M701D燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)功率控制邏輯優(yōu)化

趙軍華

(江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇常州　213011)

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M701D燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)功率控制邏輯優(yōu)化

趙軍華

(江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇常州213011)

摘要:針對一起M701D型燃?xì)廨啓C(jī)跳機(jī)事故，通過理論計(jì)算及分析，得出跳機(jī)原因?yàn)殡妷夯ジ衅?PT)實(shí)際接線與圖紙不符、燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)(TCS)功率控制邏輯混亂，采取了重新接線、增加功率控制器并優(yōu)化TCS“三取中”控制邏輯的改進(jìn)措施。改進(jìn)后的實(shí)際應(yīng)用表明，各功率變送器與TCS內(nèi)對應(yīng)通道及采用值一致，PT一相或三相熔絲熔斷的情況下，TCS邏輯計(jì)算準(zhǔn)確，有效提高了控制系統(tǒng)抗二次設(shè)備和回路故障的能力。

關(guān)鍵詞:燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng);跳機(jī);電壓互感器;功率變送器;接線;功率控制邏輯;優(yōu)化

1　機(jī)組概況

江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司2套E級燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組是由東方電氣集團(tuán)引進(jìn)日本三菱燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)生產(chǎn)的E級燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，為分軸式的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。機(jī)組配套的燃?xì)廨啓C(jī)為三菱M701D型燃?xì)廨啓C(jī)，為國內(nèi)首臺商用的三菱E級燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)為東方電機(jī)有限公司設(shè)計(jì)制造的QFR－165－2－15.75型空冷發(fā)電機(jī)，采用自并勵靜止勵磁方式，勵磁變壓器電源取自發(fā)電機(jī)出口，并采用廠用電380 V交流電源作為發(fā)電機(jī)的啟勵電源，額定轉(zhuǎn)速為3000 r/min，額定功率因數(shù)為0.85，額定功率為150 MW。

該機(jī)組的控制系統(tǒng)配置中，燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)(TCS)采用三菱重工的DIASYS Netmation控制系統(tǒng)，汽輪機(jī)控制系統(tǒng)、余熱鍋爐控制系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)、公用系統(tǒng)控制系統(tǒng)則采用北京ABB電氣傳動系統(tǒng)有限公司的Symphony控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示(圖中: HIS為歷史數(shù)據(jù)站; SIS為廠級實(shí)時監(jiān)控信息系統(tǒng); HRSG為余熱鍋爐; TB為汽輪機(jī); ECS為電氣控制系統(tǒng); DEH為汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng); ETS為汽輪機(jī)危急遮斷系統(tǒng); TSI為汽輪機(jī)安全監(jiān)視系統(tǒng))。

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)出口共設(shè)有2組電壓互感器(PT) 1YH，2YH，分別供機(jī)組的保護(hù)、測量及調(diào)節(jié)控制用。在發(fā)電機(jī)輔助柜上設(shè)置有3組功率變送器，其功率信號(4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)信號)送入TCS，TCS采用“三取中”的控制邏輯后參與燃燒調(diào)整計(jì)算和自動功率調(diào)節(jié)。

2　跳機(jī)情況

2012年7月22日，機(jī)組正常運(yùn)行，燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷87 MW，汽輪機(jī)負(fù)荷49 MW，燃?xì)廨啓C(jī)處于負(fù)荷自動控制方式運(yùn)行，發(fā)電機(jī)勵磁為A柜運(yùn)行B柜跟蹤方式。00: 31: 00，燃?xì)廨啓C(jī)TCS畫面出現(xiàn)“GT PT FAILURE”“GT AC POWER SUPPLY FAILURE”報(bào)警信號。根據(jù)報(bào)警信號，運(yùn)行人員有針對性地對發(fā)電機(jī)出口電壓回路進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)出口PT (1YH)次級B相無電壓，A，C相電壓正常，2YH次級三相電壓均正常。檢查燃?xì)廨啓C(jī)TCS畫面上燃?xì)廨啓C(jī)有功負(fù)荷87 MW不變，但電量采集系統(tǒng)中燃?xì)廨啓C(jī)有功負(fù)荷降至55 MW，存在不對應(yīng)情況。檢查發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)屏，發(fā)現(xiàn)保護(hù)A柜和保護(hù)B柜內(nèi)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置均在各自的保護(hù)裝置面板上發(fā)出了機(jī)端PT斷線信號。查看2套發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)的采樣值后發(fā)現(xiàn)，B相電壓均為0，A，C相電壓均為正常值。

