劉偉，王建強，謝進安，羅志浩

（1.浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責任公司，浙江鎮(zhèn)海315208；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

215 MW機組供熱改造后的控制策略及運行

劉偉1，王建強1，謝進安1，羅志浩2

（1.浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責任公司，浙江鎮(zhèn)海315208；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

為了保證215 MW機組供熱改造后的安全穩(wěn)定運行，設計了再熱器冷段調(diào)節(jié)蝶閥控制策略，在蝶閥控制邏輯中引入高壓缸末級壓差保護曲線，確保汽輪機高壓缸末級壓差在安全運行范圍內(nèi)。抽汽供熱母管調(diào)節(jié)閥采用常規(guī)PID控制，被控參數(shù)為壓力和流量2種控制模式相互切換。指出了供熱機組運行方式上應注意的問題，抽汽供熱控制功能投入后，靜態(tài)和動態(tài)試驗及運行表明采用的控制策略能夠保證機組的安全經(jīng)濟運行。

215 MW；純凝機組；抽汽供熱；控制策略；運行

1 機組概況及供熱方案

浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限公司的4臺215 MW汽輪發(fā)電機組由北京重型電機廠制造，為超高壓、中間再熱、三缸三排汽、純冷凝汽輪機，型號為N200-130-535/535；鍋爐由東方鍋爐廠制造，為超高壓、中間再熱、單汽包自然循環(huán)、固態(tài)排渣煤粉爐，型號為DG670/140-8。與600 MW，1 000 MW機組相比，215 MW凝汽式汽輪發(fā)電機組技術指標差、煤耗高、效率低。將215 MW凝汽式發(fā)電機組改為供熱機組，替代小機組供熱，實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，關停小鍋爐，可大幅降低城市供熱能耗、提高燃煤機組熱經(jīng)濟性。

具體供熱方案為：在汽輪機高壓缸排汽至鍋爐再熱器冷段管道上開孔加抽汽管，抽汽管前與鍋爐再熱器冷段加裝電動調(diào)節(jié)蝶閥，通過電動蝶閥調(diào)整抽汽量和壓力，確保機組偏離額定工況運行時滿足對外供熱的需求。3，4，5號機組抽汽經(jīng)逆止閥、調(diào)節(jié)閥、電動截止閥接入集汽集箱A，6號機組的再熱器冷段抽汽經(jīng)逆止閥、調(diào)節(jié)閥、電動截止閥直接送至集汽集箱B，由熱站集汽集箱A與B向用戶供汽。

當6號機組故障或低負荷運行時，集汽集箱B的汽源由集汽集箱A和4與5號機組的一級抽汽經(jīng)壓力匹配器后提供。壓力匹配器驅動蒸汽由供熱機組抽汽提供。集汽集箱A與集汽集箱B通過管道相連，以提高供熱的靈活性。

為保證供熱的可靠性，從主蒸汽系統(tǒng)經(jīng)每臺機組的高壓旁路裝置（容量50 t/h）后并入緊急備用母管接入集汽集箱B，以防止1臺機組故障影響對外供熱的要求。215 MW機組供熱系統(tǒng)如圖1所示。

2 控制系統(tǒng)及保護

2.1 控制系統(tǒng)

215 MW純凝機組改為供熱機組或增加供熱功能后，對控制策略和保護邏輯也提出了新的設計要求。

在控制室操作員站對機組供熱系統(tǒng)進行監(jiān)視和控制，其中機組側再熱器冷段電動調(diào)節(jié)蝶閥、供熱母管上的逆止閥、調(diào)節(jié)閥、電動截止閥控制信號及流量、溫度、壓力等信號送入相應機組的DCS（分散控制系統(tǒng)）進行監(jiān)視和控制。熱站系統(tǒng)中的供熱集汽集箱、壓力匹配器及熱用戶供熱管道上的閥門控制信號，溫度、壓力、流量等監(jiān)控信號送入6號機組DCS輔機域進行監(jiān)控。

在機組正常運行工況下，電動調(diào)節(jié)蝶閥控制高壓缸排汽（簡稱高排）壓力，供熱集箱的壓力靠各供熱管道上的調(diào)節(jié)閥來控制。一旦供熱系統(tǒng)發(fā)生異常情況，供熱管道上的逆止閥、電動門聯(lián)鎖關閉，切斷供熱汽源，以免影響機組的正常運行。當機組發(fā)生停機等異常工況時，供熱管道上的逆止閥、電動門要迅速關閉。

