660 MW机组中调门控制指令异常波动原因分析及处理
2016-04-07张兴
张兴
（中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司，合肥230088）
660 MW机组中调门控制指令异常波动原因分析及处理
张兴
（中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司，合肥230088）
针对某发电厂660 MW机组在并网后汽轮机中调门指令频繁波动导致单阀与顺序阀无法正常切换的问题，分析汽轮机DEH控制系统中调门控制机理，通过实例对比说明机组启动过程中主要参数控制出现的问题，所介绍的通过控制模式切换消除中调门指令波动的方法，可为其他发电厂的汽轮机冲转和控制提供参考。
DEH；中调门；阀位指令；旁路模式
某发电厂1号机组（660 MW）汽轮机采用上海电气集团股份有限公司生产的N660-24.2/566/ 566型超临界、单轴、三缸四排汽、一次中间再热、双背压凝汽式汽轮机，机组DEH控制系统采用国电南自美卓控制系统有限公司的MAXDNA分散控制系统。
该机组于2014年12月并网运行后中调门指令频繁发生大幅度变化，导致单阀与顺序阀无法正常切换，甚至影响了机组的安全运行（历史数据趋势见图1、图2）。
1 中调门控制机理分析
该机组DEH中调门控制有2种方式，即旁路投入模式和旁路切除模式。
1.1 旁路投入模式分析
图1单/顺阀切换异常曲线
旁路投入模式一般在机组热态冲转时投入，此模式下中调门参与转速和负荷控制。在机组启机冲转及正常运行过程中，DEH始终投入该控制模式。
图2 机组带负荷运行时中调门异常曲线
1.1.1 旁路投入模式控制回路
中调门指令形成回路如图3所示。在旁路投入模式下，当前时刻的综合阀位指令FDEM（图3中指令A）减去并网时刻DEH自动记忆的综合阀位指令值（图3中指令B）后经过函数f（x）1输出信号D，信号D再与中调门转速PID调节器输出C相加输出指令E，E经过中调门的流量特性曲线的修正即得到实际的中调门指令。
图3 机组DEH中调门指令形成回路
1.1.2 旁路投入模式的运算过程
在旁路投入模式下，当机组未并网时，DEH处于转速控制方式，信号B形成回路中的切换模块取N端即实时综合阀位指令信号，此时A和B相等，f（x）1输出D为0，故指令E=C。由于此时DEH处于转速自动控制状态，故E跟随中调门转速调节器的运算对中调门开度进行调节。
当机组并网后汽轮机转速跟随电网频率，转速自动控制回路切除，转速调节器自动保持并网时刻的输出，而信号B取Y端即并网时刻综合阀位指令数值，即并网后B和C均为常数。之后随着升负荷的需要，在运行人员设定下逐步加大综合阀位指令A，f（x）1输出D由0逐渐加大。在此期间，转速调节器输出C已处于保持状态，中调门调节指令主要取决于综合阀位指令A与并网时刻的指令记忆值B之差。
这种控制策略的目的主要是保证机组在甩负荷、OPC动作后，快速将转速稳定在3 000 r/min附近，其控制过程为：机组甩负荷后并网信号消失，图3控制回路中信号A和B相等，故可知D=0，E=C，而因中调门转速PID输出C仍记忆机组并网时刻值，故中调门指令E将快关至机组并网前3 000 r/min稳定时的记忆值，对汽轮机转速的扰动相对最小。
1.2 旁路切除模式分析
在旁路切除模式下，转速及负荷由主汽门（阀切换前）或高调门（阀切换后及带负荷阶段）控制；中调门在挂闸后保持全开，不参与控制，只在保护动作时动作。机组除启动过程外，当并网、旁路全关后，可以选择“旁路切除”模式，相关回路见图3。这种控制方式在本机组投运后尚未采用。
2 异常问题分析及对比
由上可知，在机组并网后如果DEH始终处于旁路投入模式，转速调节器输出C为固定值，调门指令的实时变化主要是由实时的综合阀位指令与其并网时刻记忆值之差即图3中“A-B”形成。若“A-B”大于一个定值，经过f（x）1和f（x）2的修正，最终输出指令将等于100；反之则小于100，将导致中调门开度指令的下降。以下通过对机组近期2次启动的参数进行对比，分析异常问题发生的原因。
2014年11月该机组在启动过程中，并网时主汽压力10.45 MPa，综合阀位指令FDEM（图3中B）48.22%，当并网后FDEM（图3中A）逐步上升至78.2%左右时中调门全开。因为机组在正常运行工况下，一般FDEM均大于78.2%，故中调门在之后的运行过程中始终全开，未发生本次启机后的异常现象。但若在此时段内进行特殊试验或汽轮机进汽压力与负荷不平衡，需要将汽轮机综合阀位指令FDEM降至小于78.2%，在此工况下中调门同样会关闭。
