嚴寒夕? 浙江浙能臺州第二發(fā)電有限責任公司

［摘要］某火電廠汽輪機在初壓/限壓切換過程中出現(xiàn)負荷瞬時上升問題。從初壓/限壓切換的邏輯及切換過程中主要參數(shù)的變化分析,確定原因為壓力控制器指令上升瞬間和轉(zhuǎn)速負荷控制器指令下降瞬間有短暫的時間間隔,造成高壓調(diào)節(jié)閥指令上升,調(diào)節(jié)閥開度瞬間達到80%,導致負荷波動。在對壓力控制器邏輯中延時塊進行更改后,初壓/限壓切換過程中高中壓調(diào)節(jié)閥平穩(wěn)無動作。

1 機組概況

某電廠汽輪機為上海汽輪機廠設計制造的N1050-27/600/600型超超臨界機組，配備艾默生過程控制有限公司提供的Ovation控制系統(tǒng)[1]。

汽輪機在運行過程中可根據(jù)實際運行工況選用初壓模式和限壓模式。初壓模式下，壓力控制器起作用，汽輪機主要控制主汽壓力，鍋爐側(cè)控制負荷，一般用于中低負荷段運行調(diào)節(jié)，其負荷響應速度較慢。限壓模式下，轉(zhuǎn)速負荷控制器起作用，未并網(wǎng)時汽輪機主要控制轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)后汽輪機主要控制負荷，而主汽壓力由鍋爐控制，此模式下負荷響應速度快，可以滿足電網(wǎng)調(diào)節(jié)的要求[2]。

2 擾動現(xiàn)象及過程分析

2018-01-24T16：51，機組負荷893 MW，主汽壓力23.3 MPa，機組處于鍋爐主控模式，汽輪機處于初壓模式，操作員發(fā)出協(xié)調(diào)請求指令，送至汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)，初壓模式切換為限壓模式。在切換過程中(大約1 s)，機組兩側(cè)高壓調(diào)節(jié)閥突然開大(由40%開至85%)，負荷最高升至910MW。

2.1 壓力控制器分析

圖1為壓力控制器邏輯簡圖。壓力控制器指令(YFDPR)和轉(zhuǎn)速負荷控制器指令(YNPR)及啟動裝置控制器(TAB)輸出取小得到小選后的流量指令(YR)，經(jīng)過高壓調(diào)節(jié)閥特性曲線轉(zhuǎn)換后直接控制高壓調(diào)節(jié)閥的開度。

圖1 壓力控制器邏輯簡圖

根據(jù)初壓/限壓切換邏輯對壓力控制器進行分析。操作員發(fā)出協(xié)調(diào)請求CCS指令，脈沖3 s，觸發(fā)復位SR觸發(fā)器，將初壓方式投入信號(VDENPR)復位為0，送至壓力控制器，延時0.048 s后，將轉(zhuǎn)速負荷控制器設定值偏置從0切換為-1 MPa，PID輸出因設定值減少而相應增加，瞬間增加量為0.052(設定值改變量×比例增益=1/27×1.4=0.052)。之后壓力控制器切為轉(zhuǎn)速負荷控制器，當小選指令由負荷控制器輸出時，壓力控制器動作信號(FDPRIE)由1置為0，壓力控制器被切除，YFDPR值為壓力控制器輸出基礎上加0.08(圖1中為YR+0.08)。綜上所述，在初壓/限壓切換過程中，壓力控制器輸出會階躍上升，其值總增量約為0.132(0.052+0.08)。

圖2 轉(zhuǎn)速/負荷控制器邏輯簡圖

2.2 轉(zhuǎn)速/負荷控制器分析

轉(zhuǎn)速/負荷控制器邏輯見圖2。操作員發(fā)出協(xié)調(diào)請求CCS指令，脈沖3 s，觸發(fā)復位SR觸發(fā)器，將VDENPR復位為0，負荷設定值(NPR-W)瞬間收到-0.02的偏置并分為2路，1路經(jīng)過PID，設定值減少0.02，由于負荷控制器輸出瞬間只減少1個很小的值(設定值改變量×比例增益=-0.02×0.14=-0.0028)，所以對調(diào)節(jié)閥的影響可以忽略；而另1路不經(jīng)過PID，此值乘以0.8后直接疊加在轉(zhuǎn)速負荷控制器出口，令YNPR減小0.016。

此外還有1路VDENPR信號復位為0，取非后經(jīng)1 s脈沖信號，得到N350QP，此脈沖信號閉鎖YNPR，即YNPR在1 s內(nèi)保持脈沖信號上升瞬間的值，1 s后輸出值切換為壓力控制器輸出限制PIRYU信號和轉(zhuǎn)速負荷控制器PID出口值的小選值與一次調(diào)頻分量(N410)之和。N350QP脈沖信號處于上升沿時，轉(zhuǎn)速負荷控制器還未動作，此時汽輪機仍處于初壓模式，以當時達到下限值為例進行說明。

因轉(zhuǎn)速負荷控制器設定值×8＞0.08，即有：

PRIYU=YR+0.08-N410。

根據(jù)邏輯圖可知：

YNPR=PRIYU-N410，

即：YNPR=YR+0.08。

當N350QP脈沖信號置1后，YNPR在此1 s內(nèi)會保持當前值，而PRIYU=YR-N410，PIRYU瞬間減少0.08，YNPR也會突降0.08，并小于YFDPR，完成模式切換。NPRIE輸出1時，表示完成初壓到限壓的切換，最終YNPR由轉(zhuǎn)速負荷控制器計算控制[3-5]。