2．2 供熱系統(tǒng)保護功能

為確保機組抽汽供熱系統(tǒng)安全運行，在4臺機組供熱抽氣管道上設計了氣動逆止門和電動門的聯(lián)鎖保護邏輯功能。

（1）在機組正常運行工況下，熱站A與B集汽集箱的蒸汽壓力、流量由各機組供熱管道調(diào)節(jié)閥控制。當熱站A與B集汽集箱的壓力高于保護定值時，自動關閉各機組抽汽電動門，防止熱站A與B集汽集箱超壓。

（2）當機組MFT（主燃料跳閘）、RB（快速減負荷）動作時，則快速關閉相應機組抽汽管路上氣動逆止門、電動門，同時甲、乙再熱器冷端電動調(diào)節(jié)碟閥自動控制自動退出至手動狀態(tài)。

（3）為防止供熱抽汽母管上的蒸汽倒入汽輪機，在機組供熱抽汽管道上的氣動逆止門和電動門增設了差壓保護聯(lián)鎖功能，當抽汽逆止門后的壓力大于逆止門前的壓力時，氣動逆止門和電動門自動關閉。

3 供熱調(diào)節(jié)閥控制策略

3．1 供熱蝶閥控制原則

機組原設計為純凝式，改為可調(diào)整式抽汽供熱機組后，供熱系統(tǒng)投切與汽輪機安全運行密切相關?？紤]到供熱改造后機組安全性，再熱器冷段調(diào)節(jié)蝶閥控制策略設計原則：保證機組偏離額定工況運行時，滿足對外供熱抽汽流量的需求；保證高壓缸末級葉片壓力滿足主汽流量對應最低壓力要求，確保汽輪機高、中壓缸末級壓差在安全運行范圍內(nèi)，避免高壓缸末級葉片超負荷運行。

圖1 215 MW機組供熱系統(tǒng)

因此在控制策略上引入高壓缸末級保護曲線，按高壓缸末級葉片強度的試驗數(shù)據(jù)，各工況對應各不同進汽量下的最低高排壓力繪制高排末級葉片保護曲線，各機組供熱運行時，再熱器冷段調(diào)節(jié)蝶閥開度控制務必滿足該保護曲線。215 MW機組高排抽汽工況下高壓末級保護曲線如圖2所示。

圖2 215 MW機組高排抽汽工況下高壓末級保護曲線

以215 MW機組高排抽汽工況下高壓末級保護曲線為依據(jù)設計控制組態(tài)曲線，從而得到高排允許壓力，與實際高排壓力和不同工況高排允許壓力比較得到末級壓差，此末級壓差則作為再熱器冷段調(diào)節(jié)蝶閥的被控量參與控制運算，同時根據(jù)供熱母管的壓力要求，由運行人員按所需工況設定高排壓力上、下限定值。

3.2 再熱冷段蝶閥的流量特性修正

實際運行中調(diào)節(jié)蝶閥的流量特性，當?shù)y開度在0～20%時，流量變化為40%；當閥門開度在40%～60%時，流量變化從75%～85%；而在閥門開度趨向開足狀態(tài)時，在相同閥門開度下，流量變化量僅為10%?？梢?，蝶閥開至60%后，流量變化不太明顯，用常規(guī)的PID（比例-積分-微分）控制，可控范圍太小，不易控制。

控制策略采用離散控制規(guī)律調(diào)節(jié)，采用折線的方式進行修正，調(diào)節(jié)過程斷續(xù)。該蝶閥在開啟和關閉這2個動作方向下，流量特性曲線也有所區(qū)別。針對這2個動作方向不同的流量特性曲線指定不同的修正折線，按供熱不同參數(shù)要求，將開啟和關閉階段的2條不同修正曲線嵌入到再熱器冷段蝶閥控制的程序內(nèi)，嵌入2條折線分別為開閥行程f1（x）修正折線和關閥行程f2（x）修正折線。最終使流量特性與開度指令成線性變化。

3.3 蝶閥自動開邏輯

再熱器冷段調(diào)節(jié)蝶閥自動開控制邏輯如圖3所示。當實際高排壓力大于或等于高排壓力上限設定值，且末級壓差大于或等于0.1 MPa時，SR觸發(fā)器被觸發(fā)后輸出為1，開閥指令經(jīng)切換器T輸出按開行程閥門流量特性修正折線自動開大再熱器冷段調(diào)節(jié)蝶閥。當以下任一條件滿足時，SR觸發(fā)器的復位端為1，SR觸發(fā)器輸出復位成0，調(diào)節(jié)蝶閥被停止開：

