600MW机组汽机控制和保护逻辑的改进与优化

600MW机组汽机控制和保护逻辑的改进与优化

嘉兴发电厂二期工程#3、＃4机组汽机采用东方汽轮机厂生产的中间再热凝汽式汽轮机，机组型号为N600-16.7/538/538-1。汽机高低压旁路系统由德国BoppReuther公司引进，高低压旁路系统采用两级串联旁路，高旁容量是在额定压力和温度下的40%BMCR流量，低旁容量是40%BMCR流量。高压加热器采用大旁路系统。给水系统采用2台容量为50%的汽动给水泵和1台30%的电动给水泵。除氧器可滑压运行。凝汽器为单流程双背压，高低压凝汽器各配两台50%容量的机械真空泵。汽机控制DEH系统采用的是日立公司生产的EHG和ETS一体化的H-5000M系统。它主要由：EHG（电液控制）、HITASS（A TC）和ETS三个部分组成。其中：EHG系统配有两套完全独立互为冗余的的CPU板和I/O板，它主要完成汽轮机从自投盘车到转速控制、负荷控制、试验等功能；HITASS与DEH配合，主要完成汽轮机的启动控制和热应力计算；ETS采用的是完全独立的三个CPU和I/O系统，所有的输入输出信号均采用三取二的的方式，以保证系统的可靠性。

1、中压缸启动机组汽轮机控制和旁路控制逻辑的优化

嘉兴电厂3、4号机组是采用中压缸启动方式，启动时由中压调门控制汽机进汽量使机组从盘车状态逐渐达到全额定转速，这个期间高调门处于关闭状态，高压缸不进汽；机组并网后，机组进行控制方式切换，也即是“倒缸”操作，中调门全开，高调门逐渐开启，并控制汽轮机的进汽量，以实现机组负荷的控制。在此过程中，旁路的作用就是在汽轮机冲转前启动时配合锅炉的升温、升压；汽轮机冲转及并网后配合中压缸和高压缸之间进汽控制方式的切换。

汽轮机的“倒缸”过程是由DEH控制、并与旁路一起完成的，原汽机在“倒缸”过程中存在升负荷速率过大，汽机调门的开启速度过快，使旁路的控制速度无法跟上汽机调门的开启速度，造成主汽压力和汽包水位的大幅波动，严重影响机组的正常运行。在机组首次并网后倒缸的过程中我们发现机组在冷态启动时若要满足机组倒缸后的目标负荷为120MW 时，倒缸前的高旁开度几乎要达到全开的位置，因此造成了在高旁已全关，而汽机的负荷仍未达到设定的120MW，高调门为了控制负荷而继续以30MW/min速度往上开的情况，同时由于汽机调门的开启速度过快，使旁路的控制速度无法跟上汽机调门的开启速度，最终引起汽温和汽压的剧烈波动。经过详细的分析后我们认为：原DEH控制逻辑主要考虑汽轮机冲转前，由于旁路的投用，再热蒸汽已经具备了较高的压力和温度，这样在“倒缸”时，由于高排逆止阀后是有压力的，也就存在着该阀门不能顺利打开的可能，若不能打开就会使高压缸内流通的蒸汽量少不足以带走鼓风摩擦而产生的热量，就会造成高排金属温度迅速上升而损坏汽轮机，为了保证在倒缸过程中高压缸开始进汽后能够迅速打开高排逆止阀，来保证高压缸的蒸汽流通量，而设置了倒缸后的120M目标负荷值以及倒缸过程中30MW%/min升负荷速率。

在分析清楚了原控制逻辑设置的目的后，我们对DEH和旁路的控制逻辑都进行了优化，在旁路逻辑中当旁路接收到DEH发的倒缸指令时将再热汽压力设定值从 1.0MPa降到0.5Pa，以降低高排逆止阀后的压力，提高高压缸进汽后高排逆止阀前后的压差，同时为保证倒缸后高压缸的蒸汽流通量，我们规定倒缸前的蒸汽量必须在250t/h以上，极热态情况下倒缸前的蒸汽量一般在350t/h左右。在DEH逻辑中在保证倒缸后高压缸的蒸汽流通量的基础上，将倒缸过程中的高旁全关，即高旁的负荷全部转移到高压缸后便是认为“到缸”过程结束的条件之一。这样可以有效的解决在高旁已全关，而汽机的负荷仍未达到设定值时高调门继续往上开而造成主汽压力下降过快的情况。同时将倒缸后的目标负荷根据调试的实际情况进行了相应的修改：机组冷态启动时的倒缸负荷目标值为60MW；温态启动时的倒缸

负荷目标值为75MW；热态启动时的倒缸负荷目标值为90MW；针对倒缸过程中汽机高调门开启速度过快，使旁路的控制速度无法跟上汽机调门的开启速度，最终引起汽温和汽压剧烈波动的情况，我们在征询汽轮机厂家认可的前提下，对倒缸过程中汽机高调门开启速度进行了调整，从30MW%/min降到了20MW%/min。

在调试初期出现汽机一挂闸，左侧主汽门经常会自动打开，右侧主汽门则不会出现这种现象，后分析发现DEH逻辑中当右侧主汽门在做阀门试验或高调门、中调门在做阀门试验时就会使左侧高压主汽阀试验电磁阀失电，阀门就保持打开状态，实际挂闸过程如下：当汽机复位挂闸，开始建立安全油压，当安全油压低信号消失即挂闸成功时，两侧中主门开始打开，由于用于判断中主门的是否在全开位置是用开行程开关，因而当两侧中主门的开行程开关不同时动作时逻辑就判断中主门其中有一侧未在全开位置即满足中调门做试验的逻辑，这样就使左侧高压主汽阀试验电磁阀失电保证主汽门全开，而右侧高压主汽阀油动机由电液伺服阀实现连续控制，阀门试验逻辑比较简单，所以不存在此种现象。分析这种情况后对DEH 的逻辑进行完善，在保持原逻辑的情况下，增加以下逻辑：挂闸指令一产生，则使左侧高主试验电磁阀带电；“所有阀关”信号消失后，左侧高主试验电磁阀失电，左、右侧高压主汽阀同时开启，去掉了左、右侧高压主汽阀联锁条件。原日立DEH逻辑上设计两侧主汽门不是同时开启，实际运行两侧主汽门同时开启没有问题，这样反而可以消除由于右侧高主全开信号消失导致左侧高主关闭的情况，有利于机组的运行。

