廣東粵電新會(huì)發(fā)電有限公司 莫真榮

1 控制波形圖

圖1是一幅熱工控制系統(tǒng)波形圖，被控對(duì)象是453MW 燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的真空-軸封系統(tǒng)，真正地實(shí)現(xiàn)了“熱工系統(tǒng)級(jí)智能程序一鍵啟?！笨刂?。程序控制既包括了開(kāi)關(guān)量的順序控制（SCS），也有模擬量自動(dòng)調(diào)節(jié)（MCS），還有開(kāi)關(guān)量自動(dòng)聯(lián)鎖（Interlock）以及更為復(fù)雜的超馳（Override）控制?？梢?jiàn)真空—軸封系統(tǒng)是個(gè)多參量的復(fù)變熱工控制系統(tǒng)。

圖1 真空&軸封系統(tǒng)一鍵啟停波形圖

453MW 燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組真空—軸封系統(tǒng)管控的開(kāi)關(guān)量設(shè)備合計(jì)15臺(tái)套，模擬量調(diào)節(jié)回路2套，分屬SCS、MCS 和Interlock 三種控制方式，以順序控制為基本程序構(gòu)架，運(yùn)用智能控制邏輯模塊作為控制基礎(chǔ)，開(kāi)關(guān)量控制和模擬量調(diào)節(jié)信號(hào)交叉引用，交互自舉控制驅(qū)動(dòng)而形成熱工系統(tǒng)級(jí)的“一鍵啟?！?。

2 控制策略

限于篇幅，本文僅以真空-軸封系統(tǒng)的啟動(dòng)為例進(jìn)行說(shuō)明。真空-軸封系統(tǒng)啟動(dòng)要根據(jù)機(jī)組當(dāng)前的熱力狀態(tài)決定啟動(dòng)策略和步序。汽機(jī)熱力狀態(tài)規(guī)定，以汽輪機(jī)內(nèi)缸內(nèi)壁下半周金屬壁溫為基準(zhǔn)。冷態(tài)：＜150℃；溫態(tài)：≥150℃，＜400℃；熱態(tài)：≥400℃。以汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)為例，設(shè)計(jì)有5個(gè)步序。

步序1：發(fā)出指令打開(kāi)，真空破壞閥、汽封母管至低壓缸電動(dòng)關(guān)斷門、汽封母管至疏水?dāng)U容器氣動(dòng)閥、高壓缸汽封疏水氣動(dòng)閥、汽封母管至冷凝器調(diào)節(jié)閥開(kāi)度100%。

同時(shí)關(guān)閉輔助蒸汽來(lái)汽封蒸汽關(guān)斷門、輔汽來(lái)汽封蒸汽旁路電動(dòng)門、冷再熱蒸汽來(lái)汽封蒸汽旁路門、冷再熱蒸汽來(lái)汽封蒸汽關(guān)斷門、冷啟動(dòng)汽源/輔汽來(lái)主路調(diào)門開(kāi)度0%。

由步序1可見(jiàn)，DCS 控制與人工控制有很大不同，真空—軸封順序控制的第一條指令就同時(shí)開(kāi)、關(guān)了10個(gè)閥門（8個(gè)開(kāi)關(guān)量閥門和2個(gè)模擬量調(diào)節(jié)門）。計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）——DCS 對(duì)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控信號(hào)能進(jìn)行“并行”處理。而人工只能逐臺(tái)依次“串行”手動(dòng)操作，一次操作開(kāi)關(guān)一個(gè)閥門。利用計(jì)算機(jī)輔助運(yùn)行操作，能夠節(jié)省大量時(shí)間，也就意味著提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

步序2：待步序1指令執(zhí)行到位后，且輔助蒸汽溫度≥250℃，發(fā)出指令，全開(kāi)輔助蒸汽來(lái)汽封蒸汽關(guān)斷門。

步序3：輔助蒸汽來(lái)汽封蒸汽關(guān)斷門全開(kāi)5秒后，開(kāi)始暖管。打開(kāi)冷啟動(dòng)汽源/輔汽來(lái)主路調(diào)門，置起始閥位在30%，暖管階段汽封蒸汽母管壓力調(diào)節(jié)回路給定（SV）值自動(dòng)設(shè)定在5kPa。汽封母管至冷凝器調(diào)節(jié)閥已打開(kāi)至100%，汽封母管至疏水?dāng)U容器氣動(dòng)閥已全開(kāi)，汽封母管溫度和汽機(jī)軸封系統(tǒng)開(kāi)始升溫，暖管過(guò)程中，汽封蒸汽母管壓力調(diào)節(jié)回路維持汽封母管壓力不超過(guò)5kPa。待汽封母管溫度≥250℃、汽機(jī)低壓汽封溫度＞90℃，暖管完成。