（1）調(diào)節(jié)蝶閥開至高排壓力小于或等于高排下限設定值0.07 MPa；

（2）末級壓差小于或等于0.04 MPa；

（3）調(diào)節(jié)蝶閥開度大于或等于98%。

圖3 再熱器冷段調(diào)節(jié)蝶閥自動開控制邏輯

當機組滿負荷運行時，主汽流量對應的計算再熱汽壓力達到2.1 MPa，而高排供熱碟閥壓力的上限值一般不會超過2.0 MPa，汽輪機未級壓差出現(xiàn)負值，引起再熱器冷段調(diào)節(jié)蝶閥開關動作頻繁。在再熱器冷段調(diào)節(jié)蝶閥開控制邏輯組態(tài)中，根據(jù)高壓缸末級壓力保護曲線，當主汽流量對應的高排壓力大于高排供熱碟閥壓力的上限值時，則該設定壓力選主汽流量對應的高排壓力為允許值。

3.4 蝶閥自動關邏輯

再熱器冷段調(diào)節(jié)蝶閥自動關控制邏輯如圖4所示，當高排壓力小于高排壓力下限定值或末級壓差小于0時，關閥指令經(jīng)切換器T1輸出按關行程閥門流量特性修正折線自動關小再熱器冷段調(diào)節(jié)蝶閥，關至高排壓力大于或等于0.04 MPa時，SR觸發(fā)器的復位端為1，SR觸發(fā)器輸出復位成0，調(diào)節(jié)蝶閥被停止關。

圖4 再熱冷段調(diào)節(jié)蝶閥自動關控制邏輯

4 抽汽調(diào)節(jié)閥控制策略

若熱站A和B集汽集箱連通閥打開，此時A與B集汽集箱可視作1個集箱，4臺機供熱抽汽母管同時向1個集汽集箱供熱。當4臺機組供熱母管調(diào)節(jié)閥全部投壓力自動時，會發(fā)生耦合、相互牽制的現(xiàn)象。因此，控制模式采用壓力和流量切換控制方式。

機組抽汽供熱母管調(diào)節(jié)閥按常規(guī)PID控制規(guī)律調(diào)節(jié)設計，控制邏輯主要由壓力控制器、流量控制器、慣性補償、操作器、切換器等組成?？紤]機組電功率及熱用戶流量變化特性，保證集箱壓力、機組抽汽流量等被控參數(shù)穩(wěn)定，被調(diào)參數(shù)和給定值通過前饋慣性環(huán)節(jié)校正。在控制回路中設計壓力和流量控制器2個切換回路，2個回路控制參數(shù)按對象特性整定調(diào)節(jié)器參數(shù)，控制回路按機組負荷和抽汽量所需運行模式進行切換，控制系統(tǒng)設定值由操作員設定。抽汽供熱母管調(diào)節(jié)閥控制原理如圖5所示。

在AGC（自動發(fā)電量控制）工況下，6號機組投入流量自動控制方式，機組在負荷120～200 MW范圍內(nèi)運行，供熱流量變動偏差±9 t/h，壓力變動偏差±0.04 MPa，6號機組供熱流量、壓力控制品質(zhì)曲線如圖6所示。在4臺機組并列供熱時，3號機組投入壓力自動控制模式，其他3臺機組投入流量自動控制，在機組負荷穩(wěn)定情況下，供熱流量58～93 t/h范圍運行，供熱集箱壓力變動偏差±0.05 MPa，供熱集箱壓力控制品質(zhì)曲線如圖7所示。

圖5 抽汽供熱母管調(diào)節(jié)閥控制原理

圖6 AGC工況下供熱流量、壓力控制曲線

圖7 供熱集箱壓力控制曲線

從實際投運測試數(shù)據(jù)可以看出：采用機組抽汽調(diào)節(jié)閥控制策略，在機組AGC工況下，機組負荷或供熱流量變動過程中供熱集箱壓力維持穩(wěn)定，大大減輕了運行人員操作強度，有效提高了供熱機組運行經(jīng)濟性和安全性。

5 供熱機組運行方式

為了提高機組供熱系統(tǒng)穩(wěn)定性，防止主汽流量超限并兼顧電負荷，能滿足用戶供汽壓力、流量要求，機組運行時應注意以下幾個方面。

（1）A與B集汽集箱一般采用串聯(lián)供熱運行方式。目前單臺機組設計最大抽汽流量100 t/h，當供熱總流量需求約50 t/h時，2臺機供熱；供熱總流量需求約75 t/h時，3臺機組供熱；供熱總流量需求大于100 t/h時，4臺機組供熱。

