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雙抽凝汽發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行策略研究

文檔作者：趙忠華溫興河朱建會(huì) 谷志剛文檔來源：山東鋼鐵集團(tuán)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月06日
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第3期(總第172期)
2012年6月
機(jī)械工程與自動(dòng)化
MECHANICAL ENGINEERING &amp;amp; AUT()MAT10N
NO．3
Jun．
文章編號(hào)：1672-6413(2O12)03—0133-03
雙抽凝汽發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行策略研究
趙忠華，溫興河，朱建會(huì)，谷志剛
(山東鋼鐵集團(tuán)萊鋼自動(dòng)化部， 山東 萊蕪 271104)
摘要：介紹了TRICON系統(tǒng)在萊鋼能源動(dòng)力廠新建25 Mw 雙抽凝汽發(fā)電機(jī)組自控系統(tǒng)中的第一次成功應(yīng)
用，闡述了如何實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組程控啟動(dòng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、參數(shù)限制、保護(hù)、監(jiān)視及試驗(yàn)等功能。
關(guān)鍵詞：TRICON；三重冗余；DEH；ETS 自動(dòng)控制；發(fā)電機(jī)組
中圖分類號(hào)：TM31：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
0 引言
萊鋼集團(tuán)股份有限公司能源動(dòng)力廠新建25 MW
發(fā)電機(jī)組是雙抽凝氣式發(fā)電機(jī)組，擔(dān)負(fù)著發(fā)電和供暖
的雙重責(zé)任。機(jī)組具有高溫、高壓、工藝連續(xù)性強(qiáng)、復(fù)
雜性高、安全要求高等特點(diǎn)，如何確保機(jī)組安全、穩(wěn)定、
長周期的運(yùn)行是至關(guān)重要的。
1 發(fā)電機(jī)組自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1．1 自控系統(tǒng)構(gòu)成
新建25 Mw 發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)檢
測(cè)、設(shè)備控制、重要設(shè)備聯(lián)鎖、升速控制、停機(jī)控制等。
為確保機(jī)組控制的安全，本次控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分3部分
獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，包括DCS控制系統(tǒng)、DEH 調(diào)速系統(tǒng)和ETS
停機(jī)系統(tǒng)。這3個(gè)系統(tǒng)相互獨(dú)立又密切聯(lián)系，分別實(shí)
現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和顯示、機(jī)組的自動(dòng)升速、機(jī)組
的安全啟停等功能。由DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)自動(dòng)化及
部分過程的自動(dòng)化控制，與DEH調(diào)速系統(tǒng)和ETS停
機(jī)系統(tǒng)通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)機(jī)組的全過程自動(dòng)化控制。
1．2 自控系統(tǒng)的硬件選型及開發(fā)軟件
機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)采用CONSEN 公司的
TRICON系統(tǒng)進(jìn)行控制，系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)組態(tài)軟件
TRISTATION 1l31 V4．6、人機(jī)界面軟件TRI—
VIEW (TRI—SEN 5000A)、SOE記錄軟件Triconex
SOE Recorder V4．0軟件等。保證軟、硬件系統(tǒng)的兼
容性和系統(tǒng)開發(fā)的同一性。
1．2．1 TRIC0N系統(tǒng)
TRICON系統(tǒng)是一種可以提供高水平的系統(tǒng)容
錯(cuò)能力的現(xiàn)代化可編程邏輯與過程控制器。它是具有
三重模件冗余結(jié)構(gòu)的高容錯(cuò)控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)除電源
模件外由3個(gè)完全相同的系統(tǒng)支路組成，各系統(tǒng)支路
獨(dú)立地執(zhí)行控制程序，并與其他兩個(gè)支路并行工作。
因?yàn)槊恳粋€(gè)支路都是和其他兩個(gè)隔離的，任一支路內(nèi)
的任何一個(gè)單點(diǎn)失效都不會(huì)傳遞給其他兩支。如果在
一支內(nèi)有硬件故障發(fā)生，該失效的一支就能被其他兩
支所補(bǔ)償。所以可以在系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下在線更
