西门子T3000型DEH在台山1000MW机组应用及问题分析

神华广东国华粤电台山发电有限公司 吴公宝

西门子T3000型DEH在台山1000MW机组应用及问题分析

神华广东国华粤电台山发电有限公司 吴公宝

本文介绍了西门子T3000型DEH在台电二期1000MW机组的应用,详细阐述了转速/负荷控制、启动装置、X准则,汽轮机自启动等核心控制策略,指出了台山二期DEH系统存在的一些不足之处。

T3000 DEH控制

随着计算机技术的发展及其在自动化领域中的应用,20世纪80年代,出现了以数字计算机为基础的数字式电气液压控制系统(Digital Electric Hydraulic Control System),即DEH,其主要任务是对汽轮机的转速、负荷进行调节,同时还参与电网的一次调频。它是汽轮机特别是大型汽轮机必不可少的控制系统,是电厂自动化系统最重要的组成部分之一。

一、系统概述

广东台山发电厂二期(首两台1000MW级机组)扩建建设两台超超临界1000MW燃煤发电机组,三大主机由上海电气集团提供,其中汽轮机采用上海汽轮机有限公司引进西门子技术生产的TC4F型汽轮机,高中压联合启动、超超临界、一次中间再热、单轴、双背压、四缸四排汽。主要参数为:1000MW/3000r/min/ 26.25 M Pa/600℃/2943.065t/h/5.335 M Pa/600℃/ 5.7/6.7 kPa。汽轮机采用全周进汽、滑压运行的调节方式,同时采用补汽阀技术。全机设有两只高压主汽门、两只高压调节汽门、一只补汽调节阀、两只中压主汽门和两只中压调节汽门。汽轮机控制系统采用西门子T3000型DEH,双层网络结构,采用工业以太网通信协议,用于AS417H控制器、工程师站、操作员站总线间的通讯,速度可达100M。AS417H控制器与ET200M以及FM 458与ADDFEM接口间的通讯采用PROFIBUS-DP协议,速度可达12M。硬件采用西门子公司的S7系列,主要包括:FM 417处理单元、FM 458高速处理单元、SCALANCE光交换模、普通型I/O接口模件、ADDFEM高速I/O模件以及故障安全模件SM 326,还有GPS时钟、交换机、服务器、操作员站、工程师站和打印机。DEH下设5个控制柜,1号柜DPU使用FM 458,主要实现机组自动调节功能,2号柜DPU使用FM 417,主要实现汽轮机保护和汽轮机自启动功能,3号柜为2号柜的扩展柜,4号柜为电源柜,5号柜为计算机网络柜。DEH与DCS控制范围为:DEH控制范围包括EH油系统、主汽门、高压调门、ETS、TSI系统,DCS控制范围包括润滑油系统、抽汽系统、疏水系统、轴封系统、盘车系统,双方在各自系统间的用于逻辑控制的接口信号采用硬接线实现,发电机不在DEH系统实现顺控。

二、DEH控制内容及原理

(1)转速/负荷控制器。转速闭环控制是并网前的基本控制,包括转速给定、临界转速识别与控制、超速试验等。自动升速是指DEH根据高压内缸金属温度自动从冷态、温态、热态或极热态四条升速曲线中选择相应的升速率,并自动确定低速暖机和中速暖机的转速及暖机停留时间,自动冲转直到3000rpm。负荷控制器采用汽轮机允许的负荷率升负荷。负荷可以由运行人员手动设定,或由外部系统(协调控制器或负荷分配器)自动设定,最大的升降负荷率根据锅炉能力,同时还受应力(TSE)限制。在锅炉故障时或负荷指令变化太快,则由应力限制器对汽轮机控制阀进行节流。

