论文部分内容阅读
摘要：为了满足大型汽轮机组启动运行和安全的需要，给机组配置旁路装置和切实可行的控制系统是十分必要的，文章从分析旁路控制系统的现状及存在的问题出发，提出了旁路系统纳入DCS控制的必要性，分析了旁路控制的策略，并指出旁路系统纳入DCS控制实施方法。
关键词：旁路控制系统；DCS控制；高旁压力控制；低旁压力定值曲线
中图分类号：TM621
文献标识码：A
文章编号：1009-2374(2011)22-0067-02
为了满足大型汽轮机组启动运行和安全的需要，给机组配置旁路装置和切实可行的控制系统是十分必要的，汽轮机旁路系统是指锅炉产生的蒸汽部分或全部绕过汽轮机或再热器，通过减温减压设备(旁路阀)直接排入凝汽器的系统。
一、旁路控制系统的现状及存在的问题
1．目前旁路控制系统在选型时从投资性价比的角度来来考虑经济实用且组态灵活型的控制系统，直接纳入DCS控制的较少。
2．独立旁路系统控制策略都是旁路厂家根据其控制思想，直接安装在其控制系统中，并且有些是黑匣子，电厂技术人员看不到其具体的逻辑，在系统维护及查找故障时，追溯具体原因存在困难。
3．独立控制系统在使用过程中往往存在系统老化，备件供应不足，与机组DCS控制系统通讯出现故障等问题，往往在投用一段时间后，就得进行系统的升级或改造。
二、旁路系统纳入DCS控制的必要性
目前，计算机技术的高速发展，火电厂机组控制系统得到长足的发展，DCS控制系统容量、精度、速度、规模、内容等。完全满足了机组精细控制的需要，旁路系统纳入DCS控制已经不存在系统上的障碍，所以这将必然成为一种趋势。
三、旁路系统纳入DCS控制实施方法
某厂一期工程新建两台660MW超超临界机组，三大主机均为上海制造，汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、凝汽式汽轮机，机组主要承担基本负荷，并能满足调峰运行要求，旁路容量的选取考虑满足机组启动要求，不考虑满足机组FCB功能。高旁容量为40％BMCR(一套／机组)，低旁总容量为40％BMCR＋高旁喷水量(二套／机组)。
(一)旁路设备配置
1．高压旁路：高压旁路阀，高压旁路喷水阀，高压旁路喷水隔离阀各1只。
2．低压旁路：低压旁路阀，低压旁路喷水阀，低压旁路喷水隔离阀各2只。
3．旁路容量：40％。
4．驱动装置：电动执行机构。
5．控制装置：纳入DCS控制系统。
6．机组启动方式：高中压缸联合启动。
(二)主要设计功能
1．根据机组初始状态(冷、温、热、极热态)及机组启动曲线，自动给出高低旁路压力定值曲线，并按照此压力曲线自动控制锅炉过热器和再热器出口蒸汽的压力和温度，以满足机组启动时全过程的需要。
2．机组正常运行过程中，旁路阀应当关闭，若旁路投用热备用时(旁路投入时)，一旦主汽、再热汽压力超过设计的定值时，旁路阀会自动开启，旁路掉部分蒸汽流量，以协助DCS稳定蒸汽运行压力值。
3．为防止再热汽超温，设计了高压旁路快关功能。
4．为防止凝汽器超温、超压，设计了低压旁路快关功能。
5．为防止高旁出口蒸汽带水，而设计了高旁减压阀闭锁高旁喷水阀，即先开汽阀，后开水阀的逻辑功能。
6．为防止低旁出口蒸汽超温，而设计了低旁喷水阀闭锁低旁减压阀，即先开水阀，再开汽阀的逻辑功能。
四、旁路控制策略在DCS系统实施方法
(一)高旁压力控制
高旁压力控制系统包括两个方面的内容：即压力自动调节和压力定值形成回路。压力自动调节回路是一个单冲量PI调节系统。
在定值形成回路中，最核心的元件是一个可变速率限制块。K＋、K－分别为上升、下降速率控制信号，其相关回路由不同工况下、不同速率的计算及切换等模块构成。