換失效支路內(nèi)的失效模件，在TRICON正常運(yùn)行中進(jìn)
行常規(guī)維護(hù)而不干擾被控的過程。另外此系統(tǒng)提供總
體的在線診斷，并具有自適應(yīng)修理能力，具有很高的安
全可靠性。Tricon三重化結(jié)構(gòu)邏輯圖如圖1所示。
1．2．2 組態(tài)軟件——TRISTAT10N 1131
TRISTATIoN 1131是TRICON 系統(tǒng)的基本軟
件開發(fā)平臺(tái)，提供給用戶的編程語言有功能塊(FBD)、
梯形圖(LD)和結(jié)構(gòu)文本(ST)語言。軟件支持
IEC1131—3標(biāo)準(zhǔn)圖庫，同時(shí)也支持TRICON 過程控
制功能塊圖庫，該功能塊包括模擬輸入、指數(shù)濾波、
PID、超前滯后、積分、中值選擇、模擬輸出、氣體檢測(cè)器、
在線監(jiān)視、打印及其他TRICON 特殊的功能塊。
TRISTATION 1131軟件具有工程組態(tài)、系統(tǒng)維護(hù)調(diào)試、
在線修改程序、在線下裝程序和離線模擬試驗(yàn)等功能。
1．2．3 監(jiān)控軟件——TRI—VIEW
TRI-VIEW 是一套包含了SCADA(數(shù)據(jù)采集與
監(jiān)視控制系統(tǒng))及HMI(人機(jī)界面)功能的自動(dòng)化套裝
軟件。利用該軟件可實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面交互、人機(jī)界面開
發(fā)、實(shí)時(shí)報(bào)警服務(wù)器組態(tài)、歷史報(bào)警記錄及SQL組態(tài)、
實(shí)時(shí)趨勢(shì)操作、長久趨勢(shì)操作、歷史趨勢(shì)操作、報(bào)表打
印、授權(quán)管理、服務(wù)器與客戶機(jī)通訊等工程基本應(yīng)用。
2 系統(tǒng)控制功能
2．1 DCS控制系統(tǒng)
本系統(tǒng)在確保安全、穩(wěn)定、實(shí)用和靈活的前提下，
收稿日期；2012—01—16；修回日期：2012—02—28
作者簡(jiǎn)介：趙忠華(1981一)，女，山東萊蕪人， 工程師，本科，現(xiàn)從事自動(dòng)化控制與儀表維護(hù)工作。
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· l34 · 機(jī)械工程與自動(dòng)化 2012年第3期
實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)、控制以及PID 回路的自
動(dòng)調(diào)節(jié)、軟手動(dòng)調(diào)節(jié)和硬手動(dòng)調(diào)節(jié)的無擾動(dòng)切換，增強(qiáng)
了系統(tǒng)的安全性和靈活性。監(jiān)控畫面實(shí)時(shí)顯示各設(shè)備
的運(yùn)行狀況，數(shù)據(jù)的顯示、聲光報(bào)警以及歷史趨勢(shì)的存
T
儲(chǔ)，另外還可以實(shí)現(xiàn)SOE(事件順序記錄系統(tǒng))功能便
于故障分析。同時(shí)通過以太網(wǎng)與ETS系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)
機(jī)組故障停機(jī)首次記錄和復(fù)位功能。DCS控制系統(tǒng)
的硬件配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
Auto Spare Auto spare
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圖l Triton三重化結(jié)構(gòu)邏輯圖
圖2 DCS控制系統(tǒng)的硬件配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
2．1．1 冷凝器液位自動(dòng)調(diào)節(jié)
冷凝器液位是機(jī)組運(yùn)行中的重要參數(shù)，通過同時(shí)
調(diào)節(jié)疏水閥和回水閥來控制冷凝器液位，用一個(gè)PID
回路控制兩個(gè)閥門，PID的輸出直接控制回水閥，PID
的輸出經(jīng)取反后控制疏水閥，實(shí)現(xiàn)液位的可靠控制。
冷凝器液位PID 自動(dòng)調(diào)節(jié)過程如圖3所示。
圖3 冷凝器j硬位PID 自動(dòng)調(diào)節(jié)過程
2．1．2 凝結(jié)水泵聯(lián)鎖控制
兩臺(tái)凝結(jié)水泵屬于長周期運(yùn)行設(shè)備，設(shè)計(jì)要求由
運(yùn)行人員選擇主泵，其他臺(tái)自為備泵。臺(tái)泵采用交叉
運(yùn)行的方式，在聯(lián)鎖投入的情況下，當(dāng)1#泵為主泵而
熱井水位高于700 mm 時(shí)，2#泵自動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)熱井水
位降至400 mm時(shí)，2#泵自動(dòng)停止；相反當(dāng)2#泵為
主泵而熱井水位高于700 mm 時(shí)，1#泵自動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)
熱井水位降至400 mm時(shí)，1#泵自動(dòng)停止。二者互為
備用，在可以提高泵的運(yùn)行壽命。
2．1．3 頂軸油泵聯(lián)鎖控制
兩臺(tái)頂軸油泵互為備用，聯(lián)鎖解除的情況下每臺(tái)泵
都可以單機(jī)啟停。頂軸油泵聯(lián)鎖控制流程如圖4所示。