(2)主汽压力控制器。主汽压力控制器以下列两种方式起作用。压力限制方式:压力限制方式时,负荷控制也起作用,压力控制器仅是作为限制器,在主蒸汽压力降低时支持锅炉压力控制,如果主蒸汽压力低于某个可调限制值,如低于正常压力10bar,汽机调节阀将节流以防止主蒸汽压力进一步降低,在此方式压力会很快恢复。初压控制方式:当从压力限制方式切到初压控制方式,转速/负荷控制器切换到压力控制器,此时负荷保持不变。在初压控制器方式,主汽压力由调节阀控制维持在某个设定值即锅炉负荷的变化使汽机调节阀变化。

(3)启动装置(TAB)。汽轮机启动装置的功能主要是确保汽轮机具有阀门开启/关闭的正确指令,确保汽轮机的安全运行及停机。启动装置实际上是一个设定值调整器,根据设定值的不同,巧妙实现了汽机的复置过程,同时还具备保护功能。在起动前,当遮断信号释放时,启动装置将阀位信号置零,保证调节阀可靠关闭。在汽轮机启动时,起动装置TAB的信号开始升高,使转速控制器进行转速控制,当汽机达到正常速度,并且发电机已同步,起动装置设定在100%位置,这样主控制器信号不再受限制。

(4)自动阀门试验(A TT)。机组运行期间负荷应小于80%,首先进行的是某个ESV试验,接着再进行其对应的CV阀。阀门从全开状态离开时,一个独立的定时器会工作同时记录阀门关闭时间,并判断该时间是否正确,在规定时间内反馈未来说明有故障,将退出试验。

(5)“X”准则介绍。应力控制器通过测量计算,控制机组启动过程中若干个特征数据“X”准则,从而选择最佳启动蒸汽参数与汽机的状态参数相匹配,将机组启动过程中热应力控制在允许的范围内。其中:

X1,X2准则——用来确定开启高压主汽阀时的主蒸汽参数。

X4,X5,X6准则——用来确定汽机冲转前的蒸汽参数。

X7准则——用来判断汽机低速暖机是否结束,进而可以升速至额定转速。

X8准则——用来判断汽机高速暖机是否结束,进而可以进行发电机并网。

变温度准则按照功能可以分为三个不同的部分:最小的蒸汽温度限制以避免加热组件时的不适当冷却,最小的汽缸温度限制以避免在给定的蒸汽温度下出现不适当的瞬时的热载荷,在汽轮机带蒸汽冲转前设置过热度。

(6)汽轮机自启动。汽轮机自启停(A TC)是以转子应力计算为基础,控制并监视汽轮机从盘车、升速、并网到带负荷全过程。在汽轮机起动或负荷控制的任一阶段,当出现异常工况或者人工发出停止A TC程序的指令后,A TC系统应能将汽轮机退回到所要求的运行方式或自动地按照与起动时基本相反的程序退回到使异常工况消失的阶段。汽轮机主控程序在汽轮机启动冲转及带负荷工程中,监视汽轮机的状态,如蒸汽温度、阀门及汽缸的金属温度,并判断是否满足机组启动冲转的条件(X准则)。在启动过程中,在适当的时机向汽轮机辅助系统及其它相关系统发出指令,并从这些系统接受反馈信号,使这些系统的状态与汽轮机启动的要求适应。

(7)汽轮机保护功能。西门子T-3000型DEH系统包含ETS功能,当参数变化超过遮断值时,发出遮断信号,通过TTS系统动作停机电磁阀,遮断机组。每个汽轮机进汽阀安装两个失电动作电磁阀,任意一个电磁阀动作,汽轮机组停机。通过这种故障安全型的布置,最大限度的保证了汽轮机组的安全可靠性。ETS系统由汽轮机超速保护(OPS)、电子保护系统(EPS)、汽轮机遮断系统(TTS)三部分组成。

三、存在问题和解决方法

1.控制逻辑问题

(1)调门逻辑不完善,单个跳闸电磁阀动作导致机组跳闸。宁海电厂跳闸电磁阀1由于接线松动,PAS2 SOUT报警触发,跳闸电磁阀失电动作,导致进油与回油管路导通,此时伺服阀指令一直存在,从而使EH油压低导致机组跳闸。目前台山电厂逻辑与宁海一致,同样存在以下问题。

