600MW机组DEH阀门切换汽机转速波动大原因分析及处理(原始)

600MW机组阀门切换汽机转速波动大原因分析及解决朱亚清（广东省电力试验研究所，广东广州510600）摘要本文对湛江奥里油发电厂600MW机组汽轮机数字电液控制系统（DEH）进行阀门切换时汽轮机转速波动大的原因进行了分析，并采用改进控制逻辑的方法解决了转速波动大的问题。关键词汽轮机数字电液控制系统（DEH）；主汽门；调门；阀门切换；汽机转速。CAUSESANALYSISONTURBINESPEEDFLUCTUATIONOFVALVECONVERSIONIN600MWGENERATIONUNITANDSOLVINGWAYZHUYa-Qing(GuangdongPowerTest&ResearchInstitute,Guangzhou,Guangdong,510600,China)ABSTRACTTheanalysesofsteamturbinespeedfluctuationinvalveconversionofDEHcontrolsystemin600MWGenerationUnitofZhanJiangOrimulsionPowerPlantarebeingelucidated,andthefluctuationofsteamturbinespeedarebeingremovedbyimprovingthecontrollogic.KEYWORDSTurbinedigitalelectro-hydrauliccontrolsystem（DEH）；THROTTLESTEAMVALVE（TV）；GOVERNORVALVE（GV）;CONVERSIONOFVALVE;SteamTurbineSpeed.湛江奥里油发电厂两台600MW机组，汽轮机采用哈尔滨汽轮机厂制造的亚临界、中间再热、单轴、四缸四排汽凝汽式汽轮机，型号为N600-16.7/537/537，汽轮机控制系统采用哈尔滨汽轮机厂配套的由ABBBAILEY公司的SYMPHONYDCS控制系统组成的高压抗燃油纯电调数字电液控制系统（TurbineDigitalElectro-hydraulicControlSystem简称DEH）。1号机组在调试期间第一次整套启动时，发现汽轮机的转速在DEH进行阀门切换过程中波动较大（波动高达110r/min），DEH转速控制无法满足要求。后来通过对DEH阀门切换逻辑进行分析，找出汽轮机转速波动的原因，成功解决了这个问题，使汽轮机转速在DEH进行阀门切换过程中非常稳定，转速波动不超过5r/min。哈尔滨汽轮机厂提供的这种DEH已有很多的用户，成功解决这个问题具有很大的参考价值。1DEH阀门切换逻辑分析1.1阀门切换过程分析DEH升速过程采用主汽门（TV）控制，当升速到2950r/min时，进行阀门切换，由主汽门控制切换为高压调门（GV）控制，最后定速3000r/min，DEH的阀门切换逻辑如图1所示。当汽机升速到达2950r/min时，R-S功能块M05被触发置位，发出一个“TV/GVXFERHOLD”指令，停止升速，等待阀门切换。阀门切换指令由运行人员操作“RCM”（RemoteControlMemory）模块发出或由APS（AUTOMATICPLANTCONTROLSYSTEM）系统发出，阀门切换过程如下：a)阀门切换指令发出后，产生一个1秒的脉冲信号“TV/GVJUSTXFER”，其动作如下：①触发R-S功能块M01置位，使GV1~4控制指令变化速率限制起作用；②触发R-S功能块M02置位，产生“TV/GVXFERPIDTRACK”信号使转速控制器PID的输出跟踪“REFERENCE”信号，其结果是转速控制器PID的输出保持当前值不变。