綜合兩路邏輯分析，可得到結(jié)論：在切換瞬間，YNPR會先下降0.016，保持1 s，最終下降0.08。

3 擾動原因

此次切換與其他日常操作無明顯區(qū)別，即操作員發(fā)出協(xié)調(diào)請求CCS指令，脈沖3 s，DEH接收信號，并立刻對YFDPR和YNPR做出調(diào)整，YFDPR上升，YNPR下降，在1 s后完成切換。但在此次切換過程中，YFDPR上升動作與YNPR的下降動作之間有大約1 s的間隔，造成YR上升、調(diào)節(jié)閥指令輸出，調(diào)節(jié)閥開度瞬間達到80%，導致負荷波動。

Ovation系統(tǒng)在歷史站的數(shù)據(jù)記錄中，采樣周期為1 s，在沒有事件順序記錄(SOE)點的情況下，對于不同站同1 s內(nèi)數(shù)據(jù)僅憑歷史站的記錄無法判斷其先后順序，需要根據(jù)邏輯結(jié)合實際動作情況進行分析。本文采集了1月24日以來的初壓/限壓模式切換過程中3次調(diào)節(jié)閥開度發(fā)生明顯變化的數(shù)據(jù)，見表1和圖3。由圖3可以看到，在切換過程中調(diào)節(jié)閥開度發(fā)生了跳變，且開關(guān)調(diào)節(jié)閥時間小于1 s。根據(jù)數(shù)據(jù)及邏輯分析，可以得出2種可能性：YFDPR上升動作提前或YNPR下降動作滯后。只要切換中存在時間差，就必然會產(chǎn)生1個YR的波峰值，送至高壓調(diào)節(jié)閥，令調(diào)節(jié)閥開度增大，導致負荷波動，切換則變成有擾切換。同時對壓力控制器和轉(zhuǎn)速負荷控制器邏輯頁內(nèi)時序進行檢查，符合時序要求。

表1 初壓/限壓切換過程中主要參數(shù)變化

圖3 負荷突變情況下的參數(shù)曲線

4 處理措施及效果

可選擇2種方法消除汽輪機模式切換引起的負荷波動問題。

(1)將轉(zhuǎn)速/負荷控制器動作時間提前。根據(jù)轉(zhuǎn)速負荷控制器分析，若要提前動作，可將脈沖時間縮短，但由于其中邏輯動作較多，難以定量地減少時間，因此不建議采用此方法。

(2)將壓力控制器動作時間延遲。檢查壓力控制器邏輯，VDENPR復位為0后有0.048 s延時，小于掃描周期[1](邏輯掃描周期為0.05 s)，難以被掃描到，其延時不起作用，建議增加1個掃描周期(實際改為0.098 s)，即可有效延遲壓力控制器指令動作。

按照上述方法對壓力控制器邏輯中延時塊進行更改后，記錄初壓/限壓切換的主要參數(shù)，其切換過程中高中壓調(diào)節(jié)閥平穩(wěn)無動作，切換過程參數(shù)曲線如圖4所示。以1月24日16：00的切換過程為例分析負荷波動時的參數(shù)曲線(圖3)，操作員發(fā)出協(xié)調(diào)請求CCS指令，YFDPR由0.731升到0.783(增加了0.052，符合壓力控制器推論)并維持了不到1 s時間，此時YNPR由0.811下降到0.795，未完成切換，但是YR隨著YFDPR的上升也升至0.783，經(jīng)過邏輯計算后調(diào)節(jié)閥開度為84.75%，之后由于1 s的保持時間結(jié)束，YNPR下降0.08，小于YFDPR，最終完成初壓/限壓切換，同時調(diào)節(jié)閥指令恢復正常。

圖4 正常模式切換過程的參數(shù)曲線

對比圖3和圖4，可以發(fā)現(xiàn)圖4中YFDPR上升的時間有延遲，切換過程中YFDPR第1次上升的0.052未被采集，直接跳過這個節(jié)點增加了0.13，根據(jù)壓力控制器邏輯分析可知，圖3中VDENPR信號先到，而FDPIRE后動作；而圖4無擾切換的情況下正好相反，FDPIRE先動作，VDENPR后到，YFDPR一次性上升0.13，從而實現(xiàn)了初壓/限壓模式的無擾切換，其中延時時間起到了關(guān)鍵的作用。

5 結(jié)束語

經(jīng)分析，某電廠對汽輪機初壓/限壓切換過程中發(fā)生擾動的主要原因為壓力控制器指令上升和轉(zhuǎn)速負荷控制器指令下降瞬間有短暫的時間間隔，造成高壓調(diào)節(jié)閥指令上升。對壓力控制器邏輯中延時塊進行更改后，問題得到解決。處理方法可為類似現(xiàn)象提供借鑒。

參考文獻：

[1]艾默生過程控制有限公司.Ovation算法手冊OW350_R1100[M].上海：艾默生過程控制有限公司，2008.

[2]秦寧，任仲海，丁湧，等.西門子二次再熱機組限壓/初壓切換過程典型故障分析[J].廣西電力，2016，39(5)：61-63.

[3]文群英，潘汪杰.控制設備系統(tǒng)及運行[M].北京：中國電力出版社，2011.

[4]包景華，黃勇.1000MW超超臨界機組汽輪機DEH調(diào)試簡介[J].熱力透平，2008，37(4)：67-69.

[5]胡念蘇.汽輪機設備系統(tǒng)運行[M].北京：中國電力出版社，2010.

注：原文發(fā)表于《內(nèi)蒙古電力技術(shù)》2019年第4期，原文標題為：1050 MW超超臨界機組初壓/限壓切換過程中擾動原因分析及解決措施

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總結(jié)

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