给水泵汽轮机控制系统应用及启动中的问题分析.pdf

第 3 1卷 第7期 2 0 0 9年 7月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y V0 1 31 No 7 J u 1 2 0 0 9 给水泵汽轮机控制 系统应用及启 动 中 的 问题 分析 毕华南， 李红艳 ( 华能邯峰发电厂， 河北 邯郸0 5 6 2 0 0 ) 摘要： 论述了西门子锅炉给水泵汽轮机控制系统在发电厂的使用情况 ， 介绍了该系统的控制原理， 集中描述了转速脉 冲信号( 转速测量值 ) 、 转速设定值的形成， 最终实现锅炉给水泵汽轮机转速控制指令的全过程。结合该系统在发电厂 给水泵汽轮机中的具体应用情况 ， 对运行过程 中存在的问题及处理方法进行了简要说 明。 关键词 ： 转速测量值 ； 转速设定值 ； 冷态 ； 热态 ； 转速控制 中图分类号 ： T M 9 2 1 5 ： T K 2 6 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 0 9 ) 0 7 0 0 5 0 0 3 1 给水泵汽轮机控 制系统概述 由德国西门子公司制造生产的锅炉给水泵汽轮 机( 亦称小汽轮机 ) 用来驱动 ， 在正常运行期间， 由 汽轮机的五段抽汽作为给水泵汽轮机的汽源 ， 通过 开大或关小控制阀 0 8 0 0来调整进入锅炉给水泵汽 轮机的蒸汽量 ， 以使 给水泵的转速满足要求。在抽 汽不能满足给水泵转速要求的条件下， 必须从再热 器冷段提供蒸汽， 给水泵汽轮机控制系统 自动提供 一 个信号使再热器冷段调节阀 0 8 2 0打开。当满足 一 定条件时 ， 再热器冷段调节阀0 8 2 0将 自动关闭。 为了完成以上任务， 设置了给水泵汽轮机控制 系统 ， 如图 1 所示 。 图 1给水 泵汽 轮 机 控 制 系统 由图 1 可知 ， 锅炉给水泵汽轮机控制系统实质 上是一个转速控制系统。转速控制系统又由转速设 定形成回路 、 转速信号的测量 回路 、 转速调节器 、 电 流 电压转换器 、 执行机构等组成。 转速信号由 3个传感器测得 ， 3个转速测量信 号经过三选一处理选择其中的一个信号作为实际转 速信号。给水泵汽轮机转速控制器用来控制机组转 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 2 0 6 速， 为 P I 运算规律 ， 控制器对转速偏差进行比例积 分运算后输出电流控制信号， 该 电流信号经过处理 后送到 UP转换器 1 6 8 0 ， 1 6 8 1转换为二 次油压信 号 ， 二次油压的大小决定控制阀0 8 0 0 ， 0 8 2 0开度 ， 从 而改变进入汽轮机的蒸汽量， 改变机组的转速。 转速设定值可内部设定， 也可外部设定。当选 择外部设定值时 ， 通过逻辑处理 回路使切换开关切 换 ， 接通外部设定值 ， 送给操作员站“ 外部设定值运 行” 的状态信息。当选择 内部设定值时 ， 由内部设 定值形成回路根据不同的逻辑状态及机组的运行状 态形成转速设定值送到转速调节器， 送给操作员站 “ 内部设定值运行” 的状态信息 ， 为了使 内部设定值 切换到外部设定值时无扰， 西门子公司设计 了外部 设定值 回路应跟踪内部设定值。 由温度传感器 T E 0 3 4 ， T E 0 3 5 O n , I 量给水泵汽轮 机缸体温度 ， 作为冷态启动 、 热态启 动的判断条件 ， 当缸体温度低于 2 2 0 o C时为冷态启动 ， 当缸体 温度 高于 2 2 0 q C 时为热态启动。机组的启动曲线如图 2 所示 ， 当机组具备启动条件后 ， 在 自动方式下， 通过 启动命令 ， 使机组的目标转速设定为最小转速 2 4 0 0 r m i n ， 机组 由盘车转速逐步上升到最小转速。机组 的临界转速区为 2 5 0 0 3 4 5 0 r mi n ， 应使机组快速 通过临界转速 区。通过临界转速区后 ， 进行转 速保 持。给水泵的调速范围为 3 4 5 0 6 0 5 5 r mi n ， 在这 个范围内， 通过转速控制系统 ， 使给水泵的转速按要 求变化 ， 从而改变给水量。 