速率限制块上升速率控制信号K＋，在机组启动阶段与高旁阀开度有关，在机组启动完成后切换为0.5MPa／分，当压力调节器手动或设定值手动或MFT发生时切换到20.0MPa／分(最大速率)；K为下降速率控制信号，正常时为0.4MPa／分，当压力调节器手动或设定值手动时切换到20.0MPa／分。而MFT发生时切换到0，禁止设定值下降，有利于锅炉保压。在机组冷态启动过程中，高旁压力与高旁阀开度对应曲线如图1所示：
在机组冷态启动准备点火时，运行人员可先将压力设定和压力调节投入自动，此时因该定值为0，主汽压力为0，高旁阀处于全关位置。t=t。时点火，此后主汽压力开始上升，偏差值由0变正(△P=实际压力一设定值)，在PI作用下阀门开始慢慢开启。当t=t，阀门开到最小予开度(15％)时，K+信号大于0，设定值开始跟踪测量值。随着燃料的增加，设定值和压力测量值一同慢慢上升。当t=t，主汽压力升到汽机冲转压力(由启动曲线给定)时，控制回路自动转入压力定值调节模式。当t=t3时压力和温度都满足汽机冲转参数要求时，机组将冲转、3000转定速，同期并网，带初负荷，阀门开始关闭。当主开关合闸及阀门关闭时，定值回路加入一个较大的偏置，使调节器产生负偏差而减少阀门频繁操作。此后控制回路自动转入压力跟踪模式。
(二)低旁压力控制
低旁压力设定值，见图2。低旁压力控制的设定值是根据速度级压力折算出来的一根曲线经大选得到。当高旁全关后加上0.49MPa。可见低旁压力设定值最低为1.4MPa，这就是冲转时要求的压力值。某厂由于西门子超超临界机组无速度级，无法折算定值，用厂家给定函数代替。
上图为低旁压力定值曲线，图中曲线A为低旁压力定值计算值，A=K×P速度级，K=再热器出口额定压力÷速度级额定压力，压力定值曲线为A与1.4MPa大选得到(K值要按实际参数计算设定)。
低旁压力控制(见图3)，低旁压力与低旁减压阀开度对应曲线如图3所示：
在t=tn时，锅炉开始点火，运行人员将低旁压力控制切为手动，并将低旁手动打开一定开度υ。随着锅炉燃料的增加，低旁压力慢慢上升，在汽机冲转前或低旁压力达1.4MPa即t=t1时，将压力控制切为自动，进入定压控制方式，维持中压主汽门前压力为1.4MPa，满足冲转、并网、带负荷等运行要求。在t=t，时，机组并网后随着负荷增加，压力定值升高，低旁逐渐关闭。
低旁出口温度控制设计成一个随动系统，即低旁喷水阀的开度定值是低旁蒸汽阀开度加上压力、温度修正而形成的。
为了保证先开喷水阀再开蒸汽阀，在定值回路中加上的固定偏置；同时在蒸汽阀关闭后且低旁压力控制偏差小于一定值条件满足时再减去一定开度指令，使调节偏差为负值，让喷水阀全关。当低旁蒸汽阀投入自动时，低旁喷水阀应联动投入自动。
(三)旁路系统在DCS系统内硬件配置
根据DCS系统各控制器处理的容量，将旁路控制系统合理安排一个控制柜中，根据旁路系统I／O点属性，合理分配DI、DO、AI、AO及温度处理卡件。某厂将旁路系统和辅助蒸汽系统、汽机其他系统安排在一个控制器内，没有过多占用控制器处理资源，满足系统处理和控制要求。
五、结语
利用DCS系统庞大的功能，增加个别卡件，即可实现旁路系统集控控制的功能，旁路系统纳入DCS控制后，节省了旁路系统单独设置控制系统和操作台等的费用，便于运行人员的监视，减轻了运行人员操作和监视的强度，减少了检修人员维护的成本。目前，除电气专用装置如微机保护、自同期装置、发电机励磁控制装置等未纳入DCS控制外，其他大部分系统已开始纳入了DCS，未来，旁路系统纳入DCS将成工程中新的控制点。
参考文献
[1]梁庚，白焰，李文．以现场总线控制系统为基础的火电厂
主全程自动化和信息共享[J]中国电力，2004，(1)．
[2]张风登，陆文华，程卫国．现场总线与电厂综合自动化系
