(hù)回路進(jìn)行如下優(yōu)化:
　　
　　（1）制作并安裝控制室控制柜、就地控制柜和505控制盤手動跳閘按鈕的防護(hù)罩，防止誤碰觸發(fā)小機(jī)跳閘信號。
　　
　　（2）增加電源的可靠性，將環(huán)線兩頭均接至母線（原僅一根）。由于小機(jī)保護(hù)回路為失電跳閘，容易由于接線松動導(dǎo)致誤動。現(xiàn)將保護(hù)回路的卡口接線方式改為螺絲端子。
　　
　　（3）現(xiàn)手動按鈕有3個(gè)分別位于:505、就地及電子間控制柜。其中，就地及電子間控制柜按鈕各用7副接點(diǎn):6副接點(diǎn)（2接點(diǎn)串接，共3組）進(jìn)硬保護(hù)回路分別動作3個(gè)跳閘電磁閥;1副接點(diǎn)到DCS跳機(jī)同時(shí)送到歷史追憶系統(tǒng)。現(xiàn)將保護(hù)硬回路中的6副接點(diǎn)改為3副，即三取二動作跳閘，同時(shí)將到DCS跳閘回路的接點(diǎn)改為2副接點(diǎn)并聯(lián)后送到DCS，防止由于一路接線松動或接點(diǎn)故障導(dǎo)致小機(jī)誤跳閘。
　　
　　（4）軸向位移保護(hù):現(xiàn)軸向位移探頭安裝位置在同一平面，保護(hù)為單點(diǎn)保護(hù)，任一軸位移大即跳機(jī);現(xiàn)改為兩個(gè)軸向位移均達(dá)到跳閘值后跳閘小機(jī)，即將兩個(gè)軸位移大信號并聯(lián)后接入跳閘回路。
　　
　　（5）超速保護(hù):現(xiàn)超速保護(hù)共有3路，分別是505內(nèi)部的超速保護(hù)（5420r/min），超速保護(hù)系統(tǒng)送到保護(hù)硬回路的三取二信號，以及超速保護(hù)系統(tǒng)送到DCS軟邏輯的三取二跳閘信號（為三取二），超速保護(hù)通道故障三取二也單獨(dú)跳小機(jī)。現(xiàn)決定取消超速保護(hù)系統(tǒng)輸出到DCS的信號，保留硬回路三取二跳閘。
　　
　　（6）溫度測點(diǎn)現(xiàn)經(jīng)過溫度變送器送到溫度設(shè)定開關(guān)后再進(jìn)入DCS驅(qū)動保護(hù)回路;現(xiàn)改為將溫度元件直接接入DCS，從模擬量上做出開關(guān)量參與保護(hù)，同時(shí)加入溫度點(diǎn)的質(zhì)量判斷與速率保護(hù)，速率保護(hù)按照5℃/S執(zhí)行。
　　
　　（7）精簡中間繼電器，簡化控制回路，將中間部分不必要的繼電器和光電隔離器去掉，使一次元件警接進(jìn)入DCS，減少中間環(huán)節(jié)故障引發(fā)的保護(hù)誤動。
　　
　　系統(tǒng)的優(yōu)化保證了機(jī)組的安全。系統(tǒng)保護(hù)回路優(yōu)化后，保證了給水保護(hù)系統(tǒng)安全可靠，隨后的運(yùn)行中沒有發(fā)生任何故障和誤動。給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定，滿足各種工況下的自動調(diào)節(jié)。
　　
　　四、需要進(jìn)一步優(yōu)化問題
　　
　　（1）在小機(jī)的控制方面主要需要優(yōu)化的為升速率回路。在505控制單元實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速控制回路中升速率是固定的，但在DCS中還是按照常規(guī)全部由DCC實(shí)現(xiàn)來設(shè)計(jì)的，即也設(shè)計(jì)了升速率控制回路，運(yùn)行人員可以根據(jù)實(shí)際情況來改變，這樣就便兩側(cè)產(chǎn)生了沖突，但是從安全考慮還是應(yīng)該取消DCS中升速率的控制。因?yàn)檫@個(gè)升速率的選擇不是隨意可以設(shè)定，505內(nèi)設(shè)定的應(yīng)該是合乎設(shè)計(jì)要求的。鄒縣電廠600MW機(jī)組小機(jī)控制模式與1000MW機(jī)組控制模式一樣，也使用了505，但DCS內(nèi)沒有升速率選擇，因此取消DCS內(nèi)升速率選擇應(yīng)該是*可行的。
　　
　　（2）505的冗余配置問題。10OOMW機(jī)組小機(jī)轉(zhuǎn)速控制是505控制單元實(shí)現(xiàn)的，但只有一個(gè)505控制單元，在該裝置發(fā)生故障時(shí)將迫使小機(jī)停運(yùn)。鄒縣電廠60OMW機(jī)組小機(jī)控制模式與l000MW機(jī)組控制模式一樣，但505是冗余配置，是可以互為備用和切換的，這樣就增加了控制的可靠性。從60OMW機(jī)組10多年運(yùn)行情況看，該控制單元可靠性還是很好的，至今未發(fā)生問題，但是從機(jī)組的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性考慮，還是冗余配置更可靠。
　　
　　五、結(jié)束語
　　
　　超超臨界機(jī)組在燃燒率低于40%BMCR時(shí)，鍋爐處于非直流運(yùn)行方式，分離器處于濕態(tài)運(yùn)行，給水系統(tǒng)處于循環(huán)工作方式，主要是控制分離器水位，類似汽包鍋爐;在燃燒率大于40%BMCR后，鍋爐逐步迸大直流運(yùn)行狀態(tài)，給水控制系統(tǒng)主要是燃/水比調(diào)節(jié)，根據(jù)燃料量及時(shí)調(diào)節(jié)給水流量，保證汽溫的穩(wěn)定，從而保證鍋爐負(fù)荷的需要。給水控制系統(tǒng)是超超臨界機(jī)組控制的核心，在保證控制對象安全可靠的基礎(chǔ)上，需要不斷優(yōu)化控制參數(shù)，協(xié)調(diào)控制適應(yīng)外界的變化，確保給水系統(tǒng)的控制精度。