国电浙能宁东发电有限公司 宁夏 银川市 753000
摘要：现代火力发电汽轮机组因经济效益，节能减排的需求越来越向大容量、高参数方向发展，汽轮机控制策略更加复杂，特别是在变工况过程中，需要综合考虑的因素更多了，同时单机容量的增加对控制系统的稳定性，设备可靠性以及机组的自动化水平提出了更高的要求。
关键词：1000MW；超超临界；机组仿真；控制系统
引言：
随着汽轮机组越来越向大容量、高参数方向发展，其控制策略更加复杂，特别是在变工况过程过程中，需要综合控制的因素更多了，单机容量的增加对控制系统的稳定性及设备可靠性提出了更高的要求，1000MW汽轮机控制系统更是其中的重中之重。一方面参数的提高要求机组控制更加快速准确，另一方面机组的启停步骤及判断条件更加复杂，因此对1000MW汽轮机控制系统提出了全自动启停的要求，以降低人为失误造成的机组主设备的热应力冲击和故障损坏。达到提高运行的经济性和保障设备安全，实现机组节能降耗，减轻操作人员的工作强度的目的。
1轮机控制系统架构设计
1.11000MW汽轮机控制系统硬件结构设计
该类型汽轮机控制系统是以ABBSymphonyPlus分布式控制系统为基础搭建的。分散控制系统DCS是一个开放的由现场过程控制器级别和上层操作员级别共同组成的双层或多层控制网络结构，其结合了电子，计算机，通讯，先进控制技术等多种学科，目前使用已经非常普遍，其而下一步的发展方向目前看是更加开放的现场总线及无线技术。DEH．y-期均为通用控制系统其不对外开放，随着DCS系统应用的日渐广泛，汽轮机控制系统也根据市场需求逐渐由专用DEH向通用型DEH转变。另一方面DEH作为整个电厂分散控制系统的一部分，与DCS紧密的结合在提高电厂的整体自动化水平，方便维护等方面的优点也越来越为人们所重视。
1.21000MW汽轮机组控制系统组成
上海汽轮机有限公司生产制造的百万千瓦超超临界汽轮机其控制系统由四个子系统组成分别是：汽轮机安全保护系统，汽轮机闭环控制系统，汽轮机自启动控制系统，汽机油泵风机．每个子系统含有一对独立的控制器及其输入输出卡件分别完成其所分配的控制任务，彼此协调工作实现机组的启动、运行、保护等任务。
（1）汽轮机保安保护系统设计
汽轮机保护系统通常称之为ETS它主要负责机组运行的安全，当出现危险工况时能够及时遮断汽机，是汽轮机中最重要的组成部分之一，关系着汽轮机组的安全与否。如国产引进性西屋技术300MW和600MW汽轮机组配有103％和110％保护以及与其对应的OPC电磁阀和跳闸四取二液压遮断模块。还有如引进型日立型机组所配置的PLU保护其通过检测发电机电流和中排压力来作为判断机组甩负荷的条件防止机组超速，还有如GE技术机组的IV，CIV，RSPLU等保护功能。
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（2）基本控制
汽轮机基本控制部分具体功能为通过汽轮机控制阀调整进入汽轮机的蒸汽流量，实现转速、负荷和机前压力的自动控制。BTC部分是汽机控制的核心部分。BTC部分主要完成汽轮机的转速、负荷、压力控制以及高排温度和高压叶片温度等闭环控制，另外还包括指令生成器、阀位限制器、TAB限制器等。控制逻辑通过运算并结合当前工况综合判断后输出指令实现机组的转速、负荷、压力调节以及试验功能。超超临界汽轮机共六个转速信号进入汽轮机控制系统，首先在ETS系统中参与三取二超速保护保护，然后转接到BTC部分参与转速调节控制，BTC部分实现了六个转速信号的实时监测以及选择，方便了转速问题的处理。
（3）自启动控制
自启动控制部分主要完成的功能为，一是检测、监视汽机主要温度点功能，并根据测量的汽轮机内缸温度来执行应力计算程序，用于汽机监视及控制完成暖机检查和转速、负荷的自动速率生成，二是完成顺序功能程序如自动启停机，自动阀门活动实验顺序控制等。
（4）辅助系统
