《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》的编制说明.docx
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《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》的编制说明
《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》的编制说明
摘要:
新颁布的电力行业标准《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》DL/T774-2001和报批中的电力行业标准《火力发电厂模拟虽控制系统验收测试规程》采用了新的、统一的“火电厂模拟址控制系统性能测试”标准.文萃介绍了标准编制的背景和主題内容。
新标准根据不同等级、不同类型机组分别给出门办调控制系统(CCS)的合格抬标和优良抬标•制定J'新建机组各阶段验收测试的主婆内容和雯求.进一步完善附录中给出的模拟址控制系统(MCS)性能测试推标。
垠终.建立了火力发电厂MCS基建验收和最终验收的统一测试标准。
关键词:
火电厂自动控制:
协调控制系统(CCS):
模拟量控制系统(MCS)1编制背景
篡年以來•对火电厂模拟虽控制系统(MCS)的品质进行验收测试时,主婆参考了以下相关标准:
①《热工仪表及控制装过检修运行规程(试行)》水电生字[1986]93号:
②原电力部建质[1996]40号文发布的《自动投入率统汁方法》、《负荷变动试验导则》:
③原电力部建质[1996]111号文发布的《火电I:
程调整试运质址检验及评定标准》;④原电力部电综[1998]179号文发布的《火电机组启动验收性能试验导则:
5.11机组RB功能试验》:
⑤g火力发电厂模拟量控制系统在线验收测试规程^DL/T657-1998o
近几年來随着热匸自动化技术的发展.火电机组模拟量控制系统的应用水平有以下2个显着特点:
①新建火电机组模拟虽控制系统的应用水平随着协调控制技术的发展不断提商,在调试质址控制上已打破了基建与试生产的界线:
②随肴分散控制系统的发展.大S300W等级以下的火电机组通过DCS自动化改造也实现了协调控制并可参与电网自动控制发电(AGC)调节。
因此.通过对火电厂模拟虽控制系统测试标准的研尤.編制一木在测试项目和质址指标都较为统一和完整的火电厂模拟虽控制系统性能测试标准,是、1i前电力行业从爭热工自动化匸作的迫切需耍C
根据原国家经贸委电力司电力(2002)973号《关于下达2002年度电力行业标准制定的修订计划的通知》的安排.对《火力发电厂模拟量控制系统在线验收测试规程》DL/T657-1998进行修编•修編后的新标准更名为《火力发电厂模拟虽控制系统验收测试规程》。
新标准扩大J'适用范困•机组容址扩大到125-600MW■涵盖了新建或技术改造工程验收测试的徐个阶段.在测试项目和质虽指标上涵盖整个模拟量控制系统,并具有佼强的可操作性。
2火电厂模拟虽控制系统性能测试》标准和相关规程的编制过程
2002年□月,针对“火电厂模拟fit控制系统主要性能指标”进行了讨论。
増加了“RB试验”部分的内容.取消了直流炉.超临界机组控制系统性能考核部分的内容。
曾努力将超临界机组控制要求纳入规程,但由于投运的超临界机组相对较少.其控制系统性能差界也较大•从征求总见的情况來看.还难以制定其考核指标。
“火电厂模拟址控制系统主要性能指标”经过充实和完善后,形成了“火电厂模拟虽控制系统性能测试”标准.给出了火电厂模拟虽控制系统的性能测试的较为完整的抬标和测试方法,并将其編入《火力发电厂模拟虽控制系统验收测试规程》O
2003年5丿J完成了£火力发电厂模拟虽控制系统验收测试规程》(简称讥CS测试规程》)征求总见稿后.热控标准委员会再次向全国征求总见°分歧的总见仍然主要集中在两点:
一是基建验收和最终验收测试标准是否采用统一标准:
二是协调控制系统(CCS)的负荷变动试验和AGC员荷銀随试验的品质抬标。
热控标准委员会综合幹方面的反馈总:
见,根据不同等级、不同类型机组分别给出fees的合格抬标和优良指标,制定了新建机组各阶段验收测试的主要内容和要求,进一步完善附录中给出的模拟量控制系统性能测试指标。
最终,建立了火力发电厂模拟虽控制系统的基建验收和最终验收的统一测试标准。
CMCS测试规程》先后于2003年8丿]和10〃完成送审稿和报批稿。
2004年10丿]颁布的电力行业标准《火力发电厂热匸自动化系统检修运行维护规程》DL/T774-2001在模拟虽控制系统部分的测试标准采用了与$:
MCS测试规程》相一致的统一指标。
《MCS测试规程》报批稿由于等待其他几个验收测试规程的编制完成,至今一直未能颁布。
3伽CS测试规程》的主要内容
3.1适用范困
修编后的池CS测试规程》扩大J'适用范囤,其修编前后适用范困的比较见表1。
表1《HCS测试规程》修编前后适用范困的比较标准号做机容虽适用范困DL/T657-1998300MW及以上垠终在线验收测试DL/T657—200X125〜600MW新建工程各个阶段的验收测试和技术改造工程的验收测试3・2各阶段验收测试的主婆内容
(1)调试阶段的要求。
MCS在完成调整试验匸作后•调试方应按《MCS测试规程》的要求对系统进行扰动试验和功能测试.垠终验收时还可根据情况进行必要的抽察测试。
(2)168h试运行阶段的婆求。
新建机组在完成满负荷连续72.16Sh试运行后.应提供MCS可用率
统计运行记录.dCS测试规程》给出fHCS可用率统计讣算的方法和考核的要求°
(3)细调阶段的要求(基建验收要求)。
在CCS完成细调整试验后.应按必MCS测试规程》的要求进行CCS负荷变动试验。
(4)试生产阶段的要求(达标验收要求)。
在新建机组商业移交或技术改造机组正式移交生产前,应按《MCS测试规程》的要求进行协调控制系统AGC负荷跟随试验和RB试验。
(5)最终验收测试要求。
在完成
(1)〜(4)要求的全部试验之后,还应按《MCS测试规程》的要求提供试验报告和MCS可用帑统il•运行记录°在机组商业移交或正式移交生产前是否组织进行HCS的垠终验收测试应由用户决定,《MCS测试规程》给出了昴终验收测试的要求。
3.3功能测试
概括了MCS功能测试的主婆内容.包括控制方式无扰动切换.偏差报警功能、方向性闭锁保护功能和超抱控制保护功能4项的测试,对每项测试都提出了具体雯求。
(1)控制方式无扰动切换。
试验主要有AGC远方/就地控制方式的无扰动切换.CCS协调控制方式/锅炉跟随控制方式/汽机銀随控制方式之间的无扰动切换.MCS所有于•动/自动方式之间的无扰动切换.给水控制系统做/三冲虽控制方式之间的无扰动切换等内容。
(2)偏差报警功能。
主要包含测量信号偏差报警、执行器偏差报警、调节器偏差报警等内容。
(3)方向性闭锁保护功能。
主要包含CCS负荷指令増减闭锁、炉膛斥力耐低送引风机动叶调节开/关闭锁、燃料址和风虽交叉限制等。
(4)超弛控制保护功能。
通常包含CCS负荷抬令迫增/迫降、炉膛斥力防内爆超弛保护控制、机组启停时磨煤机超弛控制等c
功能测试主要采取抽测的方式进行。
3.4性能测试
(1)CCS负荷变动试唸。
CCS负荷变动试验与DL/T657-1998相比的不同点见表2。
表2CCS负荷变动试验与DL/T657-1998相比的不同点DL/T657—1998DL/T657—200X改变的理
由负荷变动虽AP二伽〜15吸AP=15%Pc使试验结果更为确定负荷变动速率(直吹式机
组)3%P€/min或5%P€/min2%Pe/mm或3%PJmin增力II2%Pe/min项,取消5%Pc/min项,更符合实际情况负荷变动速率(中储式机组)无3%PC/min或收以/min新增加内容测试结果
増减指令试验各进行3次,取各参数动态偏差平均值作为验收测试结果1~3次.可选择其中1次的试验数据作为验收测试结果
可操作性强.测试结果处理址为简也
注:
Pe为机组额定负荷。
《模拟址控制系统负荷变动试验导则》(原电力部建质[1996]40号)的规定为:
在70%〜100%MCR
正常一匸况下进行负荷变动试验.负荷变动幅度为15%MCR.负荷实际变化速率为3%MCR/minc
(2)HCS性能测试。
最终验收时•可以根据具体情况对MCS进行抽査测试,血CS测试规程》附录A给出了完整的模拟虽控制系统性能测试抬标°