为了在危急情况下保证设备的安全 ， 设置有给 水泵汽轮机保护系统 ， 在故障情况下 ， 关闭截止阀和 调整阀， 使汽轮机跳闸。每台锅炉给水泵汽轮机的 跳闸由 2个跳闸电磁阀以二选一方式工作 ， 正常时 ， 电磁阀带 电激磁， 跳闸时 ， 电磁阀失电失磁。 第 7期 毕华南， 等 ： 给水泵汽轮机控制 系统应用及启动 中的问题分析 5 1 图 2 机组 的启动 曲线 2 转速控 制系统原 理 05 5 r mi n 22 4 r mi n 锅炉给水泵汽轮机的转速控制系统由转速信号的 测量及处理、 转速设定值形成及转速控制器等组成。 2 1 转速信号的测量及处理 转速信号由 3个冗余 的传感 器 S E 7 6 1 ， S E 7 6 2 ， S E 7 6 3测量。由传感器得到与汽轮机转速成正 比的 频率信号 ， 3个频率信号 由转换模件转换 为数字信 号 ， 同时， 在软件功能模件中 3个信号被监视并两两 进行 比较。控制系统对每个转速测量通道都要进行 故障监视并在操作员站进行故障信息显示 。 2 2 转速设定值形成 转速设定值的形成有 2种方式 ： 一种是外部设 定值 ， 另一种是 内部设定值。外部设定值通过西 门 子公司设计 的 T e l e p e r m X P 6 5 0控制系统来设定 ， 内 部设定值通过内部设定值形成 回路计算得到。为了 使内部设定值切换到外部设定值时无扰， 当外部设 定值没有激活时， 外部设定值应跟踪 内部设定值 ， 若 没有跟踪， 外部设定值将被忽略。 2 3 转速跟踪方式 转速跟踪方式 由2个阶段来实现。 ( 1 ) 当设定值模块接收到 S T A R T 1 启动信号时， 启动阶段 1 逻辑条件成立 ， 那么速度设定值设定为 启动转速 2 4 0 0 r mi n ， 这样 ， 设定值模块使转速内部 设定值逐渐由0增加到 2 4 0 0 r m i n 。 ( 2 ) 当机组转速大于 2 4 0 0 r m i n后 ， S T A R T 1 启 动信号复位 ， S T A R 启动信号置位 ， 启动 阶段 2逻 辑条件成立 ， 同时选 择 自动方式 A U T O=1 ， 随后程 序根据机组 的启 动条件 及启 动阶段 自动 改变设 定 值， 使转速设定值依次设定为 n 。 = 2 5 0 0 r m i n ， n ： 345 0 r mi n， 3=3 5 0 0 r mi n， 4=3 5 5 4 r mi n。 机组启动可分 为冷态 、 热态启动 2种方式。若 冷态启动要经过 1 5 m i n的暖机后将 转速设定值设 定为 n 转速 ， 若热态启动， 则不需要暖机 ， 直接将转 速设定值 设定为 n 转速 。同时 ， 当实际转 速大于 3 5 0 0 r mi n时， 要进行暖机 ， 暖机时间随启动状态有 所不同， 热态启动暖机 1 3 m i n ， 冷态启动暖机2 7 mi n 。 3 转速调节器 转速控制的基本原理如图 3所示。 图 3 转 速控 制的基本 原理 转速控制 的基本原理是一个 闭环反馈控制 系 统。由设定值形成 回路的转速设定值和实际转速设 定值 比较得到控制偏差 ， 该偏差经 P I 运算后输 出控 制电流到 I P转换器 ， I P转换 器的输 出作用 到执 行机构使阀门开大或关小， 从而改变机组的转速。 4 存在 问题及过程分析 在一次启动过程中， B给水泵汽轮机冲车启动 时分别于 5 ： 2 9和 5 ： 4 6发生 2次跳闸， 跳 闸原 因均 为二次油压大于 0 3 9 MP a且 转速小于 3 5 5 4 r m i n 保护动作 。通过对 曲线和事故追忆 的分析 ， 认为辅 汽压力低是给水泵汽轮机转速小于 3 5 5 4 r m i n的主 要原因 ， 同时 ， 在给水泵汽轮机子组正常运行中， 操 作人员的手动干预也是造成 2次跳 闸的另一因素。 