3、4号机组旁路控制系统是独立于DCS系统之外的一套PLC控制，其有两种控制方式，一是PLC控制即全过程自动控制，不需要人为干预；二是手动控制，即通过人为改变压力设定值或者改变阀位来实现控制，旁路控制系统本身配有操作面板来实现操作控制，我们利用旁路系统送至DCS系统的信号，在DCS画面上建立了旁路的操作画面，在DCS画面上实现对旁路的操作和监视，以方便运行人员。原旁路逻辑中设计凝汽器热井水位A、B侧任一高一值就保护快关旁路，高旁减温水压力与主汽压力差压小于2Mpa快关旁路，旁路模拟量信号有一路故障快关旁路，使得汽包水位失控而导致机组MFT，旁路系统的重要模拟量信号本身都设计了冗余，从提高启动过程中旁路操作的可靠性出发，将上述快关保护取消，改为报警。

2、并网回路优化

汽轮发电机组并网同步的控制回路的改进，DEH的原控制逻辑中对汽轮发电机组并网同步是通过汽机转速摇摆控制来实现转速控制，我们认为由于汽机的摇摆转速是由DEH自行控制的，尽管也能实现发电机组的并网，但没有根据ASS装置捕捉同期点的要求来有目的的增加或减少汽机的转速，因此同期点的捕捉往往要花费较长的时间。因此针对这个情况，我们根据所选用的自动准同期装置ASS装置本身具有的功能，对DEH并网同步时的转速控制回路进行了改进：彻底舍弃了原控制逻辑中的时汽机转速摇摆控制回路，改由DEH接受ASS装置发出的汽机转速增或减的指令，实现并网转速的闭环控制。实际运行证明这种改进是相当成功的。

3、小机ETS控制逻辑的优化

原设计小机ETS的保护信号是采用反逻辑即所有的输入信号正常情况下是闭合状态，输入信号都经过继电器扩展，继电器为常带电, 停机电磁阀处于失电状态；任一路输入信号开路认为保护动作，继电器失电，停机电磁阀得电跳机，这样设计就存在一个问题：当ETS 电源失去时则会引起小机保护拒动。现改为停机电磁阀失电跳机，就地电磁阀进行更换，同时柜内接线也进行更改，这样保证小机保护柜电源失去时小机保护动作跳闸，另外考虑保护信号除了润滑油压低和排汽压力高、MEH超速保护采用了三路信号实现三取二逻辑外，DCS 保护跳信号只设计了一路信号，采用反逻辑后若触点抖动很容易造成保护误动，现将DCS 保护跳信号采用正逻辑，同时再增加一路信号，两路信号只要一路动作，触点闭合就触发保

护动作，提高保护动作的可靠性。

原小机保护逻辑中设计小机和泵8个振动任一轴承振动高高（由小机TSI系统直接送至小机ETS系统）延时1S就触发小机跳闸，现小机和泵轴承振动高高保护逻辑改成小机和泵有一轴承振动达到高高值同时另一轴承振动达到高值后再去跳小机，这样可以防止振动探头接触不好或者坏时造成保护误动，原小机振动模拟量TSI已有硬接线送至DCS，在DCS中实现此逻辑，减少了小机保护误动的概率。

4、循泵公用系统控制逻辑的优化

二期循泵公用系统即指循泵冷却水泵A、B以及其出口阀、循泵冷却塔风机A、B，这些设备在逻辑上和控制上设计成两台机组均可以操作，两台冷却水泵的联锁逻辑每台机组都有设计，而且在回路上设计两台机组的控制系统均有硬接线送至就地控制柜，这样就造成两台机组同时可操作，现在两台机组控制系统中对冷却水泵的操作设置了“机组控制权切换”的选择开关，此选择开关做在机组的循泵冷却水系统画面上。当选择开关打在“这台机组控制”时，以上的循泵冷却水系统设备仅能在这台机组上实现操作及联锁功能，而在另一台机组上无法实现任何的操作；反之也一样。

5、主机TSI系统控制逻辑的优化

原3号机用于汽轮机电超速保护设计是这样的：TSI转速卡件送出一路DO信号至ETS 系统保护跳机，而TSI专用于电超速有三块转速卡（3500/53），可以输出三路DO信号，现改为TSI系统送三路超速保护信号至ETS系统，在ETS逻辑中实现三取二跳机，提高保护动作的可靠性。原TSI系统只设计安装了两个轴向位移探头，送两路信号至ETS系统，逻辑上取任一轴向位移大就保护动作跳机，从提高保护动作的可靠性出发，现增加了一个轴向位移探头和一块TSI位移卡件，这样TSI系统总共送三路信号至ETS系统，在ETS逻辑中实现三取二后才触发保护动作跳机。

6、结束语

通过上述的控制逻辑优化，#3、#4机组在经历了调试以及近一年的实际运行中，均能实现倒缸过程的全自动运行且全部一次成功，各主参数都能控制在规定的范围之内，经过上述逻辑的优化也大大提高了保护动作的可靠性和机组的自动控制化水平。