汽轮机辅助系统主要完成汽机各辅机的控制任务，如润滑油部分，轴封部分。并配合汽机启动停止步序完成如油泵检查SGC，以及辅机系统功各个功能子组的顺控执行逻辑等。为适应机组自启动的需求需要对辅助设备进行顺序控制，采取功能组联锁单个设备的功能子组的方式根据机组运行规程顺序启动相应辅助设备来配合主机完成启动步骤。
2轮机控制系统的仿真与优化
2.1转速负荷控制器仿真
当汽轮机组的蒸汽参数满足要求，且各辅助设备状态正常后运行人员通过点击启动程控命令，控制系统会自动发出汽机升速信号。此时汽机控制的转速调节闭环开始工作完成机组升速的整个过程。汽机升速阶在360RPM时汽机会有一个低速暖机断点，当机组条件满足要求时，操作员确认后可以选择释放转速那么机组会以600RPM每分钟的升速率加速到3009RPM，升速的过程当中升速监测器会时刻监视汽轮机的实际升速率，如监测到当前升速率小于108RPM每分时时触发放弃启动指令自启动将停止，转速堕走。机组到达同步转速后接受来自同期装置的转速增命令，在内部转速闭环的控制下调整机组频率配合完成机组并网功能。
2.2压力控制器仿真
压力控制器的作用分为两个方面一个是在机组运行的整个过程当中限压模式始终起作用，其功能为当实际的汽前压力小于设定压力值时压力限制器动作关小高压调节汽门来维持机前压力。另一个是机组并网已经带负荷时如此时机组处于压力协调方式下，压力回路接受来自机炉主控的压力指令完成遥控压力控制。仿真过程为改变压力设定值观察调节汽门的动作准确性，
2.3高压叶片压力控制器仿真
在汽机起动的初期为了避免汽机压力过高需要对高压叶片处压力进行限制，具体过程为关小高压调节汽门。机组为维持转速会相应增大中压调节汽门的开度，该功能当机组转速大于400RPM后自动退出，各调节汽门开度受流量指令的直接控制恢复正常。
2.4高排温度控制器仿真
高压缸通流量小时叶片会鼓风发热排汽温度会升高，排汽温度的升高会对高压叶片特别是末级叶片造成损坏。因此当高压缸排汽温度高于设定值时相应的关小中压调节汽阀的开度，这势必会造成负荷的降低与此同时开大高压调门增加蒸汽流量来补偿降低的负荷，高压缸通流量增加叶片温度降低。
2.5甩负荷功能优化及实验
汽轮机组甩负荷试验是衡量控制系统性能的一个重要实验，机组从大网解列后为缩短转速稳定时间，保证汽轮机安全，需要具有良好的甩负荷功能。机组甩负荷后需要调节汽阀快速关闭，整个过程蒸汽做功能量分为两个部分，第一部分为从关闭指令发出到油动机开始关闭的动作滞后时间内残存在高中低压缸内的蒸汽总量所做的功，以及油动机从全开到完全关闭过程当中进入到汽轮机蒸汽能量所做的功两者相加即为甩负荷期间推动转速飞升的能量，当然这个过程当中有微小的摩擦转矩作用但对整个过程而言可忽略。两个时间段内流入的蒸汽流量越少那么超速值就会越小，因此通常希望它们越小越好。
结束语：
本文从1000MW汽轮机控制保护系统的分析和设计入手，首先建立了系统的数学模型，并对其进行了仿真实验。并根据具体实施的1000MW汽轮机控制系统项目的基本组成和主要功能特点，完成了对各控制保护回路的功能和特性分析运用编程语言完成控制系统逻辑方案的设计。通过在基于实际项目的汽机控制平台上连接电子和液压设备进行了模拟工程仿真，验证了逻辑的正确性。通过对百万千瓦机组甩负荷，及机组阀门伺服控制特点的分析，对其进行了优化，并取得了很好的效果。
参考文献：
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[2]栾义,张野虎,邱云峰.1000MW机组高压加热器配置方案浅析[J].科技信息.2015(35)
[3]张杰,张于平,郑渭建.1000MW超超临界燃煤机组协调控制策略优化[J].浙江电力.2016(09)
论文作者:刘敏,吴鹏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/18
标签：机组论文; 汽轮机论文; 控制系统论文; 汽机论文; 转速论文; 负荷论文; 压力论文; 《防护工程》2018年第31期论文;