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国产200MW单元机组协调控制系统的设计与实现

张景光  
【摘要】:热力发电机组由汽轮机、锅炉和发电机三大主设备和其它辅助设备组成,其自动控制系统包含一些子系统,这些子系统有各自的调节手段和调节对象,是相对独立的,但对于整个机组来讲,它们又是相互关联,相互影响的,并具有强耦合、大迟延、非线性等特点。因此在适应电网负荷的变化要求时,可设计一种系统,根据机组主要参数的偏差,协调好各子系统的控制作用,以确保机组的安全稳定运行,这样的系统就是单元机组的协调控制系统。 单元机组协调控制技术的发展是伴随着大容量单元机组的投产和计算机控制技术的发展而发展起来的,特别是分散控制系统的发展,为单元机组实现协调控制提供了强大的技术支持。从90年代初期,协调控制系统在我国少量的进口机组上进行应用,整体控制策略全部是引进的技术。到了90年代末期,协调控制开始在我国200MW以上机组进行大范围的应用,但由于受到电力发展总体水平的制约,协调控制系统在大部分电厂应用的情况还不理想,功能还不是很完善,还存在一些问题,需要不断的完善和提高。 单元机组协调控制系统的主要作用是,在接收中心调度或值班员负荷指令后,协调好锅炉、汽轮机、发电机的运行和内部各控制子系统的控制作用,采取某些技术措施,使机组主要运行参数接近最大工况曲线运行,并始终控制在最大许可范围内,提高系统响应速度,保证机组能有较高的运行效率和安全性,使机组适应电网负荷变化的需求。同时,还要协调好负荷指令与机组主/辅设备实际能力关系,在机组主/辅设备能力受到限制的异常情况下,可以根据实际情况,限制或者强迫改变机组负荷,达到协调控制系统的联锁保护功能。 因此,协调控制系统的研制开发有助于提高单元机组的自动化控制水平,提高机组对负荷变化的适应能力,完善机组故障状态下的紧急处理手段,减少了运行人员的操作,减轻了运行人员的劳动强度,因而提高了单元机组的安全性、经济性,同时也为单元机组实现AGC控制提高了前提和保证 单元机组协调控制系统有四种运行方式,既协调控制方式、机基本方式、 WP=83 炉基本的方式、手动方式,各种方式之间的相互切换均应做到无扰动。其中,机基本的工作原理是:由汽机控制器接收实际负荷指令来控制机组负荷,由锅炉控制器接收压力设定来控制主蒸汽压力。炉基本的工作原理是:由锅炉控制器接收实际负荷指令来控制机组负荷,由汽机控制器接收压力设定来控制主蒸汽压力。协调控制方式的工作原理是:实际负荷指令和压力指令同时送到汽机控制器和锅炉控制器,然后由汽机调节器改变汽机调节阀的开度,由锅炉调节器改变燃料量,从而改变蒸汽量,来共同满足电网负荷指令和压力指令的要求。手动控制方式是指将汽机控制器和锅炉控制器均置为手动方式,由运行值班员手动控制,当汽机和锅炉发生故障时或控制系统出现故障时一般采用这种方式。 长春第二热电有限责任公司1号机组是由哈尔滨三大动力厂生产的200MW双抽供热机组,采用单元控制的方式,为了提高机组的自动化控制水平,实现机组的协调控制和自动发电控制,公司决定设计开发一套200MW单元机组协调控制系统。 系统设计开发以及本文讨论的主要内容包括:单元机组的数学模型;协调系统的结构、功能的设计与实现;AGC指令的接收、保持、处理;负荷指令处理回路的设计和实现;炉主控器的设计与实现;燃烧控制回路的扰动分析和设计实现;机组最大可能出力运算回路的设计和实现;协调控制系统与电调系统的通信接口和硬接线接口的设计和实现;系统上位机键盘逻辑的设计与实现等。 在系统的设计和开发过程中,借鉴了直接能量平衡的方法,并在炉主控器和燃料控制回路进行了创造性的应用,经试验证明效果良好,符合国产机组的实际需要。在协调系统和AGC、DEH装置接口的设计上,采用了主要信号为硬接线的方式,其它信号采用通信的方式,同时所有开关量信号均设计成了脉冲类型,提高了系统的可靠性。在RB回路的设计上,为了防止接点抖动误发RB信号,设计上采用了R-S触发器,以提高了系统的安全性。在协调系统的设计上,还考虑了机组供热工况下的牵联调节设计,以适应汽轮机调节的有效跟踪和无扰切换。 WP=84 系统的研制和开发具有国外硬件产品和国内软件开发的特点,既具有国外产品的先进性和可靠性,又具有国内软件开发的实用性和低廉价格,因而具有较高的性能价格比。系统研制开发并投入运行后,实现了机基本、炉基本、手动方式的无扰切换,实现了RB功能和负荷迫升迫降功能,实现了值班员手动指令和中心调度指令的无扰切换,投入了AGC控制,机组的主要参数比投入前有了明显的极大地提高了机组的自动化控制水平,提高了机组的调节品质,提高了机组运行的经济性和可靠性,在国产同类机组中具有领先水平,对同类型机组协调控制系统的开发和完善具有良好的借鉴和示范作用。


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