统集成技术[J]动力工程，2001，(3)．
[3]张鸾英，孙万云．火电厂过程控制[M]．中国电力出版社，
2000．
责任编辑 赵秀娟
关键词：旁路控制系统；DCS控制；高旁压力控制；低旁压力定值曲线
中图分类号：TM621
文献标识码：A
文章编号：1009-2374(2011)22-0067-02
为了满足大型汽轮机组启动运行和安全的需要，给机组配置旁路装置和切实可行的控制系统是十分必要的，汽轮机旁路系统是指锅炉产生的蒸汽部分或全部绕过汽轮机或再热器，通过减温减压设备(旁路阀)直接排入凝汽器的系统。
一、旁路控制系统的现状及存在的问题
1．目前旁路控制系统在选型时从投资性价比的角度来来考虑经济实用且组态灵活型的控制系统，直接纳入DCS控制的较少。
2．独立旁路系统控制策略都是旁路厂家根据其控制思想，直接安装在其控制系统中，并且有些是黑匣子，电厂技术人员看不到其具体的逻辑，在系统维护及查找故障时，追溯具体原因存在困难。
3．独立控制系统在使用过程中往往存在系统老化，备件供应不足，与机组DCS控制系统通讯出现故障等问题，往往在投用一段时间后，就得进行系统的升级或改造。
二、旁路系统纳入DCS控制的必要性
目前，计算机技术的高速发展，火电厂机组控制系统得到长足的发展，DCS控制系统容量、精度、速度、规模、内容等。完全满足了机组精细控制的需要，旁路系统纳入DCS控制已经不存在系统上的障碍，所以这将必然成为一种趋势。
三、旁路系统纳入DCS控制实施方法
某厂一期工程新建两台660MW超超临界机组，三大主机均为上海制造，汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、凝汽式汽轮机，机组主要承担基本负荷，并能满足调峰运行要求，旁路容量的选取考虑满足机组启动要求，不考虑满足机组FCB功能。高旁容量为40％BMCR(一套／机组)，低旁总容量为40％BMCR＋高旁喷水量(二套／机组)。
(一)旁路设备配置
1．高压旁路：高压旁路阀，高压旁路喷水阀，高压旁路喷水隔离阀各1只。
2．低压旁路：低压旁路阀，低压旁路喷水阀，低压旁路喷水隔离阀各2只。
3．旁路容量：40％。
4．驱动装置：电动执行机构。
5．控制装置：纳入DCS控制系统。
6．机组启动方式：高中压缸联合启动。
(二)主要设计功能
1．根据机组初始状态(冷、温、热、极热态)及机组启动曲线，自动给出高低旁路压力定值曲线，并按照此压力曲线自动控制锅炉过热器和再热器出口蒸汽的压力和温度，以满足机组启动时全过程的需要。
2．机组正常运行过程中，旁路阀应当关闭，若旁路投用热备用时(旁路投入时)，一旦主汽、再热汽压力超过设计的定值时，旁路阀会自动开启，旁路掉部分蒸汽流量，以协助DCS稳定蒸汽运行压力值。
3．为防止再热汽超温，设计了高压旁路快关功能。
4．为防止凝汽器超温、超压，设计了低压旁路快关功能。
5．为防止高旁出口蒸汽带水，而设计了高旁减压阀闭锁高旁喷水阀，即先开汽阀，后开水阀的逻辑功能。
6．为防止低旁出口蒸汽超温，而设计了低旁喷水阀闭锁低旁减压阀，即先开水阀，再开汽阀的逻辑功能。
四、旁路控制策略在DCS系统实施方法
(一)高旁压力控制
高旁压力控制系统包括两个方面的内容：即压力自动调节和压力定值形成回路。压力自动调节回路是一个单冲量PI调节系统。
在定值形成回路中，最核心的元件是一个可变速率限制块。K＋、K－分别为上升、下降速率控制信号，其相关回路由不同工况下、不同速率的计算及切换等模块构成。
