汽轮机危急遮断系统仿真的开发和应用

李军红,降爱琴,刘锁清

(山西大学工程学院,山西太原 030013)

汽轮机危急遮断系统仿真的开发和应用

李军红,降爱琴,刘锁清

(山西大学工程学院,山西太原 030013)

针对汽轮机主要保护系统存在的问题,以国内某发电厂600 MW机组仿真机为例,通过对汽轮机危急遮断系统功能、主要控制逻辑等仿真开发的研究,提高发电厂运行人员、热工人员的监控能力和运行技术水平,并在设备的优化运行与试验等方面提供有益的帮助及参考。

汽轮机危急遮断系统;仿真;保护;逻辑

目前,火力发电在我国电力工业中占绝对主导地位,随着大容量、高参数机组的投入运行和新技术应用于火电机组中,电站系统日趋复杂。为确保机组运行的安全性及经济性,对运行人员的熟练操作和事故处理能力,以及管理人员的监控管理水平都有了更高的要求。因此,针对具体机组开发1∶1全范围仿真培训系统,以培训新的运行人员和轮训在职人员显得越来越重要。汽轮机危急遮断系统ETS(Steam Turbine Emergency Tripping System)作为汽轮发电机组的主要保护系统,在电厂的作用越来越重要。为此,ETS系统也就成为全范围仿真培训系统重要的一部分。

1 ETS系统功能

ETS系统作为汽轮发电机组的主要保护系统,实现的主要保护功能有:汽轮机电超速保护,轴向位移保护,轴承润滑油压低保护,高压抗燃油EH(Electro-hydraulic oill)油压低保护,冷凝器真空低保护,振动大跳闸;锅炉故障;数字电液调节系统DEH(Digital Electro-hydraulic control system)跳闸;DEH失电;汽轮机差胀大保护;发电机故障;手动紧急停机。为了提高保护动作的可靠性,设有在线试验功能,在机组运行过程中验证保护回路和设备的工作是否正常。ETS系统设计有4项在线保护试验功能,分别是EH油压低、轴承润滑油压低、1号冷凝器真空低、2号冷凝器真空低。某发电厂的600 MW机组的ETS监控画面见图1[1]。

2 ETS系统仿真研究

ETS系统仿真是整个仿真机中的一个子系统,仿真机的硬件主要有计算机系统、控制室台屏、输入/输出接口系统、教练员台、就地设备操作台等。仿真机的软件是用自己开发的支撑软件,在进行ETS系统仿真时,主要工作包括三方面,即ETS监控画面的仿真;ETS系统的控制逻辑仿真建模;画面与模型通讯的仿真。

2.1 ETS系统控制逻辑的建模

在设计这个机组热工控制系统时,采用了分散控制系统DCS(Distributed Control System)系统一体化设计,它有个重要特点就是跳闸逻辑不是采用硬继电器电路实现,而是用软件组态而成,其控制逻辑见图2。ETS系统控制逻辑的建模是在特定的仿真支撑系统中完成,在仿真支撑系统的算法库中可找到与原组态逻辑相匹配的算法模块,然后按照控制逻辑搭接模块,模块间的连接通过变量名传递实现,其连接方框图见图 3。模块变量名(EH01、EH02、EH03),算法名 (AND、OR、AND)。第一个模块 (EH01)的输出作为第二个模块 (EH02)的输入,依次往下,直到相关的模块都连接好为止。

图1 ETS画面

2.2 画面制作

画面的绘制是用特有的软件支持实现的,关键是要对画面上的显示点进行定义,可操作单元定义为动态,以便于和模型通讯。操作画面上的信息有3种类型:模拟量输出,如实发功率、机组转速;数字量输出,如EH油压低保护;DEH跳闸等;数字量输入,如1号冷凝器真空试验1模块运行员确认指令等。

2.3 画面与模型通讯的仿真

模型与操作画面之间的数据传送是通讯程序实现的,可以将仿真模型的数据以点对点的方式发送到操作员站,同时,要将操作员站的操作命令反馈到仿真模型,使数据能够双向交换。通讯程序中有与操作画面上相同的信息类型:模拟量输出、数字量输出、数字量输入[2]。

图2 EH油压低跳闸控制逻辑

图3 ETS系统控制逻辑模块搭接

3 ETS系统仿真调试及应用

ETS系统控制逻辑模型建立后,要和ETS系统相关的设备模型连接,构成完整ETS系统仿真模型。联盘运行仿真模型,通过操作员站操作来调试仿真模型。可以了解ETS系统保护动作逻辑和在线试验功能逻辑。

3.1 保护动作逻辑

EH油压低保护装置,如图1所示。以EH油压低为例介绍保护动作逻辑。

在正常情况下,EH油压高于跳闸极限值,4只压力开关 (LP1-LP4)显示正常。若没有其他跳闸信号,AST1、AST3、AST2和AST4电磁阀处于带电状态,阻塞了图1中的泄油通道,保持AST母管油压正常。