由以上分析可以確定，報(bào)警故障原因?yàn)榘l(fā)電機(jī)B相一組PT(1YH)本體熔絲熔斷或開路。于是運(yùn)行人員按更換PT熔絲的常規(guī)操作程序進(jìn)行處理，但當(dāng)運(yùn)行操作人員退出1YH的B相小車時，TCS上燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷從87 MW突降至57 MW，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉(IGV)開度從22％變?yōu)?，旁通閥(BPV)開度從27.5％增加到53.2％。隨后，燃?xì)廨啓C(jī)燃燒壓力波動MID2段報(bào)警并跳機(jī)。跳機(jī)時的發(fā)電機(jī)負(fù)荷、IGV開度、BPV開度及壓力曲線如圖2所示。

圖1　機(jī)組DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖2　跳機(jī)時的IGV開度、發(fā)電機(jī)負(fù)荷、BPV開度及燃燒壓力波動曲線

3　原因分析

跳機(jī)后對設(shè)備圖紙、TCS功率控制邏輯及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并對現(xiàn)場接線進(jìn)行核查，確定了跳機(jī)原因:由于PT實(shí)際接線與圖紙不符，致使運(yùn)行操作人員將正常的PT停用，進(jìn)而造成TCS接收到的功率值與機(jī)組實(shí)際功率值不符;同時，由于TCS功率邏輯回路存在設(shè)計(jì)不合理的情況，造成TCS功率控制失效，最終燃?xì)廨啓C(jī)因燃燒壓力值超定值而跳機(jī)。具體分析過程如下。

(1)電壓回路存在的問題。PT熔絲發(fā)生一相或兩相熔斷，必將引起二次電壓的變化，因此，首先分析PT熔絲熔斷(以C相熔斷為例)后發(fā)電機(jī)功率變送器(三相四線制)功率值的變化是否符合理論分析值。由圖3、圖4可以計(jì)算得

設(shè)各負(fù)載值相等，則

故Uab=100 V，Uca= Ubc=50 V。

同理，可以得到A相、B相熔絲熔斷時各相電壓及線電壓，見表1。

表1　PT各相熔絲熔斷時的各相電壓及線電壓　V

圖3　電壓互感器二次帶負(fù)載接線

圖4　C相熔斷器熔斷電路

從以上計(jì)算分析可知，1YH的B相熔絲熔斷后，如果3只功率變送器都按設(shè)計(jì)圖紙接在1YH上，則應(yīng)該有2只功率變送器的功率值降至原來的2/3，即從87 MW降至58MW。由于TCS功率控制采用“三取中”邏輯，因此，此時TCS的功率信號值應(yīng)取87，58，58 MW的中值，即58 MW;但根據(jù)前面的跳機(jī)情況可知，TCS有報(bào)警信號時，燃?xì)廨啓C(jī)功率值并沒有發(fā)生變化，仍為87 MW。據(jù)此可以判斷，功率變送器的電壓值并不是按圖紙要求取至1YH，而是來自另外一組PT(2YH)，而電量采集系統(tǒng)的電壓取自1YH(由于1YH熔絲熔斷，故采集到的功率下降了1/3，即為58 MW左右，與實(shí)際情況一致)。

后經(jīng)反復(fù)核對，找到了問題的原因: PT制造廠家供貨圖紙與設(shè)計(jì)院圖紙對2組PT的編號存在習(xí)慣性差異，導(dǎo)致2組PT一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)命名混淆，PT本體柜KKS編碼標(biāo)注的“PT(1YH)”與PT端子箱二次回路標(biāo)注的“1YH”不對應(yīng)，即PT本體1YH標(biāo)簽(KKS編碼)對應(yīng)端子箱2YH二次回路及空氣開關(guān)標(biāo)志，導(dǎo)致運(yùn)行人員拉開本體標(biāo)簽為1YH 的B相二次插頭時，實(shí)際是斷開了端子箱2YH的B相二次回路。

(2) TCS功率邏輯外圍回路存在的問題。根據(jù)電氣運(yùn)行的常規(guī)操作規(guī)程，PT熔絲熔斷時允許停用PT進(jìn)行熔絲更換工作，只要做好必要的措施，不會對機(jī)組的正常運(yùn)行造成影響，更不可能發(fā)生跳機(jī)。在前面分析的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析可知，由于設(shè)計(jì)院將TCS所用的3個有功變送器均接至同一PT(1YH 或2YH)，因此，當(dāng)運(yùn)行人員按常規(guī)斷開或停用對應(yīng)PT時，必然造成至少2只有功變送器輸出值下降為原來值的2/3(此時燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)的實(shí)際功率并沒有變化) ;由于TCS的有功信號采用“三取中”邏輯，此時TCS接收到的是2/3實(shí)際值的虛假功率信號，燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)就會以為燃?xì)廨啓C(jī)功率下降而增加燃料量;增加燃料量后，燃?xì)廨啓C(jī)壓力波動值等參數(shù)又會要求減少燃料量，這就造成TCS內(nèi)部控制邏輯的混亂，引起燃料閥門大幅波動，最終造成燃燒壓力波動值超過設(shè)定值而跳機(jī)。