速率限制块上升速率控制信号K＋，在机组启动阶段与高旁阀开度有关，在机组启动完成后切换为0.5MPa／分，当压力调节器手动或设定值手动或MFT发生时切换到20.0MPa／分(最大速率)；K为下降速率控制信号，正常时为0.4MPa／分，当压力调节器手动或设定值手动时切换到20.0MPa／分。而MFT发生时切换到0，禁止设定值下降，有利于锅炉保压。在机组冷态启动过程中，高旁压力与高旁阀开度对应曲线如图1所示：
在机组冷态启动准备点火时，运行人员可先将压力设定和压力调节投入自动，此时因该定值为0，主汽压力为0，高旁阀处于全关位置。t=t。时点火，此后主汽压力开始上升，偏差值由0变正(△P=实际压力一设定值)，在PI作用下阀门开始慢慢开启。当t=t，阀门开到最小予开度(15％)时，K+信号大于0，设定值开始跟踪测量值。随着燃料的增加，设定值和压力测量值一同慢慢上升。当t=t，主汽压力升到汽机冲转压力(由启动曲线给定)时，控制回路自动转入压力定值调节模式。当t=t3时压力和温度都满足汽机冲转参数要求时，机组将冲转、3000转定速，同期并网，带初负荷，阀门开始关闭。当主开关合闸及阀门关闭时，定值回路加入一个较大的偏置，使调节器产生负偏差而减少阀门频繁操作。此后控制回路自动转入压力跟踪模式。
(二)低旁压力控制
低旁压力设定值，见图2。低旁压力控制的设定值是根据速度级压力折算出来的一根曲线经大选得到。当高旁全关后加上0.49MPa。可见低旁压力设定值最低为1.4MPa，这就是冲转时要求的压力值。某厂由于西门子超超临界机组无速度级，无法折算定值，用厂家给定函数代替。
上图为低旁压力定值曲线，图中曲线A为低旁压力定值计算值，A=K×P速度级，K=再热器出口额定压力÷速度级额定压力，压力定值曲线为A与1.4MPa大选得到(K值要按实际参数计算设定)。
低旁压力控制(见图3)，低旁压力与低旁减压阀开度对应曲线如图3所示：
在t=tn时，锅炉开始点火，运行人员将低旁压力控制切为手动，并将低旁手动打开一定开度υ。随着锅炉燃料的增加，低旁压力慢慢上升，在汽机冲转前或低旁压力达1.4MPa即t=t1时，将压力控制切为自动，进入定压控制方式，维持中压主汽门前压力为1.4MPa，满足冲转、并网、带负荷等运行要求。在t=t，时，机组并网后随着负荷增加，压力定值升高，低旁逐渐关闭。
低旁出口温度控制设计成一个随动系统，即低旁喷水阀的开度定值是低旁蒸汽阀开度加上压力、温度修正而形成的。
为了保证先开喷水阀再开蒸汽阀，在定值回路中加上的固定偏置；同时在蒸汽阀关闭后且低旁压力控制偏差小于一定值条件满足时再减去一定开度指令，使调节偏差为负值，让喷水阀全关。当低旁蒸汽阀投入自动时，低旁喷水阀应联动投入自动。
(三)旁路系统在DCS系统内硬件配置
根据DCS系统各控制器处理的容量，将旁路控制系统合理安排一个控制柜中，根据旁路系统I／O点属性，合理分配DI、DO、AI、AO及温度处理卡件。某厂将旁路系统和辅助蒸汽系统、汽机其他系统安排在一个控制器内，没有过多占用控制器处理资源，满足系统处理和控制要求。
五、结语
利用DCS系统庞大的功能，增加个别卡件，即可实现旁路系统集控控制的功能，旁路系统纳入DCS控制后，节省了旁路系统单独设置控制系统和操作台等的费用，便于运行人员的监视，减轻了运行人员操作和监视的强度，减少了检修人员维护的成本。目前，除电气专用装置如微机保护、自同期装置、发电机励磁控制装置等未纳入DCS控制外，其他大部分系统已开始纳入了DCS，未来，旁路系统纳入DCS将成工程中新的控制点。
参考文献
[1]梁庚，白焰，李文．以现场总线控制系统为基础的火电厂
主全程自动化和信息共享[J]中国电力，2004，(1)．
[2]张风登，陆文华，程卫国．现场总线与电厂综合自动化系
统集成技术[J]动力工程，2001，(3)．
[3]张鸾英，孙万云．火电厂过程控制[M]．中国电力出版社，
2000．
责任编辑 赵秀娟