（2）機組并聯(lián)供熱時，選定某1臺負荷相對穩(wěn)定的機組，供熱抽汽調(diào)節(jié)閥以壓力控制模式投入自動；另外1臺機組以流量控制模式投入自動，流量控制均衡、穩(wěn)定，確保集箱壓力穩(wěn)定可控。

（3）各臺機組運行中要求電動調(diào)節(jié)蝶閥下限壓力定值應比A或B集汽集箱調(diào)節(jié)門壓力定值高0.05 MPa；電動調(diào)節(jié)蝶閥上、下限壓力定值應大于0.1 MPa且小于0.2 MPa范圍內(nèi)，A與B集汽集箱多路并、串供時，各機組電動調(diào)節(jié)蝶閥壓力設定值應保持一致。

（4）實際高壓缸排汽壓力與機側主汽流量對應的允許高壓缸排汽壓力之差稱末級壓差。末級壓差正值時為安全運行范圍，負值時可能導致高壓缸末級葉片超負荷，影響機組的安全運行。一般要求正常供汽機組負荷盡量能夠相同，當供汽流量發(fā)生變化時，由供汽機組的供熱母管調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)閥開足或機組負荷下降時，為保證A或B集汽集箱壓力，自動關小甲、乙再熱器冷段電動調(diào)節(jié)蝶閥，通過關小蝶閥來提高高排末級后壓力、縮小前后壓差、降低高排末級葉片彎應力，保證高壓缸未級葉片安全及機組軸向推力處于正向推力，同時滿足A或B集汽集箱供汽壓力。

（5）各臺供熱機組在調(diào)節(jié)甲、乙再熱冷段電動調(diào)節(jié)蝶閥時，應根據(jù)機組供熱抽汽流量及再熱器冷段壓力，做好相互協(xié)調(diào)和聯(lián)絡工作，避免搶汽及壓力波動過大情況的發(fā)生。

（6）為保證鍋爐再熱器有足夠的流通量，電動調(diào)節(jié)蝶閥關閉開度設有機械限位30%，電動調(diào)節(jié)蝶閥4～20 mA信號對應電動蝶閥30%～100%開度，經(jīng)閥門通流量測試，內(nèi)部通流量約30%。在機組再熱器冷段電動調(diào)節(jié)碟閥關小過程中，應嚴密監(jiān)視再熱汽溫、再熱器壁溫，通過減溫水和煙氣檔板的調(diào)節(jié)，保證各溫度參數(shù)不超限。

6 結語

215 MW純凝機組改為供熱機組后，設計了供熱系統(tǒng)控制策略，不僅能滿足機組在AGC運行方式下各機組供熱參數(shù)品質(zhì)要求，同時有效減輕了運行人員操作強度和操作風險。機組抽汽供熱運行以來，已經(jīng)關停了周邊一些效率低、污染較嚴重的小鍋爐、熱電廠，有效地改善了當?shù)丨h(huán)境，產(chǎn)生了良好的社會和經(jīng)濟效益。

[1]朱北恒.火電廠熱工自動化系統(tǒng)試驗[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]邊立秀.熱工控制系統(tǒng)[M].上海：華東電力集團出版社，1998．

（本文編輯：陸瑩）

Control Strategy and Operation of 215 MW Power Supply Units after Transformation

LIU Wei1，WANG Jianqiang1，XIE Jinan1，LUO Zhihao2
（1.Zhejiang Zheneng Zhenhai Power Generation Co.,Ltd.,Zhenhai Zhejiang 315208，China; 2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute,Hangzhou 310014,China）

In order to guarantee operation safety and stability of 215 MW after transformation，butterfly valve control strategy for cold reheater CRH is designed.In control strategy of butterfly valve，final pressure difference protection curve of high pressure cylinder is introduced to make sure that final pressure difference of high cylinder of steam turbine is within the range of safe operation.The main pipe for steam extraction and heat supply is controlled by PID and the controlled parameters are pressure and flow，switching from one mode to the other.The paper suggests points that need attention in operation mode of power supply units.After the operation of steam extraction and heat supply，the static and dynamic tests as well as the operation show that the control strategy can guarantee safe and economical operation of units.

215 MW；pure condensing units；steam extraction and heat supply；control strategy；operation

TK323

：B

：1007-1881（2014）01-0038-05

2013-09-16

劉偉（1964-），男，浙江寧波人，工程師，從事發(fā)電廠熱工自動化應用和管理工作。