调门修改前逻辑:任一阀门任一跳闸电磁阀指令失电,阀门快关,伺服阀指令输出为0

调门修改后逻辑:每个阀门的跳闸电磁阀断线报警PASSOU T快关对应调门,或阀门指令大于阀位反馈10%且1号EH油泵出口油压与2号EH油泵出口油压都小于130bar快关对应的调门。(注:防止阀门卡涩,引起油压低保护动作)

ETS动作用到的PASSOU T逻辑如下:高压缸、中压缸两侧进汽门都关闭,ETS保护动作。跳闸高压缸两侧阀门PASSOU T断线保护逻辑:

中压缸两侧进汽阀门PASSOU T断线保护逻辑:

两种逻辑的区别,现在DEH修改后逻辑是哪个阀门的跳闸电磁阀发生PASSOUT就关对应的阀门,机组正常运行。ETS断线保护的PASSOUT动作,则机组跳闸。

(2)汽机已跳闸信号采用问题。广东电力设计院认为汽机跳闸信号应采用主汽门关闭信号(行程开关)进行逻辑判断后发出,而上海汽轮机厂认为西门子汽机均采用DEH发出跳闸汽轮机信号作为汽机已跳闸信号,目前所有汽轮机阀门上均未设计机械行程开关。

2.T3000系统问题

(1)FM 458控制器内的逻辑信号都不能强制。FM 458是高速处理器,西门子没有设计信号强制功能,所以要采取增加冗余采样信号的措施,提高信号可靠性,在线处理故障时可以避免使用强制功能。

(2)阀门LVDT失效处理不完善。在系统判断LVDT接地或短线时,阀门指令上将会叠加一个负向偏置,用于缓慢关闭LVDT失效阀门,但若出现LVDT失效与正常来回波动时将会引起阀门指令来回变化而造成阀门波动,建议增加阀门开关试验功能按钮,如果LVDT失效造成阀门波动,采取措施关闭阀门,避免损坏设备。

(3)CPU417中用到的是RAM存储卡,CPU断电后如果没有电池保护,将会使逻辑丢失,建议当逻辑调试完成后,将RAM存储卡换成FLASH卡,这样CPU断电后就不至于丢失程序。

3.信号设计问题

(1)缸温、壁温等用于TSE功能的温度测点电缆没有备用芯。由于西门子汽机对TSE功能要求严格,汽机区域又是电缆问题的多发地,必须留出足够的备用芯。(2)高排通风阀全开、全关信号各送出两副接点,均布置在一根电缆,若出现电缆问题将导致通风阀信号异常。(3)汽轮机转速信号6只,集中布置在两根电缆,危险较集中。(4)汽轮机调门、补汽阀电液转换器冗余的两个线圈指令信号和阀位反馈信号布置在同一根电缆中,汽轮机主汽门、调门、补汽阀关闭电磁阀1、2指令也均布置在同一根电缆,电缆故障时易导致信号同时异常。

四、总结

台山电厂二期1000MW机组T3000型DEH系统还处于调试阶段,系统漏洞还未完全暴露,需要积极借鉴和吸收宁海、玉环等电厂暴露出来的问题及解决方法。DEH系统逻辑组态是由西门子公司提供的,而DCS系统逻辑组态由和利时公司提供,逻辑缺乏统一技术管理,造成了某些控制逻辑的不完善,工程调试中需要台山电厂、西门子、和利时、调试所等相关技术人员的共同努力,才能保证汽轮机组的安全稳定运行。

[1]樊印龙,张宝.西门子百万千瓦级汽轮机启动过程中的温度制约[J].热力透平,2008,(12)

[2]俞成立.1000MW汽轮机组甩负荷试验分析[J].华东电力,2007,(6)

[3]上海电气电站设备有限公司汽轮机厂超超临界汽轮机控制保护系统

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