(3)AGC负荷跟随试验。
在AGC控制方式下,70%〜100%负荷范闌内.负荷扌旨令以1.5%Pe/min(lL吹式机组)或2・gPe/min(中储式机组)的变化速率、负荷变动址为AP=10%Pe的斜坡方式连续増、减(或减、増)各一次的双向变动试验:
负荷变动试验中各主要被调参数的动态、稳态偏差见表3。
表3负荷变动试验中幹主要被调参数的动态、稳态偏差
参数负荷变动试验动态品质抬标AGC负荷跟随试验动态品质扌&标稳态品质扌&标直吹式机组中储式机组直吹式机组中储式机组300MW以下机组/300MW及以上机组/①②③④⑤⑥负荷指令变化速率/%Pe•min-12233341.52.0实际负荷变化速率/%Pe•min-1<1.5*】・5<2.2來2・5《
2.5<3.2农1.0<1.5//负荷响应纯迟延时间/s12090906040409040//负荷偏差/弔Pe
±3±3土3±3±3±3±5土5±1.5±1.5主汽压力/MPa±0.6±0.5±0.5土0・5±0.5土0・5±0.6±0.5±0.2±0.3主汽温度/9±10±8±8土10±8±8±10±10±2±3再热汽温度/9±12±10±10±12±10±10±12±12土3±4汽包水位/mm±60士40土40±60土10±40±60±60±20±25炉膛压力/Pa±200±150土150土200土150土150土200±200土50±100烟气含氣虽:
/%////////±1±1注:
1600MW等级直吹式机组:
指标①为合格指标.抬标②为优良指标。
2600W等级以下直吹式机组:
指标②为合格扌旨标,抬标③为优良抬标。
3300W等级及以上中储式机组:
指标④为合格指标.抬标⑤为优良抬标。
4300MW等级以下中储式机组:
指标⑤为合格指标.抬标⑥为优良指标。
(4)RB试验。
新建机组最终验收测试前应进行RB试验,其他悄况下(如对CCS的组态进行了修改)可进行RB功能模拟试验。
CMCS测试规程》附录A给出fRB功能模拟试验和RB动态试验的方法和要求。
3.5MCS可用率考核
《MCS测试规程》对MCS的自动“统计套数”给出了确定原则:
有持定的被调虽并由PID(或其他)调节器形成的闭环调节回路计为1套°
取消rMCS投入率的统讣计算.只采用MCS可用率考核.CMCS测试规程》给出r各个阶段MCS总可用率A应满足的验收要求:
①满负荷连续72>168h试运行o300MW及以上机组A^80%:
300MW以下机组A^70%:
②最终验收测试。
300MW及以上机组A390%:
300MW以下机组A280粧
《火电机组热工自动投入率统计•方法》(原电力部建质[1996]40号)满负荷连续72、168h自动投入标准为:
在168h运行期间.最少连续运行24h并且累i|•运行120h(相、"|于Ai^71%):
在72h试运行期间,最少连续运行24h并累计运行48h(相当于Ai^67%)o
4协训控制系统
协调控制系统(CCS)主要包括机组负荷描令控制.汽机主控、锅炉主控、压力设定.频率校正.RB等控制回路。
它直接作用的执行级是锅炉控制系统和汽机控制系统。
协凋控制系统主婆有4大控制子系统:
给水控制系统.汽温控制系统.燃烧控制系统和汽机控制系统°锅炉燃烧控制系统和汽机控制系统是协凋控制系统的执行级,给水控制系统通过主汽流虽前馈信号与机组负荷指令进行协凋.汽温控制系统则通过煤址或风址前馈信号与锅炉燃烧指令进行协脚。
图1为某600MW机组协脚控制系统及控制子系统相互关系示慰图。
协脚控制系统的典型代表是能虽直接平衡控制系统(DEB)和扌斤令直接平衡控制系统(DIB)o
