引言

某電廠建設(shè)有一套STAG340E燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組,由3臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組、3臺(tái)余熱鍋爐、1臺(tái)抽凝式蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)背壓式蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組組成。

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組采用分軸布置,可選擇一拖一或二拖一運(yùn)行方式。

燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)采用GE公司的MarkVIe產(chǎn)品,余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組及其輔助控制系統(tǒng)采用南自維美德DCS產(chǎn)品。

該電廠于3431年5月完成了3號(hào)燃機(jī)控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造,將原控制系統(tǒng)完整替換為全國(guó)產(chǎn)化的華電睿藍(lán)maxCHD二GT144控制系統(tǒng),項(xiàng)目施工工期25天,實(shí)現(xiàn)了工程全部節(jié)點(diǎn)的一次成功,TCS國(guó)產(chǎn)化燃機(jī)啟動(dòng)控制畫面如圖1所示。機(jī)組改造后運(yùn)行正常,實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)改造"無(wú)擾切換"的目標(biāo)。

TCS國(guó)產(chǎn)化改造包含同期裝置改型,即新增一套同期裝置及其盤柜,以替換原控制系統(tǒng)一體化的同期板卡。為提升同期裝置替換后的機(jī)組并網(wǎng)指標(biāo),通過(guò)TCS改造前的同期邏輯以及同期裝置的特性研究,結(jié)合機(jī)組啟停階段無(wú)功手動(dòng)控制現(xiàn)狀與機(jī)組解列操作規(guī)范,技術(shù)人員提出了整套機(jī)組啟停自動(dòng)解并列與無(wú)功控制優(yōu)化方案,實(shí)踐應(yīng)用證明,該方案可縮短機(jī)組并網(wǎng)與解列時(shí)間,并實(shí)現(xiàn)無(wú)功全程自動(dòng)控制。通過(guò)對(duì)比分析,該方案的實(shí)施可提升燃機(jī)啟停階段運(yùn)行安全性與經(jīng)濟(jì)性,并網(wǎng)與解列時(shí)間等指標(biāo)優(yōu)于改造前。

1同期裝置控制概述

1.1同期裝置概述

同期裝置采用PSS660U數(shù)字式自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置,裝置配置半自動(dòng)準(zhǔn)同期并列、自動(dòng)準(zhǔn)同期并列、檢無(wú)壓并列等功能,可識(shí)別差頻及同頻并網(wǎng)方式,可對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)頻、調(diào)壓控制,檢測(cè)同期條件滿足時(shí),發(fā)出同期合閘命令。主運(yùn)行程序完成系統(tǒng)無(wú)故障情況下的狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)處理、通信處理、現(xiàn)實(shí)處理等輔助功能,當(dāng)裝置檢測(cè)到啟動(dòng)同期后,同期計(jì)算程序中進(jìn)行同期電壓/相差/角差算法計(jì)算、調(diào)節(jié)出口、閉鎖出口、合閘出口邏輯判斷等[1]。當(dāng)裝置硬件自檢檢測(cè)到異常,發(fā)裝置閉鎖信號(hào)同時(shí)閉鎖同期裝置出口,并且同期功能退出:另外,同期裝置具備通信功能,通過(guò)接入TCS系統(tǒng),并開發(fā)同期監(jiān)督指標(biāo),可實(shí)現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)指標(biāo)的監(jiān)督、統(tǒng)計(jì)功能。

1.2原控制邏輯介紹

燃機(jī)在啟動(dòng)期間,在滿足燃機(jī)轉(zhuǎn)速、電壓差、同期裝置就緒,輔機(jī)設(shè)備正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行同期。裝置檢同期控制邏輯如圖2所示。

1.3控制優(yōu)化前的運(yùn)行分析

分析TCS改造前啟機(jī)并網(wǎng)期間的性能曲線如圖3所示,當(dāng)燃機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到2900r/min至并網(wǎng)期間,存在的主要問(wèn)題有:

(1)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓需要手動(dòng)操作匹配主變低壓側(cè)電壓:

(2)運(yùn)行人員未及時(shí)啟動(dòng)同期并網(wǎng)操作:

(3)并網(wǎng)后負(fù)荷小于25MW時(shí),需要手動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)功。

上述問(wèn)題導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)至并網(wǎng)階段,并網(wǎng)至負(fù)荷小于25MW階段,并網(wǎng)時(shí)間、主變低壓側(cè)與發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓偏差、發(fā)電機(jī)功率因數(shù)控制等存在較大不確定因素。

2自動(dòng)解并列的控制優(yōu)化

通過(guò)對(duì)同期裝置的研究及對(duì)同期邏輯的解讀,并網(wǎng)時(shí)間長(zhǎng)的主要原因?yàn)槎鄠€(gè)并網(wǎng)條件未在同一時(shí)間段滿足而造成時(shí)間等待。無(wú)功調(diào)節(jié)不穩(wěn)定主要原因?yàn)槿藶椴僮鞑町悺?