步序4：全關(guān)汽封母管至疏水?dāng)U容器氣動(dòng)閥，用時(shí)5分鐘。汽封蒸汽母管壓力調(diào)節(jié)回路SV 值由5kPa按設(shè)定斜率自動(dòng)過(guò)渡到40kPa，冷啟動(dòng)汽源/輔汽來(lái)主路調(diào)門根據(jù)調(diào)節(jié)器SV 值開(kāi)大或關(guān)小調(diào)節(jié)均壓箱壓力。汽封蒸汽母管壓力調(diào)節(jié)回路SV 值如果已設(shè)定在40kPa，調(diào)節(jié)過(guò)程中若冷啟動(dòng)汽源/輔汽來(lái)主路調(diào)門開(kāi)度至60%，汽封蒸汽母管壓力尚未超過(guò)38kPa，輔汽來(lái)汽封蒸汽旁路電動(dòng)門將參與汽封蒸汽母管壓力調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式為點(diǎn)動(dòng)、兩位式，點(diǎn)動(dòng)方式為開(kāi)0.5秒，停20秒。冷啟動(dòng)汽源/輔汽來(lái)主路調(diào)門開(kāi)度至30%，汽封蒸汽母管壓力已超過(guò)42kPa，輔汽來(lái)汽封蒸汽旁路電動(dòng)門將關(guān)小，點(diǎn)動(dòng)關(guān)0.5秒，停20秒。

步序3和步序4，是能否實(shí)現(xiàn)真空-軸封程序控制系統(tǒng) “一鍵啟停”的關(guān)鍵步驟。所謂的“一鍵啟?！睂?duì)單純的開(kāi)關(guān)量控制而言，許多年前就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，電廠中不乏應(yīng)用實(shí)例，比如化水程控、鍋爐吹灰程控、輸煤程控等。但對(duì)于汽輪機(jī)真空—軸封系統(tǒng)，就像我們前面分析的，是“多參量復(fù)變熱工控制”，設(shè)計(jì)技術(shù)路線方面要為開(kāi)關(guān)量、模擬量的設(shè)備啟停和參數(shù)調(diào)節(jié)開(kāi)發(fā)出新的控制算法，這里系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用的是一種“交叉引用、協(xié)同調(diào)控”技術(shù)，設(shè)備級(jí)的基礎(chǔ)則是自主自動(dòng)的智能化邏輯。開(kāi)關(guān)量控制和模擬量調(diào)節(jié)遵循兩種完全不同的控制原理和操作方法。步序1和步序2控制的閥門有8個(gè)閥門是開(kāi)關(guān)量信號(hào)，操作方式或者開(kāi)或者關(guān)，兩位式控制。步序3和步序4，包含有模擬量調(diào)節(jié)，采用閉環(huán)負(fù)反饋PID定值（SV）調(diào)節(jié)回路，PID 調(diào)節(jié)在電廠中應(yīng)用已經(jīng)超過(guò)70年了，專門用于不可建模的控制對(duì)象，是一種連續(xù)、動(dòng)態(tài)控制。

要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的交叉引用、協(xié)同調(diào)控，設(shè)備級(jí)就要具備智能化的邏輯功能。為此，模擬量調(diào)節(jié)回路研發(fā)設(shè)計(jì)了“三態(tài)式”智能調(diào)節(jié)，其功能為“三態(tài)式”自主切換，SV 值隨動(dòng)變化，PID 調(diào)節(jié)器入口自動(dòng)糾偏，出口超馳控制。圖2就是專為熱工系統(tǒng)“一鍵啟?！背绦蚩刂圃O(shè)計(jì)的智能三態(tài)式模擬量調(diào)節(jié)回路。三態(tài)式M/A 切換有“自動(dòng)（AUTOMATIC）、伺服（STAND-BY）、手動(dòng)（MANUAL）”三種工作方式，可在設(shè)備靜止?fàn)顟B(tài)人工切換調(diào)節(jié)回路至“自動(dòng)”，DCS 邏輯自動(dòng)判定被調(diào)系統(tǒng)設(shè)備啟停，如果工藝系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行則轉(zhuǎn)入“自動(dòng)調(diào)節(jié)”，條件不滿足，自檢熱工裝置工作正常，則在“自動(dòng)伺服”方式等待工藝系統(tǒng)的啟動(dòng)。其突出的優(yōu)點(diǎn)是熱工系統(tǒng)順控在步序進(jìn)行過(guò)程中，無(wú)須人工參與投切模擬量回路而為實(shí)現(xiàn)熱工系統(tǒng)的“一鍵啟?！碧峁┝吮匾獥l件。

圖2 三態(tài)式智能調(diào)節(jié)回路原理圖

三態(tài)式智能切換邏輯從手動(dòng)到自動(dòng)的過(guò)程經(jīng)過(guò)一次人工硬手操，兩次軟自舉，由回路邏輯判定完成。能將處于伺服（Stand-By）工作狀態(tài)的MCS，平滑地導(dǎo)向AUTO 方式。順序控制和模擬量調(diào)節(jié)就結(jié)成了“協(xié)同調(diào)控”自主自動(dòng)的關(guān)聯(lián)體。