4.1能虽直接平衡控制系统 氓元机组负荷控制DEB于1957年由L&N公司首次提出,经20女年改进和完善,战终于20世纪80年代初推岀了成熟的DEB/400(DEB-IV)协调控制系统。 DEB协调控制策略的发展见图2。 DEB控制系统中采用了以下3个重要信号: (1)P1/PT: 汽轮机一级压力对机前压力之比,代表汽轮机调门的有效阀位。 作为X虽: 调门开度的精确测氐P1/PT在汽轮机运行范圉内具有线性特性。 由于这一测虽值直接取自汽轮机1: 艺机理木身.不是人为构成的阀位信号,不受汽机阀门运行方式(讯阀或多阀).阀门木身的非线性或死区的影响.也不受锅炉侧的任何扰动或燃料系统存在问题的影响。 在DEBTI控制策略中.P1/PT曾作为汽轮机调门的阀位反馈信号首次使用,见图2(b)。 (2)PS-P1/PT: 机前压力定值乘以汽斥比值为能虽平衡信号,表征在定斥或滑压等不同运行匸况下汽轮机的能虽输入,即汽轮机对锅炉的能址需求。 这一信号建立了汽轮机负荷和调速门开度之间正确的比例关系.不受锅炉侧扰动影响•因为在这种扰动下.汽轮机一级斥力和机前压力变化是成比例的,P1/PT比值不变°在DEB-III及以后的控制策略中.都采用该信号作为汽轮机对锅炉的能虽: 需求來调节锅炉的风/煤输入指令.它为锅炉和汽轮机之间的协调提供了一种有效于•段,见图2(c)o ⑶P1+K-dPb/dt: 热虽释放信号或热址信号。 在燃煤汽包锅炉•用汽轮机一级斥力P1加上锅炉蓄能变化(用汽包压力Pb的微分表示,K为锅炉的蓄热系数)间接代表了进入锅炉的燃料址(和相应风虽)。 它既能反映燃料址的改变.也能反映燃料成分包括其发热虽的改变.燃料输送系统的机械故障也可得到快速反映°在DEB-II及以后的控制策略中,都采用了热址信号來测虽锅炉的燃料虽,这一信号在稳态或动态工况下都适用.它不受汽轮机侧扰动的影响,正确表述了锅炉供应的能址.见图2(b)、(c)。 图1600MW机组协凋控制系统及控制子系统相互关系 图2DEB协调控制策略的发展 L&N公司推荐的DEB协调控制系统DEB/100(DEBTV)如图3所示。 在DEB协调控制方式下.汽轮机自动响应机组负荷指令: 汽轮机侧的能量需求以前馈方式与锅炉侧的能址供给达到平衡.锅炉快速响应汽轮机的能虽需求。 燃烧控制系统中,还采用了能虽平衡信号的动态前馈(Ps-Px/Pr)+[d(Ps-Pi/Pr)/dJ,用以动态补偿机前压力设定点变化或负荷变化时锅炉蓄能的变化和机、炉动态响应的差界。 定斥运行时,动态前馈补偿J'负荷变化时嬰求改变汽包压力所需的锅炉蓄能变化。 负荷不变时.则补偿机前斥力定值提商所需的锅炉附加蓄能。 而在滑压运行时.更要补偿负荷和机前压力二者同时变化时要求汽包斥力变化所需的更藝的锅炉附加蓄能。 汽轮机负荷控制系统和送风控制系统都采用了串级调节.对发电机功率和烟气 含氧虽进行校正。 此外还设有负荷限值调节器(DLR)•十机组处干片常匸况时.对关健控制回路进行协调, 以保证机组运行的安全性。 负荷指令 汽机调门前令 图3DEB-IV协调控制系统原理图 4.2指令直接平衡控制系统(DIB) 现代火力发电单元制机组在一定的负荷变化范碉内.其负荷控制指令与各个子系统的控制抬令之间静 态存在着线性(或折线)比例关系°因此•越來越女的协调控制系统采用了抬令直接平衡控制策略.它结构简单、调试整定方便。 DIB协调控制系统廉理图见图4。 负荷指令 汽机调节 图4DIB协调控制系统原理图 指令直接平衡控制策略采用前馈指令十闭环校正方式•将炊元机组协调控制指令直接送至锅炉主控和汽轮机主控,这种方式使得锅炉和汽轮机同时获得最快的负荷响应。 功率修正和机前压力修正回路作为负荷变化后的滞后校正,使得机组在稳定工况获得准确的设定功率和设定机前压力。 一般采用由汽机侧对功率回路进行校正•由锅炉侧对汽斥进行校正.而'“I汽压偏差过大,锅炉的控制不能及时调整时.则由锅炉和汽轮机共同对汽斥进行控制•保证汽压偏差不超过允许范隔。 5模拟虽控制系统性能描标 5.1稳态品质抬标 在对模拟虽控制系统稳态的匸作状况进行考核评价时.需雯对稳态匸况做出具体的描述.它主要包含 2方面的要求: ①机组负荷稳定不变,一般要求机组负荷变动率Vl%Pe/min: ②没有进行辅机启停、切换.没有进行吹灰、除焦等操作。 稳态品质指标是抬机组在满足上述2方而耍求.即无明显内外扰动时•被调参数偏离给定值的允许偏差以及对控制系统稳定性的要求。 定址抬标主要有稳态偸差•此外还有一些定性抬标。 5.2动态品质扌旨标 动态品质指标是抬控制系统在受到内外扰动时.动态调节过程中被调参数備离新给定值的允许偏差抬标。 火力发电厂模拟虽控制系统应满足的动态品质指标主要有: 给定值扰动下的过渡过程衰减率、稳定时间、最大动态偏差: 负荷变动时.