由于 2次启动过程基本相 同， 因此仅对第 1次 过程进行分析 ： 0 4： 0 5： 3 4 3 4 8 2 0XAX1 2EE 0 01 XA01 2 4 BF PT B PROT ON P l a nte d b a c k ON c o mi n g 0 4： 0 5： 3 4 7 48 2 0LAC1 2EZ1 01 A X V 0 2 2 4 P R O T S Y S T E M B F P T B ( S W ) T R I P 此信息表明给水泵汽轮机挂 闸成功 ； 04： 0 5： 3 8 9 5 0 2 13 l XAY1 2DU00 2F XV0 1 2 4 CTRL 0I L PRES S PS 3 0 2 L0W 0 4： 0 5： 3 8 9 5 0 2 0XAY1 2 DUO0 2E XVO1 2 4 C TRL 0I L PRES S PS 3 01 LOW 04： 0 6： 05 7 5 0 2 0 XAC1 2CG1 3 2 XG01 2 4 P OS N LP SV OPN BF P T 跳闸油压建立 ， 给水泵汽轮机进汽门截门打开 ， 启动步序进入第 1 7步， 该步序向 D E H发出给水泵 汽轮机 冲车指 令 ， 并 确认 给水泵 汽轮 机转 速达到 23 5 0 r mi n； 0 4： 0 6： 0 5 95 0 2 0XAY1 2EE0 0 3 XA0l 2 4 S TART CTRL BFf B S TART 0 4： 06： 0 6 9 5 0 2 0XAY1 2DU0 01 B 5 2 华 电技 术 第3 1卷 XVO l 2 4 S I ARl MUDE AC l l V E 0 4： 1 0： 0 6 1 7 2 2 0XAC1 2CS 9 01 XH0 3 2 4 ACTUAL S P EED 23 5 0 r rai n 给水泵汽轮机开始按 D E H控制器 中的预设 升 速曲线升速并超过 2 3 5 0 r ra i n ， 启动步序进入第 1 8 步， 判断冷或热态启动 ； 0 4： 1 0： 1 8 9 5 4 2 0XAY1 2DUO 01 M XV01 2 4 COL D S TART UP CURVE S EL 0 4： 1 0： 1 8 9 5 4 2 0XAY1 2 DUO 01 P XVO1 2 4 H0T S T ART UP CURVE S EL 根据 D E H控制器 的反 馈信号 ( 对 给水泵 汽轮 机缸体温度的判断) ， 给水泵汽轮机为热态启动， 启 动步序跳至第 2 3步， 该步序将给水泵汽轮机控制器 投入 自动 ， 给水泵汽轮机应根据 D E H内部转速设定 值( 在 A U T O MO D E A C T I V E的状态下) 升至 3 5 5 4 r ra i n ； 但由于运行人员的如下操作 ： 0 4： 1 1： 3 2 2 3 0 0E 2 0XAY1 2EE0 01 2 4 REMOTE S PEED S ETP c o mma nd ma n u a l OUT P2 S ET 0 4： 1 1： 4 0 3 6 4 E 2 0 XAY1 2EEO 02 2 4 BF P T B CTRL MAN AUT0 P r e s e 1 2 s e l e c t e d c o m i n g 0 4： 1 1： 4 0 3 6 4 E 2 0XAY1 2 EEO 02 2 4 BF P T B CTRL MANAUT0 P r e s e 1 1 s e e c t e d c o mi n g 0 4： 1 1： 4 0 4 6 0 OE 2 0XAY1 2EEO 0 2 2 4 BF I y r B CTRL MANAUT0 e o mma n d ma n u a l 0UTP1 S E T 0 4： 1 1： 41 3 5 4 E 2 0XAY1 2 DUO 01 C XV01 2 4 AUT0 MODE ACTI VE 0 4： 1 1： 41 3 5 4 E 2 0 XAY1 2 DUO 01 D XV0 l 2 4 MANUAL MODE ACTI VE 导致 A U T O MO D E A C T I V E状态失去 ， D E H 内部设 定值失效， 给水泵汽轮机转速停止升高， 转速维持在 3 4 4 8 r rai n 。当二次油压大于 0 3 9 M P a时 ， 由于此 时给水泵汽轮机转速低于 3 5 5 4 r ra i n ， 给水泵汽轮 机跳 闸保 护条 件满 足， 保 护 动作 ， 给水 泵 汽轮 机 跳闸。 