2014年12月机组在启动过程中，并网参数为主汽压力5.97MPa，综合阀位指令FDEM 65.2%。中调门全开时FDEM已达到94.2%左右，即机组正常运行后，当综合阀位指令小于94.2%中调门指令就要下降，而机组在负荷300 MW以上正常参数工况时综合阀位指令一般在85%～100%，即综合阀位指令小于94.2%发生的频率较高，因此导致了后续在单/顺阀切换和AGC运行区间中调门指令波动频繁，出现了图1、图2所示异常工况。
综上所述，本次机组中调阀指令频繁波动的原因是：在DEH旁路投入模式下，机组并网时主汽压力等参数控制较低、DEH综合阀位指令FDEM相对较大，从而对并网后中调阀指令的运算产生了不利影响。
3 问题处理
本次异常主要是因为并网时DEH在旁路投入模式下并网时刻参数控制偏差较大，但由于机组已并网运行，从安全角度出发无法重置或强制DEH的有关参数，故考虑从改变机组DEH运行方式入手解决问题。
根据机组运行规程和正常运行的需要，在机组并网后，随着负荷的上升，高低旁路逐步全关，此时中调阀无需继续参与调节而应保持全开状态，故继续旁路投入模式已无必要，可将机组DEH旁路控制切换至旁路切除模式。此时4个中调门将保持全开，不受图3中A，B，C等指令分量的影响，仅在保护动作时关闭，不仅避免发生指令波动，也满足了运行规程和运行人员的安全需求。
机组并网后，将机组DEH切换至旁路切除模式，切换后机组运行正常，中调门保持全开，没有再次异常波动，机组顺利完成单/顺阀切换，切换过程中主要参数趋势如图4所示。
4 结语
通过理论分析和实例验证可以看到，中调门的自动控制需要考虑冲转、带负荷、满负荷及甩负荷等不同工况的需求。因此在机组启动阶段和带负荷运行阶段，根据冲转方式和机组参数来合理选择DEH旁路控制模式是中调门自动控制功能正常、稳定的基础，同时还应按照旁路控制模式的选择，严格控制汽轮机冲转参数，以确保机组带负荷运行及甩负荷后维持转速的安全性和准确性。
图4 “旁路切除”模式下单/顺阀切换过程部分参数趋势
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[5]霍红岩，武斌，张凌琪，等.中调门流量特性曲线对DEH控制系统的影响分析[J].内蒙古电力技术，2010（S2）∶44 -46.
（本文编辑：徐晗）
Cause Analysis and Treatment on Control Instruction Fluctuation of Medium-pressure Regulating Valve
ZHANG Xing
（East China Branch of China Datang Corporation Science and Technology Research Institute Co.，Ltd.，Hefei 230088，China）
Single valve and sequence valve can not be normally switched due to control instruction fluctuation of medium-pressure regulating valve of steam turbine after integration of 660 MW units.The paper analyzes control mechanism of medium-pressure regulating valve of steam turbine DEH（digital electro-hydraulic control system）and expounds problems of major parameter control during generating units startup by comparing the examples.The method of eliminating control instruction fluctuation of medium-pressure regulating valve through control modes switching can be reference for steam turbine turning and controlling in other power plants.
DEH；medium-pressure regulating valve；valve position instruction；bypass mode
TK37
：B
：1007-1881（2016）02-0045-03
2015-08-05
张兴（1983），男，工程师，从事发电厂热工控制策略研究及应用工作。