由图2可知,当EH油压低1(LP1)和EH油压低3(LP3)任何一个反映低EH油压时,生成EH通道1油压低信号 (CH1LP)。当EH油压低2(LP2)和EH油压低4(LP4)任何一个反映低EH油压时,生成EH通道2油压低信号(CH2LP)。也就是说每个通道中的两个压力开关采用二取一逻辑。当实际 EH油压值低于整定值时,在每个通道中只要有1只压力开关动作,就能生成CH1LPH或CH2LP信号,当CH1LPH或CH2LP信号后,由于采用了与门的逻辑,不会引起油压低而停机。只有当CH1LPH和CH2LP信号同时生成时,才会引起油压低而实现自动停机[3]。1号冷凝器真空保护、2号冷凝器真空保护和轴承润滑油压保护与EH油压保护具有完全相同的跳闸逻辑。

3.2 在线试验功能逻辑

在线试验逻辑是保证机组试验过程中不影响机组正常运行的核心保障措施。以EH油压在线试验为例介绍在线试验功能逻辑。操作员首先操作“ETS复位”,选择 “通道 1试验投入”或 “通道 2试验投入”进行试验。按下 “EH 1T EST”或“EH2TEST”按钮,当条件满足时,ETS发出动作电磁阀的指令,EH油通道CH1或通道CH2电磁阀打开,电磁阀排油,直到压力开关元件动作,LP1/LP3或LP2/LP4状态显示为红色,高压油压力开关 “ASP1压力开关动作” 或 “ASP2压力开关动作”信号发出,即ASP1或ASP2状态显示为红色,DEH系统试验电磁阀 “AST1、AST3”或“AST2、AST4”失电动作,则DEH 系统判断试验成功,通道1试验成功或通道2试验成功指示灯显示红色,2 s后复位显示为绿色,AST电磁阀复位,3 s后复位EH油通道CH1或通道CH2电磁阀,压力开关复位,试验完成。

1号真空保护,2号真空保护和轴承润滑油压保护与EH油压保护具有完全相同的结构的试验块。

4 600 MW火电机组仿真的效果及精度

600 MW火电机组仿真机采用逼真的数学模型,所有数学模型都是符合实际电厂全工况、全物理过程的机理性模型,遵守质量、能量和动量守恒定律,而ETS汽轮机危急遮断系统主要控制逻辑正是在600 MW火电机组仿真机基础上实现1∶1仿真。该系统监视汽轮机的一些重要参数的静态精度在2%以内,动态精度在5%以内,完全可满足仿真培训的要求。当其中的任何一个参数越限时,ETS仿真系统将正确关闭汽轮机的所有主汽阀和调节汽阀,使汽轮机紧急跳闸停机。ETS仿真系统准确性、快速性和可靠性完全符合现场的设计要求。

5 结束语

仿真机于2008年5月投入试运行,现已培训多期学员,证实了仿真系统采用的技术方案的正确性,完全可满足仿真培训的要求。而ETS汽轮机危急遮断系统主要控制逻辑的仿真,对机组投产前验证ETS控制逻辑的完整性与正确性,发电机组运行人员与热工人员的培训起到了重要作用,对机组投产后设备的优化运行与试验等方面发挥了良好的作用。

[1] 韩中合,田松峰,马晓芳.火电厂汽机设备及运行 [M].北京:中国电力出版社,2000:155-158.

[2] 降爱琴,张学军,王琦.基于Blink UCC控制系统仿真[J].热力发电,2007(1):58-61.

[3] 华东六省一市电机工程学会编.热工自动化 [M].北京:中国电力出版社,2005:130-133.

The Development and Application of the
Simulation of Steam Turbine Emergency Trip System

LI Jun-hong,JIANG Ai-qin,LIU Suo-qing(Engineering College of Shanxi University,Taiyuan,Shanxi 030013,China)

In accordance with the main protection system of steam turbine generator unit,this paper,taking a simulator of a 600M W unit in a domestic power plant as an example,studies the function and the control logic of turbine emergency trip system to improve the thermal monitoring capabilities and operating quality of operation personnel and thermal power staff and to provide some instructions and reference for optimizing the equipment operation.

turbine emergency trip system;simulation;protection;logic

TK264.2,TK267

A

1671-0320(2010)03-0058-03

2009-12-18,

2010-04-23

李军红 (1972-),女,山西闻喜人,2009级太原理工大学控制工程专业在读研究生,工程师,从事集控运行和发电厂汽轮机的实时仿真;

降爱琴 (1967-),女,山西太原人,1989毕业于西安交通大学自动控制专业,副教授,从事生产过程自动化教学研究;

刘锁清 (1962-),男,山西榆次人,1991毕业东北电力学院发电厂工程专业,副教授,从事发电厂仿真研究。