on
2．1．4 高壓油泵聯(lián)鎖控制
在聯(lián)鎖投入的情況下，主油泵出口油壓低于1．0
MPa，高壓油泵自動(dòng)啟動(dòng)；主油泵出口油壓大于高壓泵
出口油壓，高壓油泵自動(dòng)停止，運(yùn)行人員視具體情況解
除聯(lián)鎖，操作停止按鈕停止高壓油泵。
啟機(jī)時(shí)
停機(jī)時(shí)
1#泵臼動(dòng)啟動(dòng)
圖4 頂軸油泵聯(lián)鎖控制流程
2．2 ETS控制系統(tǒng)
ETS控制系統(tǒng)是與DCS控制系統(tǒng)相配合監(jiān)視汽
輪機(jī)一些重要信號(hào)并保證汽輪機(jī)安全的系統(tǒng)。ETS
按雙通道邏輯回路設(shè)計(jì)，允許在線試驗(yàn)。采用西門子
PLC實(shí)現(xiàn)邏輯控制，當(dāng)任一PLC發(fā)生故障時(shí)，冗余系
統(tǒng)要保證系統(tǒng)的控制和保護(hù)功能不會(huì)丟失或延遲。
ETS監(jiān)視的參數(shù)至少有下列13項(xiàng)：緊急停機(jī)真
空低、軸向位移大、潤滑油壓低、軸瓦振動(dòng)大、脹差大、
發(fā)電機(jī)主保護(hù)動(dòng)作、推力軸承回油溫度高、徑向軸承回
油溫度高、推力瓦塊溫度高、徑向瓦塊溫度高、電調(diào)裝
置停機(jī)、TSI超速、外部手動(dòng)停機(jī)。其中，潤滑油壓低、
緊急停機(jī)真空低分別送3路信號(hào)進(jìn)ETS，在ETS中進(jìn)
行邏輯表決，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，杜絕非故障停機(jī)。
系統(tǒng)設(shè)置投切允許開關(guān)來控制各路停機(jī)信號(hào)的投入
與切斷。投切開關(guān)只有在允許的情況下，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)停
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2012年第3期 趙忠華，等：雙抽凝汽發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行策略研究 · 135 ·
機(jī)信號(hào)時(shí)，才會(huì)發(fā)出停機(jī)指令，否則不會(huì)發(fā)出停機(jī)指令。
每一停機(jī)回路具有在線投切、在線試驗(yàn)、在線調(diào)試
功能。單個(gè)通道的在線試驗(yàn)不會(huì)導(dǎo)致ETS裝置工作失
靈，發(fā)生跳閘保護(hù)條件時(shí)系統(tǒng)仍能完成停機(jī)保護(hù)功能。
在線試驗(yàn)時(shí)具有每一通道的狀態(tài)指示及故障報(bào)警輸出。
2．3 DEH 控制系統(tǒng)
DEH控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制、機(jī)組負(fù)荷
以及抽汽壓力等參數(shù)監(jiān)控。DEH 系統(tǒng)接收現(xiàn)場(chǎng)輸入
信號(hào)，如OPS(轉(zhuǎn)速)、Mw (功率)、TP(人口主汽壓
力)、IEP(中壓抽汽壓力)以及運(yùn)行人員通過控制柜發(fā)
出的各種控制指令等，經(jīng)過DEH 控制器內(nèi)部的運(yùn)算
送出4 mA～20 mA 的閥位控制信號(hào)去電液轉(zhuǎn)換器。
電液轉(zhuǎn)換器輸出對(duì)應(yīng)的二次控制油壓，通過液壓系統(tǒng)
及執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制主汽門(TV)、高壓調(diào)門(GV)、中壓調(diào)
門(IEV)的開度，完成對(duì)汽機(jī)的啟動(dòng)、升速、并網(wǎng)、帶負(fù)
荷以及抽汽壓力與負(fù)荷的解耦控制等功能。
運(yùn)行人員通過DEH—HM1操作畫面發(fā)出指令信
號(hào)，對(duì)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前的狀態(tài)進(jìn)行操作和監(jiān)視，控制復(fù)位
電磁閥，遙控復(fù)置汽輪機(jī)，建立安全油壓，同時(shí)檢測(cè)汽輪
機(jī)沖轉(zhuǎn)前各重要參數(shù)，為啟動(dòng)創(chuàng)造條件。當(dāng)所有啟機(jī)條
件(包括DCS允許啟機(jī)條件)滿足時(shí)，允許機(jī)組啟動(dòng)。
司機(jī)設(shè)置目標(biāo)轉(zhuǎn)速后，機(jī)組可自動(dòng)沿當(dāng)前熱狀態(tài)
對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)曲線控制調(diào)節(jié)閥，完成升速暖機(jī)過臨界直
到3 000 r／min定速控制。在升速過程中，司機(jī)也可通
過修改目標(biāo)轉(zhuǎn)速、升速率、轉(zhuǎn)速保持時(shí)間等手段來控制
機(jī)組的升速過程。汽機(jī)定速后，DEH 可接收自動(dòng)同期
裝置指令，自動(dòng)將機(jī)組控制到同步轉(zhuǎn)速。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)
后，DEH 自動(dòng)增加給定值，使發(fā)電機(jī)自動(dòng)帶上初負(fù)荷
避免出現(xiàn)逆功率。
轉(zhuǎn)速控制操作員自動(dòng)和操作員手動(dòng)，控制方式之