5 跳 闸原 因的分析 0 5 ： 2 9 ， B给水泵汽轮机冲车启动过程 中跳 闸。 当时跳闸的原因为当二次油压大于 0 3 9 MP a ( 跳闸 时油压为 0 4 0 5 M P a ) 时， 转速小于 3 5 5 4 r rai n 。从 曲线上可以看到， 此时转速为3 6 3 0 r ra i n ， 似乎不小 于 3 5 5 4 r ra i n 。但实际上 ， 由于西 门子公司设定的 形成转速定值的门限回路的 回差值为 1 5 0 ， 因此 ， 实 际转速值必须至少大于 3 5 5 4+1 5 0= 3 7 0 4 ( r ra i n ) ， 逻辑回路才认为大于 3 5 5 4 r ra i n 。当时实际转速为 3 6 3 0 r m i n保护条件成立 ， 以至保护最终动作 ， 造成 给水泵汽轮机跳闸。 作者分析认为 ， 给水泵汽轮机在正常冲转过程 ， 二次油压 的大小代表着给水泵汽轮机调门的开度大 小， 当汽压低时， 为了提高转速必然导致调门开度增 大( 即二次油压增大 ) ， 当二 次油压大 于 0 3 9 MP a 时， 意味着给水泵汽轮机调 门已经具有相 当大的开 度， 在此开度下 ， 汽压正常转速应当很大 ， 如果在此 开度下转速不高于 3 5 5 4 r ra i n ( 实际是不高于3 7 0 4 r rai n ) ， 应当认定给水泵汽轮机处于一种非正常运 行状态。当运行人员释放遥控转速设定值想遥控给 水泵汽轮机时， 给水泵汽轮机 的转速应该快速提升 并超过 3 7 0 4 r rai n 。如果供汽压力不够 ， 供汽量不 足， 给水泵汽轮机的升速率达不到， 最终会导致二次 油压大于0 3 9 MP a ， 转速小于 3 5 5 4 r rai n ( 实际是小 于 3 7 0 4 r ra i n ) 此保护动作 ， 使给水泵汽轮机跳闸 ， 综上所述 ， 给水泵汽轮机的 2次跳闸均 因进汽压力 低所致。 查看给水泵汽轮机的压力 曲线可以发现， 在 冲 车过程中， 给水泵汽轮机人 口的汽压下降太快 ， 2次 跳闸时的给水泵汽轮机人 口供汽压力分别为 ： 0 2 5 0 2 6 MP a 。使转速停 留在保护动作区内， 最终造成 保护动作 ， 造成给水泵汽轮机跳闸。 6 给水泵汽轮机在启动过程中的注意事项 为了尽快启动给水泵汽轮机， 建议尽量用给水 泵汽轮机启动子组启动给水泵汽轮机 ， 启动时应注 意以下 4点 ： ( 1 ) 启 动 子 组投 入 前 应 将 控 制模 块 S P E E D C O N T R O L ( U P D O WN) 设置为“ 0 ” ， 即不处于 U P状 态也不处于 D O WN状态 ， 之后不再进行操作。给水 泵汽轮机启动子组 已经进行 了充分的优化 ， 完全能 够实现 自动启动。在给水泵汽轮机切换为遥控转速 设定值之前 ， 不要对 M A N A U T O模块 和 R MO I N T 模块进行任何操作 。 ( 2 ) 在冷态启动时， 在给水泵汽轮机转速升到 2 4 0 0 r ra i n时要暖机 1 1 ra i n ， 3 5 0 0 r ra i n时要高速 暖机 4 ra i n ； 在热态启动时 ， 在给水泵汽轮机转速升 N2 4 0 0 r ra i n时不需要暖机 ， 3 5 0 0 r rai n时要 高速 暖机 4ra i n 。这些暖机时间必须满足 ， 在暖机期间请 不要对以上控制模块进行切换操作 ， 否则 ， 肯定会延 误给水泵汽轮机的正常启动。 ( 下转第 5 9页) 第7期 杜 中平， 等： 空气预热器柔性接触式密封改造 5 9 ( 2 ) 热端径向、 冷端径 向固定密封片修 复， 并按 厂家设计要求调整； ( 3 ) 热端径向、 冷端径向柔性接触式密封安装 ； ( 4 ) 旁路 密 封 局部 更换 ， 并按 厂家 设 计要 求 调整 ； ( 5 ) 轴向密封修复 ， 并按厂家设计要求调整 ； ( 6 ) 其他空气预热器漏风处理 。 4改造后效果及经济效益分析 密封改造前 ， 1 、 2锅炉空气预热器的平均漏风 率为 1 5 左右 ， 进行柔性接触式密封 改造后 ， 在锅 炉 E C R工况下 ， 空气预热器的漏风率平均为4 6 ， 达到了国外 5 8 的先进水平 J 。 ( 1 ) 年节约费用 。