控制優(yōu)化方案功能涵蓋了燃機(jī)并網(wǎng)與解列、負(fù)荷小于25MW期間的無(wú)功調(diào)節(jié)兩方面內(nèi)容,共四個(gè)階段的控制:

(1)燃機(jī)啟機(jī)升速至并網(wǎng)階段,依次啟動(dòng)勵(lì)磁裝置、同期裝置上電:在勵(lì)磁建壓期間,對(duì)勵(lì)磁電壓自動(dòng)調(diào)節(jié):在同期裝置就緒、燃機(jī)轉(zhuǎn)速與勵(lì)磁電壓等條件滿足后,啟動(dòng)自動(dòng)同期并實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。

(2)燃機(jī)并網(wǎng)后至負(fù)荷25MW區(qū)間,根據(jù)功率因數(shù),自動(dòng)增減無(wú)功。

(3)燃機(jī)停機(jī)階段,當(dāng)負(fù)荷小于25MW后,根據(jù)功率因數(shù),自動(dòng)增減無(wú)功。

(4)燃機(jī)停機(jī)階段,自動(dòng)觸發(fā)停機(jī),并根據(jù)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組工況,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)解列[4]。

2.1啟機(jī)自動(dòng)并網(wǎng)邏輯條件

優(yōu)化后的燃機(jī)啟動(dòng)階段邏輯修改如下:

(1)將勵(lì)磁裝置啟動(dòng)條件中的"燃機(jī)啟動(dòng)完成G2L3",修改為"燃機(jī)轉(zhuǎn)速大于2875r/min"。

(2)新增同期裝置上電條件為88TK風(fēng)機(jī)三取一運(yùn)行,且燃機(jī)轉(zhuǎn)速大于2905r/min,勵(lì)磁裝置已運(yùn)行。

(3)勵(lì)磁裝置運(yùn)行后的12S至2.5min,觸發(fā)勵(lì)磁裝置自動(dòng)調(diào)壓有效。調(diào)壓目標(biāo)值為(主變低壓側(cè)電壓+0.1)kV,限幅區(qū)間為13.1~14kV:勵(lì)磁電壓與目標(biāo)值偏差控制死區(qū)為-0.075~0.125kV:設(shè)定"增、減磁"的脈沖間隔為1.6S,脈寬為0.2mS。

(4)當(dāng)燃機(jī)轉(zhuǎn)速處于2998~3014r/min區(qū)間,燃機(jī)啟動(dòng)完成G2L3,勵(lì)磁電壓控制在目標(biāo)值區(qū)間,同期裝置就緒,燃機(jī)未并網(wǎng)以及兩臺(tái)88TK風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí),觸發(fā)自動(dòng)同期。

2.2自動(dòng)無(wú)功調(diào)節(jié)邏輯條件

燃機(jī)并網(wǎng)后,當(dāng)負(fù)荷小于25MW時(shí),即在啟機(jī)增負(fù)荷階段及停機(jī)減負(fù)荷階段,控制發(fā)電機(jī)功率因數(shù)在0.85~0.95區(qū)間。當(dāng)功率因數(shù)大于0.95時(shí),觸發(fā)增無(wú)功:當(dāng)功率因數(shù)小于0.85時(shí),觸發(fā)減無(wú)功:"增、減電壓"脈沖間隔為2.5S,脈寬為0.2mS。

2.3停機(jī)自動(dòng)解列邏輯條件

自動(dòng)停機(jī)規(guī)范約定操作人員將預(yù)選負(fù)荷設(shè)置為5MW,當(dāng)燃機(jī)負(fù)荷小于6MW且汽機(jī)已解列,觸發(fā)"停機(jī)解列"有效,觸發(fā)2S脈沖,置位燃機(jī)主控"停機(jī)"。

3效果分析

對(duì)比并網(wǎng)控制邏輯優(yōu)化前后,燃機(jī)2900r/min至并網(wǎng)時(shí)間,發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓最大值、最小值參數(shù)分析可知,并網(wǎng)時(shí)間在優(yōu)化后下降幅度達(dá)到了54.52%,并網(wǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性也有大幅提升(97.40%),數(shù)據(jù)如表1所示。

停機(jī)階段負(fù)荷在5MW至機(jī)組解列時(shí)間下降幅度達(dá)到72.22%,數(shù)據(jù)如表2所示。無(wú)功調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性大幅增加,效果如圖4、圖5所示。

4結(jié)語(yǔ)

國(guó)產(chǎn)化TCS系統(tǒng)的自動(dòng)解并列控制與無(wú)功控制優(yōu)化的應(yīng)用,大幅提升了并網(wǎng)同期階段機(jī)組相關(guān)控制參數(shù)品質(zhì),并網(wǎng)與解列時(shí)間大幅減少,機(jī)組負(fù)荷小于25MW階段的發(fā)電機(jī)功率因數(shù)控制品質(zhì)大幅提高,有效提升了燃機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與安全性,可推廣至相關(guān)燃機(jī)電廠。