NT6000 DCS系统孤网控制技术在印尼PLN South Sulawesi 2×50MW燃煤电厂的应用

1 9 NT6000 DCS 系统孤网控制技术在印尼系统孤网控制技术在印尼 PLN South Sulawesi 2 50MW 燃煤电厂的应用燃煤电厂的应用 0 引言引言 印尼是一个群岛国家 由三千多个岛屿组成 岛屿之间的电网 连接不太方便 加上受亚洲金融危机的影响 印尼电网建设相对落 后 目前印尼只有一个电网即爪哇 巴里 马都拉电网 苏门答腊岛 有一部分电站也简单联接在一起但还未构成电网 其他地区的电站 都是独立的 只能对周围地区供电 因电网品质不高 印尼新建电 厂普遍要求机组具备小岛运行功能 100 甩负荷时维持转速稳定不 跳机 1 项目概况项目概况 电厂位于印尼 South Sulawesi 岛 Barru 的 Sopengriaja 区 Burancie 村 距离 South Sulawesi 省首府 Makassar 约 90Km 地理 位置南纬 4 16 544 东经 119 36 948 印尼 PLN 国家电网 公司 投资 湖北宏源电力工程股份有限公司总包 锅炉为杭州锅 炉集团股份有限公司 2 220t h 自然循环单汽包 单炉膛 固态排 渣循环流化床锅炉 汽轮机为南京汽轮电机 集团 有限责任公司 2 50MW 高压 单缸 冲动 凝汽式汽轮机 高压旁路容量为 30 发电机为南京汽轮电机 集团 有限责任公司 2 60MW 空冷 发电机 主厂房控制系统 DCS 和汽轮机数字电液调节系统 DEH 均采用科 远公司的 NT6000 系统 两台机组于 2013 年 1 月 2 月分别完成了 2 9 的 100 甩负荷 FCB 试验 顺利移交 PLN 投入商业运行 2 FCB 过程过程 在 FCB 试验前 分别对汽轮机进行超速试验 油系统响应时间 阀门关闭速度测定 主气门严密性试验 对锅炉减负荷速率 煤量 以及各保护逻辑 旁路控制逻辑进行确认 为了保障机组运行的安 全性 防止出现 FCB 试验失败使厂用电全停 对电气快切装置进行 动态试验 在机组整套起动前对汽轮机各个阀门关闭时间进行测定 阀门 严密性试验机组空转 3000rpm 运行 汽压 汽温额定值 缓慢关闭 自动主汽门 转速逐渐下降 调门随转速下降而开大 真空正常 汽轮机转速最低降至 1000rpm 以下 试验结果合格 锅炉降负荷 FCB 试验失败多为热负荷变化过大 各参数波动达 到危险值所致 因此应尽量减小锅炉热负荷的变化区间 最初设计 未考虑 100 甩负荷 机组的旁路系统容量较小 旁路系统只能承担 30 蒸汽流量 多余的蒸汽考虑通过向空排释放 安全门不动作 75 甩 负荷试验中切除 2 台给煤机 剩余给煤机出力不变 100 甩负荷试 验时 投床上油枪运行 停所有给煤机 在床温降至 750 时 启 动 2 和 3 给煤机 用来稳住床温 如床温 650 时 温升率无回头 趋势 投油助燃 试验过程采用常规法 两台机组分别进行 断开发电机主断路 器 使机组与电网解列 通过甩去 75 及 100 额定负荷的两个阶段 试验 考核汽机调节系统动态特性 3 9 2 机组在 38MW 时进行 75 甩负荷 转速曲线如下图 转速最高 3133rpmin 最低 2966rpmin 2 机组在 50MW 时进行 100 甩负荷 转速曲线如下图 转速最高 3197rpmin 最低 2952rpmin 经过试验 机组在 100 甩负荷时 汽机调节系统 DEH 完全满足 转速 功率 频率 转速 功率 频率 4 9 试验要求 3 NT6000 孤网系统技术在孤网系统技术在 FCB 中的应用中的应用 本工程前期设计时未考虑实现 100 甩负荷工况 汽机旁路设计 仅为 30 容量 开启时间需要 30s 释放蒸汽的锅炉向空排为电动门 开启时间也较长 后期 PLN 方提出实现小岛试验 若对工艺系统例 如旁路等进行改造不现实 费用太高 只能从控制方案上进行考虑 常规的控制方案 在没有旁路的情况下 实现 100 甩负荷维持机组 稳定几乎不可能 为此科远在常规控制方案上进行软 硬件的优化 引入孤网控制技术 通过使用快速 DPU 提前动作 OPC 等手段使 DEH 系统有符合要求的静态特性 良好的稳定性和动态响应特性 确保 在 FCB 甩负荷时控制机组转速不超过 ETS 动作转速 保证汽轮机空 负荷或带厂用电正常运行 机组 FCB 甩负荷试验 脱离大网 形成单台机组实际运行的小 孤网 我们对调速系统进行分析 调速系统根据汽轮机的转速 即 小网频率 调节汽轮机的进汽调门 当电网负荷需求量减少 电网 频率升高 调速系统关小进汽调门 减少进汽量 减少汽轮机的驱 动功率 使用电网频率恢复到 50Hz 因此 电网频率恢复到 