b)阀门切换指令发出后，同时还产生“TV/GVXFER”信号，其动作如下：①GV1~4的控制指令由100%切换为“GVSINGALREF”指令信号控制，由于速率的限制，GV1~4的控制指令“GV1~GV4POSITIONDEMAND”不会立即由“GVSINGALREF”指令信号控制，而是以一定的速率慢慢向“GVSINGALREF”指令信号靠近；②使“TVREFERENCE”信号保持当前值不变；③转速控制器PID的控制参数由TV组切换到GV组；④记忆切换开始时刻的转速值。c)当“GV1~GV4POSITIONDEMAND”控制信号靠近到“GVSINGLEREF”指令信号时（偏差在±0.5%内），或汽机转速比阀门切换开始时刻的转速值低15r/min时，此时动作如下：①复位R-S功能块M01，使GV1~4控制指令速率不受限制，此时GV1~4的控制指令由“GVSINGALREF”信号控制；②触发R-S功能块M03置位，产生“TVXFEROPEN”信号。d)“TVXFEROPEN”信号动作如下：①复位R-S功能块M02，“TV/GVXFERPIDTRACK”信号消失，此时转速PID由跟踪状态转为正常控制状态，转速闭环控制起作用；②触发R-S功能块M04置位，TV指令变化速率限制起作用；③“TVREFERENCE”信号切换为100%，由于速率限制的作用，TV1、TV2以一定速率慢慢开大。e)当TV1、TV2的控制指令开大到100%时，TV1、TV2已全开，汽机转速控制完全切换到GV控制，此时阀门切换已经完成，R-S功能块M05被复位，“TV/GVXFERHOLD”指令消失，DEH可继续升速到3000r/min。以上的阀门切换过程简单地总结为：升速到2950r/min时等待阀门切换（转速强制HOLD）→阀门切换指令发出→TVREFERENCE、转速控制器PID输出保持→GV慢慢关小→GV关小到“GVSINGLEREF”指令值→转速控制器PID释放→转速由GV控制→TV慢慢开大→TV开大到100%→阀门切换完成→释放转速的HOLD。SRRCMSPR&APSTVTRANSFERTOGVCMD(机组自启停系统来阀切换指令)APSON（机组自启停方式）H//L&GVOPEN(高压调门全开)HLSPEEDSETPOINT(转速设定值)TVOPEN(主汽门全开)SRTV/GVJUSTXFER(阀门切换刚开始)NOTGVXFERH=2950L=2952&SR≥H//LLH=0L=-15HTTURBINESPEED(汽机转速)+-OFFONTVXFEROPENTV/TVXFERPIDTRACK阀门切换PID输出跟踪APIDSPPVTRTSNOTORTRACKINGMANUAL(手动方式)BREAKCLOSE(已并网)OPC(超速保护动作)TRIP(汽机已跳闸)KpKiKpKiTOFFONTOFFONADAPTKp(适配Kp)ADAPTKi(适配Ki)TV组PID参数GV组PID参数TOFFONCOLOADREFERENCE(负荷参考)BREAKERCLOSE(已并网)a)F(X)F(X)REFERENCE(阀位参考)TOFFONTOFFON100TVREF主汽门阀位参考SRSRH=-0.5L=+0.5H//LH=-0.5L=+0.5+--+TOFFON0改进后新增部分SRH//LENABLEGV1~GV4POSITIONDEMANDENABLETV1、TV2POSITIONDEMANDM02M01b)TV/GVXFERTOFFONM03c)M04d)e)M05GVSINGALREF单阀阀门参考指令TV1、TV2阀位开度指令GV1~GV4阀门开度指令阀门切换调门全开TV/GVXFERHOLD(阀门切换请求保持)阀位切换阀门切换打开主汽门TV/GVXFER(主汽门/调门切换)跟踪图1DEH阀门切换逻辑原理图（APID的TS为逻辑“0”时跟踪）1.2阀门切换过程中转速波动大原因分析机组在第一次整套启动时，DEH进行阀门切换过程中，汽机转速控制不稳定，最高转速达到了3060r/min，阀门切换控制曲线如图2所示。DEH厂家初步分析认为阀门切换过程汽机转速波动大的原因是TV与GV的开起和关闭速率配合不好造成的。