4　改進(jìn)措施

根據(jù)以上分析，江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司將發(fā)電機(jī)2組PT本體及其他相關(guān)二次回路接線按設(shè)計(jì)院圖紙重新進(jìn)行了安裝接線，保證了圖紙與現(xiàn)場的一致性;同時，對相關(guān)回路及邏輯進(jìn)行了以下改進(jìn)和優(yōu)化。

(1)功率變送器由原來的3個增加為4個，并將4個功率變送器分成2組分別接入不同的PT:#1，#3變送器接入1YH，#2，#4變送器接入2YH。

(2)對“三取中”控制邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，將#3，#4功率變送器信號先取高，然后再與#1，#2功率變送器的信號取中。通過優(yōu)化，避免了原設(shè)計(jì)中當(dāng)任意一個PT出現(xiàn)斷相就會使TCS接收到虛假功率信號的弊端，確保TCS功率控制不會因?yàn)镻T一相熔斷器熔斷而受到影響;同時，還新增了一路110 V直流電源供#2，#4變送器用，#1，#3變送器直流電源仍用原來的110 V電源，有效提高了變送器直流電源供電的可靠性。

修改后的功率變送器原理接線圖如圖5所示，TCS中發(fā)電機(jī)有功功率計(jì)算邏輯框圖如圖6所示。

圖5　修改后的功率變送器接線原理

圖6　TCS中發(fā)電機(jī)有功功率計(jì)算邏輯

5　改進(jìn)效果驗(yàn)證

按上述圖紙對PT回路及變送器回路進(jìn)行改造，并對TCS的功率調(diào)節(jié)邏輯組態(tài)進(jìn)行改進(jìn)后，對功率信號回路和采集通道進(jìn)行了靜態(tài)校驗(yàn)，驗(yàn)證了各有功變送器與TCS內(nèi)對應(yīng)通道及采用值的一致性。在此基礎(chǔ)上，還模擬了發(fā)電機(jī)2組出口PT(1YH，2YH)一相或三相熔絲熔斷情況下TCS邏輯計(jì)算功能的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)條件為發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷正常運(yùn)行，1YH，2YH同時帶100V，CT二次3.7A二相式，測試回路通道發(fā)生異常時各通道顯示的有功一次值。模擬試驗(yàn)表明，經(jīng)以上改進(jìn)后，除1YH，2YH同時斷一相時TCS邏輯合成計(jì)算輸出結(jié)果會受到影響外(輸出值降為正常值的一半)，其余情況下輸出均未受影響。試驗(yàn)表明，本文所提出的改進(jìn)方案使控制系統(tǒng)抗二次設(shè)備和回路故障的能力得到了極大提高，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2　TCS記錄的各有功變送器有功輸出采樣值　MW

如要進(jìn)一步提升可靠性，可以考慮再增加1只功率變送器，如#5功率變送器。運(yùn)算邏輯考慮如下:對#1，#2功率變送器信號“取高”，#3和#4功率變送器信號“取高”，將取高后得到的2個輸出信號再與#5功率變送器的輸出信號“三取中”作為TCS邏輯合成計(jì)算結(jié)果。

6　結(jié)論

燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)即使已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行多年，也不能就此認(rèn)為系統(tǒng)已盡善盡美，不存在需要完善和改進(jìn)之處。尤其是一些外圍關(guān)鍵信號回路和邏輯回路的設(shè)計(jì)，有可能存在不太合理的情況，需要引起充分的關(guān)注，并結(jié)合實(shí)際情況及時予以修改完善。

(本文責(zé)編:劉芳)

趙軍華(1966—)，男，江蘇溧陽人，高級工程師，大型燃?xì)廨啓C(jī)電廠技術(shù)主管，從事燃?xì)廨啓C(jī)電廠技術(shù)管理工作(E-mail: zjhcom66@126.com)。

作者簡介:

收稿日期:2015－07－21;修回日期:2015－11－10

中圖分類號:TM 621.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B

文章編號:1674－1951(2016)01－0018－04