間的切換是無擾動(dòng)的。轉(zhuǎn)速控制用的反饋信號(hào)采用三
選二的方式，此外另設(shè)3個(gè)轉(zhuǎn)速探頭用于轉(zhuǎn)速保護(hù)，其
中一轉(zhuǎn)速探頭用于現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)速監(jiān)視。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，對(duì)
汽機(jī)進(jìn)行功率控制。
3 發(fā)電機(jī)組自控系統(tǒng)的特點(diǎn)
3．1 控制器三重化冗余
Tricon通過三重模件冗余結(jié)構(gòu)(TMR)提供容錯(cuò)
能力。此系統(tǒng)由3個(gè)完全相同的控制器組成，每個(gè)系
統(tǒng)獨(dú)立地執(zhí)行控制程序，并與其他兩個(gè)并行工作。硬
件表決機(jī)制則對(duì)所有來自現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字式輸入和輸出進(jìn)
行表決和診斷。模擬輸入則進(jìn)行取中值的處理。
3．2 模件的冗余及三重化冗余設(shè)計(jì)
模件設(shè)計(jì)成冗余配置方式，具有在線冗余和在線故
障處理功能。在輸入和輸出模件內(nèi)備有智能功能，以減
輕主處理器的工作負(fù)荷。每個(gè)I／0模件都有3個(gè)微處
理器。輸入模件的微處理器對(duì)輸入進(jìn)行過濾和修復(fù)，并
診斷模件上的硬件故障。輸出模件微處理器為輸出數(shù)
據(jù)的表決提供信息，通過輸出端的反饋回路電壓檢查輸
出狀態(tài)的有效性，并能診斷現(xiàn)場(chǎng)線路的問題。
3．3 板卡通道的三重化冗余
現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)入模板的一個(gè)通道后，在模板內(nèi)部被
分成相互獨(dú)立的三路，每一個(gè)分電路都是和其他兩個(gè)
隔離的，任一分電路內(nèi)的任何一個(gè)故障都不會(huì)傳遞給
其他兩個(gè)分電路。
3．4 網(wǎng)絡(luò)通訊冗余
在控制系統(tǒng)通訊中不僅實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)通訊的雙重
冗余，各機(jī)架問的BUS總線采用了三重化冗余，保證
了數(shù)據(jù)的可靠暢通。
3．5 電源冗余
整個(gè)系統(tǒng)的電源配置均采用了冗余電源供給方
式，確保了系統(tǒng)電源的可靠。并且24VDC電源具有
自身狀態(tài)輸出功能，能夠?qū)﹄娫垂ぷ鳡顟B(tài)進(jìn)行在線監(jiān)
視和報(bào)警。
3．6 控制柜的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)柜體內(nèi)部設(shè)備的布置均按標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行配
制，控制柜內(nèi)設(shè)備力求合理美觀。如柜內(nèi)信號(hào)布線槽
與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)布線槽進(jìn)行顏色區(qū)分，方便控制柜內(nèi)信號(hào)
的檢查和維護(hù)。
4 控制效果
該發(fā)電機(jī)組自控系統(tǒng)自運(yùn)行以來，在系統(tǒng)通訊、機(jī)
組啟停、控制檢測(cè)等各方面都表現(xiàn)出了良好的性能，它
集合發(fā)電機(jī)組各類參數(shù)進(jìn)行分析和自診斷，在線識(shí)別
穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)故障并進(jìn)行自修正，大大提高了系統(tǒng)的安
全性能，增長了機(jī)組的運(yùn)行周期，提高了發(fā)電量。目
前，該系統(tǒng)安全可靠，穩(wěn)定順行，為企業(yè)贏得了較好的
經(jīng)濟(jì)效益。
Strategy Research of Double Extraction--condensing
Steam Turbine’S Safe Operation
ZHAO Zhong-hua，W EN Xing-he，ZHU Jian-hui·GU Zhi-gang
(Laigang Automation Department，Shandong Iron and Steel Group，Laiwu 271104，China)
Abstract：This paper introduces the first successful application of TRICON system in Laigang power factory，which is applied to new
25MW double extraction-condensing steam turbine’S control system．The paper also explains the ways realizing the functions of the
generator unit，such as program-controlled start，automatic adj ustment，parameter limit，protection，monitoring and testing．
Key words：TRICON；triple redundancy；DEH；ETS；automatic control；generator unit
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