50Hz 即机组转速控制在 3000rpm 外部负载与小孤网发电量处于新的平 衡关系 试验中 设计汽机控制改进如下 1 设计引入孤网甩负荷的概念 针对并网运行和甩负荷运行对于 DEH 控制的不同要求 在 DEH 5 9 设计中引入孤网概念 当转速偏差超过一定范围时 DEH 自动进入 孤网运行状态 这种设计能够同时适应并网运行和小岛运行的要求 2 快速一次调频回路的设计 在阀门指令入口处 设计快速一次调频回路 DEH 中将与一次 调频相关的转速采样 转速三值优选 一次调频计算 调速指令输 出都设置为快速运行 运行周期小于 50ms 转速采样和模拟量输出 模块采用高速硬件 使控制周期小于 100ms 提高 DEH 一次调频的控 制速度 3 负荷控制与频率控制切换设计 并网状态下汽机 DEH 为负荷控制 在脱网进孤网甩负荷工况下 汽机负荷控制切换为频率 即汽机转速 控制 维持孤网频率在 50Hz 汽机转速在额定转速 3000rpm 4 设计甩负荷工况下负荷前馈功能 甩负荷工况下 引入机组实际负荷做转速控制前馈 实现调门 快速动作 当机组甩负荷时 根据负荷与调门阀位之间对应曲线关 系 实现快速动作调门 5 智能 OPC 设计 甩负荷过程中 根据转速飞升转速加速度 计算预估转速最高 值当预估的转速最高值高于 OPC 定值时 提前动作 OPC 由于 OPC 动作回路比调节阀动作回路要快 200ms 左右 这种设计将大大减小 转速飞升值 6 9 孤网运行下设计 OPC 动作值至 3180rpm 6 修正 DEH 甩负荷工况下转速控制调节参数 设计修改转速调节 PID 参数 加快汽机调门动作 从而使得转 速控制尽快达到设定值 避免对汽机造成大的冲击 转速设定 实际转速 转速PID 负荷需求 实际功率 汽机 发电机系统 切换逻辑 Y N 未并网 FCB甩负荷 OR 修正调节参数 负荷PID F X 前馈 汽机侧控制方案示意图 同时进一步设计锅炉侧控制方案如下 1 调门关闭 导致汽包压力迅速升高 造成虚假水位严重 主 蒸汽流量测量不准确 汽包水位上下波动很大 自动控制很难 投入 修改三冲量控制逻辑 削减主蒸汽流量前馈作用 增加 负荷指令前馈 必要时手动调节干预 2 锅炉降负荷速率在甩负荷过程中自动 100 MCRPMIN 主汽 压力设定值随负荷设定滑压运行 3 根据现场实际情况 依次停 1 和 4 给煤机 保留 2 和 3 给 煤机运行 总给煤量控制在 6 8T H 左右 必要时投入油枪 4 锅炉二次风量自动跟随锅炉主控指令快速降低 氧量自动先 行切除 维持一定风煤比 使得锅炉稳定燃烧 5 一次风量保证 CFB 锅炉流化能力 跟随锅炉主控快速降低 7 9 维持一定床温 6 调节引风机挡板位置 维持炉膛负压稳定 7 机组大旁路电动阀门根据主蒸汽压力快速调节 8 减温水控制来调节主蒸汽温度 主蒸汽压力 F x 甩负荷指令 前馈 作用 锅炉主控燃料主控 三冲量控制 依次停4 3 2 给煤机 风量指令 给水指令 甩负荷动作 快开旁路电动门 快开对空排气门 F x 床温修正 滑压 控制 锅炉控制方案示意图 软件上对控制策略进行优化的同时 对硬件进行升级 通过使 用孤网系统专用卡件和 DPU 缩短汽轮机调速装置的响应速度 转 速调节回路分为四块 转速卡 控制器 输出卡件 伺服卡件四个 部分 转速卡接收转速探头发出的电压脉冲 经过计数处理后得出 转速数值 控制器通过 I O 总线取得转速数值 经过控制运算 得 出调门开度指令 在每个控制周期 控制器通过 I O 总线将调门开 度指令写到输出卡件中 输出卡件将调门开度指令通过 4 20mA 的标 准信号 传递给伺服卡 伺服卡根据调门的开度指令和反馈 控制 油动机带动调门动作 转速卡控制器输出卡 I O总线I O总线 伺服卡 硬接线 常规 DEH 的转速控制回路图 8 9 转速卡的测量一般会有 20ms 的延时 一般 DCS 的控制周期一般 在 200ms 而输出卡件和伺服卡件的信号传递也会产生时延 一般 会有 50ms 那么整个系统的控制时延在 270ms 左右 苏拉威西汽轮 机甩负荷过程中 每秒钟的转速飞升量能够达到 300rpm 以上 因此 由于控制系统的时延 就会产生 81 转的转速飞升 为了减小 DEH 的控制周期 在 NT6000 DCS 中 我们对控制回路 的结构和各个部件都进行了优化 专门用于孤网系统 NT6000 中设 计了直接接在 I O 总线上的伺服卡 省去了输出卡的环节 改进后 的转速控制回路见下图 转速卡控制器 I O总线I O总线 伺服卡 改进后的转速控制回路图 转速卡的测量时延减少到 1ms 以内 控制器的控制周期减少到 50ms 那么整个系统的时延控制在 51ms 左右 由此产生的转速飞