按漏风率 1 5 计算 ， 一般漏 风率下降 1 2 ， 可提高锅炉效率 1 。主要来 自锅 炉排烟热损失的减少和引风机 、 送风机 、 一次风机 电 耗的下降。 按改造后空气预热器的漏风率 4 6 计算 ， 则锅 炉效率提高 0 8 7 ， 可减少煤耗 = 3 3 0 g ( k W h )X 0 8 7 =2 8 7 1 ( k W h ) 。按机 组年利 用 小时 6 0 0 0 h ， 标准煤单价 6 0 0 t 计算 ， 则 每台锅炉年节 约费用 = 6 0 0 0 h2 8 7 1 g ( k W h )1 0 0 01 0 k W 6 0 0 t _t = 1 0 3 3 ( 万元 ) 。 ( 2 ) 除节煤一项每年可节约 1 0 3 3万元外 ， 由于 引风机 、 送风机、 一次风机长时间运行而带来 的电耗 的上升 因此次技术改造而大大降低 ， 由此带来 的经 济效益非常可观。 5 结论 大唐韩城第二发电有限责任公司空气预热器采 用柔性接触式密封技术改造后 ， 目前运行平稳 ， 密封 效果好 ， 漏风率大幅下降 ， 具有很好 的节能效果 ， 经 济效益明显。 参考文献 ： 1 张春生 回转式空气预热器漏风分析与解决方案 J 热 电技 术 ， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 1 51 7 2 周英文； 任勤让 回转式空气预热器漏风大的原因及改 进 J 电力建设， 2 0 0 2 ， 2 3 ( 6 ) ： 1 21 4 ( 编辑 ： 刘芳) 作者简 介 ： 杜中平( 1 9 6 8 一) ， 男 ， 山西孝义人 ， 设备部主任， 高级工 程师， 从事电厂设备检修方面的工作。 杨森( 1 9 8 0 一) ， 男， 陕西高陵人， 锅炉专工主管， 工程 师， 从事电厂设备检修方面的工作。 杨治国( 】 9 7 3 ) ， 男 ， 陕西澄城人， 设备部主任助理， 工 程师， 从事电厂设备检修方面的工作。 马利君 ( 1 9 5 8 一 ) ， 男 ， 宁 夏 银 川 人 ， 总经 理 ， 高级 工 程 师 ， 从事电力设备管理方面的工作。 孟金来( 1 9 5 7 ) ， 男 ， 宁夏石嘴山人， 总工程师， 高级工 程师， 从事电力设备研发方面的工作。 0 ( ( 上 接 第 5 2页 ) ( 3 ) 当给水泵汽轮机转速到达 3 5 5 4 r rai n ， 而且 E N A B L E R MO S E T P灯亮时方允许切换为遥控转速 设定 值 ， 在 E N A B L E R MO S E T P灯 亮 之 前 进 行 R MO I N T的切换 没有任何意义 。若给水泵汽轮机 转速已经到达 3 5 5 4 r m i n且 已将控制器打到遥控 位 ， 给水泵汽轮机转速升速率仍没释放 ， 则是 因为给 水泵汽轮机缸体温度没有到达 2 2 0 。 C， 此 时只需等 待 ， 当缸体温度到达2 2 0 。 C时便可 自动释放升速率。 ( 4 ) 由于辅汽供给水泵汽轮机管道较 细， 在给 水泵汽轮机启动过程 中， 可能会造成机前压力过低 ( 当机前压力大于 0 2 5 MP a时允许启动给水泵汽轮 机 ， 可见压力 太低 时 ， 对 给水 泵汽轮机安全 运行不 利 ) ， 当机前的辅汽压力低于 0 3 MP a时， 极有可能 会因为相 同的原因导致给水泵汽轮机跳 闸， 在给水 泵汽轮机启动过程中， 运行人员需加强对机前辅汽 压力的的监控。 由于限值产生回路存在 1 5 0 r ra i n的回差 ( 回差 值可适当改小， 需汽轮机专业认可) ， 实际上当转速高 于 3 7 0 4 r mi n时， 方可认为转速已大于3 5 5 4 r mi n 。 为了提高给水泵汽轮机启动时的可靠性 ， 请使 用给水泵汽轮机子组完成启动过程 ， 在给水泵汽轮 机子组没有将转速切换为遥控设定值之前 ， 不要进 行不必要的操作。 ( 编 辑 ： 王 书平 ) 作者简介 ： 毕华南( 1 9 7 6 一 ) ， 男， 河北邯郸人 ， 工程师， 主要从事电 厂集控运行方面的工作。 李红艳( 1 9 7 6 一) ， 女， 河北邯郸人 ， 助理工程师， 从事电 厂仪控技术方面的工作。