应满足的动态品质指标还有: 实际负荷变化速率、负荷响应纯迟延时间。 5.3过渡过程衰减率 过渡过程衰减率是反映模拟量控制系统稳定性的品质抬标。 过渡过程衰减率是指定值扰动试验中.被调参数首次过调塑Ml与第2次过涮虽M2之差与首次过调址之比。 过渡过程衰减率常用巾表示 ♦=(MrM: )/Mi 过渡过程衰减率*可以从调节系统的阶跃扰动曲线得到.过渡过程衰减率曲线如图5所示。 1-设定值;2-被调参数 图5过渡过程衰减率曲线 火力发电厂热工控制过程通常选取*=0.7〜1作为模拟虽控制系统稳定性的般佳品质抬标°«MCS测试规程》给出J'符调节系统过渡过程衰减率的品质指标.参见表I- 5.4稳定时间 稳定时间是反映模拟量控制系统快速性的品质指标。 稳定时间是指从扰动试验开始到被调参数进入新稳态值的允许偏差范隔内不再越出时的时间。 在控制系统的调节过程中•嬰使被调虽: 完全达到稳态值.理论上需要无限长的时间。 实际上,对控制系统的调节允许有一个稳定值的误差范如图6中的6。 十被调虽: 进入这个范鬧内并不再超越此范圉时. 就认为已达到稳态值.即进入稳定状态.稳定时间tS如图6所示。 1—设定值;2—被调参数 图6稳态偏差与稳定时间 《MCS测试规程》给出了各调节系统定值扰动下稳态倫差与穗定时间的品质指标.参见表5。 表5火力发电厂模拟址控制系统定值扰动下的品质指标控制系统定值扰动V最大超调Ml稳定时间tS稳态偏差6ABABABAB三冲址汽包水位40mm60ion0.7〜0・815mm25mm3min5min±20mm±25mm过热汽温喷水减温±590.75~11*C15min20min±2°C土3£再热汽富喷水减温±5C0.75~11°C15mm20min±3C±4°C炉膛压力100Pa150Pa0.75-0.920Pa30Pa40s1mm±50Pa±100Pa送风风压/差压100Pa150Pa0.75-0.920Pa30Pa30s50s土100Pa±150Pa一次风压300Pa0.75~160Pa30s50s±100Pa±100Pa磨煤机风址5%0.75〜0・91%—20s±5%±5%磨煤机出口温度3*C0・75〜0・90.6'C—5mm土39±3'C钢球磨入口风斥50Pa0.75-0.910Pa20s20s±40Pa土40Pa除氧器水位100mm0.7~0・8—10mm20mm±20nxn±20mm除氧器斥力50kPa0・75~l—1min1min±20kPa±20kPa凝汽器水位50mm0.75~1—3min5300MW等级及以上机组。 5.5动态偏差 动态偸差和稳态偏差是反映模拟虽控制系统准确性的品质抬标。 动态倫差是抬在整个调节过程中被调虽: 偏离给定值的最大偏差值,稳态偏差是指调节过程结束后被调虽偏离给定值的嚴大偏差值。 BMCS测试规程》给出了负荷变动试验中各调节系统主婆被调参数的动态偏差和稳态偏差(参见表3)。 实际负荷变化速率(%Pe/mm)=实际负荷变化虽APe/变化时间At(At为从负荷抬令开始变化至实际负荷变化达到新的目标值所经历的时间〉。 负荷响应纯迟延时间是指负荷扰动试验开始后实际负荷变化的迟延时间,即从负荷指令开始变化的时刻到实际负荷发生与捋令同向连续变化的时刻所经历的时间。 6结束语 对于火力发电厂模拟量控制系统.基建与生产采用统一的性能测试标准是历史发展的必然要求。 《火力发电厂热匸自动化系统检修运行维护规程》DL/T774-2001,以及报批中的C火力发电厂模拟虽控制系统验收测试规程》就采用了统一的“火电厂模拟址控制系统性能测试”标准。 、"|新标准颁布时,我们又在期待新一轮标准的诞生•因为发展中的超临界机组.超超临界机组.百万等级及以上机组的有关标准还有待我们制定与修订。 7参考文献 [1]陈來九.火电取元机组协调控制策略-兼析血公司协调控制的发展•火电厂热丄自动化,1993 (1): 1•〜7・ [2]DL/T774-2001《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》・
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