按照DEH出厂的原设置，TV的开起速率为0.9%/秒，GV的关闭速率为5%/秒。在进行切换过程中汽机转速是升高了，若是TV与GV的开起和关闭速率配合不好造成的，则可将TV开起速率再调慢些，GV关闭速率调快些，以减少汽机的进汽量。我们将TV开起速率调整为0.3%/秒，GV关闭速率调整为30%/秒，再次进行阀门切换时，汽机实际转速只升高了30r/min左右。若要继续减少汽机转速的波动，可继续降慢TV的开起速率，但0.3%/秒的开起速率已很慢了，造成阀门切换过程过长。可见，单纯通过调整TV和GV的速率并不是最好的解决方法。如图2所示，阀门切换开始后，GV降低小到45%左右的位置时，TV开始开大，在TV开大过程中，汽机转速开始升高，造成GV在转速调节的作用下继续关小最后到达全关位置，GV全关后汽机转速下降，GV在转速调节的作用下开大到10%左右时汽机转速恢复到原来的值并稳定，此时TV仍在继续开大，最后到达全开位置，阀门切换完成。汽机转速是在TV开大的过程中升高的，造成转速升高的原因是在TV开大过程中致使汽机进汽量增大。在TV开始开启的时刻，DEH已进入GV转速闭环调节，转速的升高会使GV关小以减少进汽量，抑制转速的进一步上升。从实际效果来看，GV的关小仍未有效抑制转速的上升，其中的原因有：一是TV开大的速率太快，造成GV的调节无法跟踪上来，以使进汽量增加造成转速上升过多。在实际调整过程中我们已经将TV开大速率减小到0.3%/min，转速仍有30r/min左右的上升，所以引起转速上升过多不单是由于TV开大速率过大造成。二是GV的调节PID参数整定不够理想，造成调节品质差，引起转速波动大。从实际调节效果来看，切换到GV控制后，转速控制品质很好，偏差在1r/min内，满足要求。三是在TV开始开大的时刻，GV的开度处于很大的位置，TV开大后GV需要很长时间才能关小到减少蒸汽的位置，在此过程中汽机过多地进汽造成转速升高。从实际效果来看，TV开始开大时刻，GV开度为45%左右，GV花了很长的时间才关闭到0%，此时转速已升高了很多。最后转速回复原值稳定后，GV开度约为10%左右。可见，造成转速升高过多就是由此造成的。t1231-汽机转速2-TV1POSITIONDEMAND3-GV1POSITIONDEMANDt1231-汽机转速2-TV1POSITIONDEMAND3-GV1POSITIONDEMAND图2改进前阀门切换过程曲线示意图图3改进后阀门切换过程曲线示意图2DEH阀门切换的改进要防止阀门切换过程中转速升高过多，必须使GV在TV开始开大的时刻有较小的开度，考虑到阀门切换过程中宁可让转速下降也不要让转速上升，因此，对阀门逻辑进行改动，使TV开始开大时刻GV的开度为0%。图1中阴影部分的逻辑为改进后新增，切换开始后，“TV/GVXFERPIDTRACK”信号使“REFERENCE”信号切换为0%，转控制控制器PID的输出为0%而不是原来的保持原值不变，而“REFERENCE”信号使“GVSINGLEREF”信号也为0%。所以，必须等到GV全关后，TV才开始开大，有效地防了汽机进汽的增加。为了减少转速由于进汽量减少而降低太多，将GV的关闭速率增大为30%/min，TV的开大速率增大为20%/min。这样在阀门切换开始后，GV在3秒多就能全关，接着TV在5秒左右就能全开，这么快的速度不会对汽机转速造成太大影响。GV全关后，汽机转速下降，在转速调节PID的作用下，GV很快就开大，此时TV开度已很大，汽机进汽量在2~3秒的时间内就能恢复到原值，所以汽机转速下降不会太大，很快就回升到原值并稳定。从实际运行来看，汽机转速在阀门切换过程中仅仅是下降了5r/min左右就回升到原值并稳定，如图3所示。3改进后效果经逻辑改进后，在机组的各次启动中，汽轮机转速在DEH进行阀门切换过程中非常稳定，转速波动不超过5r/min，满足了DEH汽轮机转速控制的要求，大大提高了DEH的安全可靠性。作者简介：朱亚清(1975—)，男，广东电白人，热工自动化工程师，工学学士