具體到“汽封蒸汽母管壓力調(diào)節(jié)回路”，工藝系統(tǒng)設(shè)備沒(méi)有啟動(dòng)或系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)不符合調(diào)節(jié)要求之前，調(diào)節(jié)回路自主判定，自動(dòng)設(shè)置工作方式在自動(dòng)伺服狀態(tài)，系統(tǒng)工藝條件一旦滿足立刻轉(zhuǎn)投自動(dòng)調(diào)節(jié)，SV 值根據(jù)系統(tǒng)工況“隨動(dòng)定值”，例如“5kPa按設(shè)定斜率自動(dòng)過(guò)渡到40kPa”。調(diào)節(jié)回路也會(huì)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備啟停進(jìn)程超馳控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)被控對(duì)象，例如直接將“汽封母管至冷凝器調(diào)節(jié)閥打開(kāi)至100%”。三態(tài)式切換、定值隨動(dòng)、自動(dòng)糾偏和超馳控制共同成就了模擬量調(diào)節(jié)回路的智能化。在一個(gè)程序控制系統(tǒng)內(nèi)，模擬量調(diào)節(jié)回路和開(kāi)關(guān)量順序控制相互引用對(duì)方的工作狀態(tài)自主確定工作進(jìn)程，形成了所謂的“交叉引用、協(xié)同調(diào)控”的機(jī)制。

步序5：汽封蒸汽母管溫度≥250℃、汽輪機(jī)低壓汽封溫度＞90℃，汽封蒸汽母管壓力≥10kPa。條件滿足，啟動(dòng)軸封風(fēng)機(jī)。

步序6：任一臺(tái)軸封風(fēng)機(jī)啟動(dòng)正常，軸封加熱器負(fù)壓＜-3kPa（表示軸封風(fēng)機(jī)啟動(dòng)且已正常工作），啟動(dòng)真空泵單元順控 。

步序7：任一臺(tái)真空泵啟動(dòng)正常，凝汽器真空＞-85kPa，延時(shí)30秒，自動(dòng)啟動(dòng)第二臺(tái)真空泵，當(dāng)凝汽器真空＜-2.5kPa，關(guān)閉真空破壞閥。

步序8：真空破壞閥關(guān)閉，真空＜-92kPa，自動(dòng)停第二臺(tái)投入的真空泵。真空—軸封系統(tǒng)啟動(dòng)完成。

步序5至8步，看似開(kāi)關(guān)量控制，其實(shí)模擬量調(diào)節(jié)已經(jīng)投入自動(dòng)，是與這幾步序的開(kāi)關(guān)量控制“協(xié)同調(diào)控”的。雖說(shuō)步序5至8步是開(kāi)關(guān)量控制，但也并非是單線條的控制路徑，軸封風(fēng)機(jī)和真空泵皆為100%容量冗余配置，為的是系統(tǒng)運(yùn)行安全，正常運(yùn)行方式為一用一備，兩臺(tái)設(shè)備由“自動(dòng)聯(lián)鎖”互聯(lián)，常規(guī)的自動(dòng)聯(lián)鎖方式從上個(gè)世紀(jì)五十年代開(kāi)始應(yīng)用，至今投切操作沒(méi)有本質(zhì)的改變，并不支持熱工系統(tǒng)順控的一鍵啟停，這是因?yàn)槁?lián)鎖的投切都是手動(dòng)的。本次研制設(shè)計(jì)的“缺省自動(dòng)智能聯(lián)鎖”掃除了熱工系統(tǒng)一鍵啟停長(zhǎng)期面臨的障礙。是一款智能化的邏輯構(gòu)件，它的智能化體現(xiàn)在選擇器只要投入自動(dòng)，就再也不需要人工干預(yù)而能夠完成自動(dòng)聯(lián)鎖的全部功能。

圖3 智能聯(lián)鎖原理框圖

自動(dòng)選擇器置于并列設(shè)備操作開(kāi)關(guān)之上，按1拖N 的星型結(jié)構(gòu)連接，例如兩臺(tái)軸封風(fēng)機(jī)和兩臺(tái)真空泵的自動(dòng)聯(lián)鎖就是按一拖二的方式連接的。能夠在順序控制自動(dòng)進(jìn)程中實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖自動(dòng)投、切，確保順控進(jìn)程的連續(xù)順暢。自動(dòng)選擇器除了用于單元級(jí)冗余設(shè)備聯(lián)鎖控制，也參與了設(shè)備的出力調(diào)控。例如步序7和步序8對(duì)第二臺(tái)真空泵的啟、?？刂?。

3 結(jié)語(yǔ)

要想實(shí)現(xiàn)機(jī)組復(fù)變參數(shù)熱工系統(tǒng)的一鍵啟停，在“交叉引用、協(xié)同調(diào)控”設(shè)計(jì)理念的導(dǎo)引下，用于機(jī)組復(fù)變參數(shù)系統(tǒng)程序控制的智能邏輯已經(jīng)具備判斷進(jìn)程、決定進(jìn)退的能力。成功實(shí)現(xiàn)“一鍵啟?！钡钠麢C(jī)真空-軸封系統(tǒng)無(wú)論在啟停的安全、快速性、重復(fù)穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等方面明顯高于人工操作?！叭龖B(tài)式”模擬量調(diào)節(jié)、開(kāi)關(guān)量智能聯(lián)鎖、超馳控制等構(gòu)建的熱工系統(tǒng)一鍵啟停程序控制，將有效地提升機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。