莱钢CCPP发电控制系统优化

李金凤

（山东钢铁股份有限公司 莱芜分公司 自动化部，山东 莱芜 271104）

0 引言

莱钢热电厂CCPP（燃气蒸汽联合循环发电）绿色环保项目工程自投运以来，运行稳定，针对燃气轮机发电机组、50MW发电机组、循环水辅助系统等控制系统设备的优缺点和发电机运行时的工况等，本着节能减排优化精简的目的，本文对控制系统和设备进行了一系列的优化和改造，从而保证了控制系统和设备处于最佳状态。

1 50MW发电机稀油站自控系统优化

50MW发电机组稀油润滑装置主要用于主给水泵电动机轴承摩擦部位供送润滑油。原稀油站系统设备老化，动态响应慢，主要以现场电气手动控制为主，自动化水平低，不能有效、可靠、快速响应地保障主机给水泵设备安全运行。结合工艺控制需求，适时对其系统设备进行了改造。主要改造如下：

（1）稀油润滑系统的联锁控制：当稀油站出口油压≤100kPa，联锁启动备用稀油泵；当稀油站出口油压≥300kPa，联锁停备用稀油泵；当稀油站出口油压≤30kPa，联锁停对应的给水泵。

（2）给水泵与稀油润滑系统的联锁控制：备用给水泵的稀油站应处于运行状态，即一台稀油泵正常运行建立起备用给水泵的启动油压，备用给水泵具备启动条件，当主给水泵故障，备用泵可以立即启动。

（3）给水泵关联辅助设备安全运行保障：当1＃稀油站油箱油温≤15℃时，1＃稀油站加热器自动启动。

（4）增加生产过程参数的采集与记录，实时监测关键数据的运行情况。

通过此次主机设备稀油站系统的适应性改造，工艺电气安全性能、自动化的可控性得以完善，每台稀油润滑油泵都构成一个完整的稀油集中润滑系统，根据稀油站输油压力自动启停备用油泵，保证了润滑系统的正常工作，提高了系统的技术性能、自控程度、反应速度和稳定性，保障了发电机组的安全生产，提高了发电量。

2 优化发电机调速系统

发电机调节系统一般由传感器、传动伺服放大机构、执行机构和反馈装置等几部分组成。通过传感器探测被控参数的变化后系统作出相应的反应，传动伺服放大机构将调节系统的输出信号放大成能够推动执行机构动作的油压，使执行机构发生动作。执行机构包括调速气门以及机械传动机构，根据传动伺服放大机构的输出改变汽轮机的进气量。

作为发电机系统的控制核心，该原调速系统采用了美国WOODWARD公司的505E控制系统，主要由WOODWARD505E（505digital governor for steam turbines with split-range actuators）、SPC（Servo Positon Controller）和CPC（Current to Pressure Converter）组成。原调速系统工作流程图如1所示。转速信号通过冗余配置的MPU进入505E调速系统，与设定值进行比较，然后将比较后的信号输出到SPC，SPC同时接收来自油动机行程反馈装置LVDT的信号，通过自身的PID调节运算后输出4mA～20mA信号给CPC，CPC将电流信号转化成机构输出调节油压的大小，通过油压变化驱动液压装置调节油动机，使油动机行程达到指定位置。此调速系统存在隐患，即当LVDT出现故障时，SPC会自动发出指令将调速气门快速关闭，致使发电机故障停机。所以此调速系统需作调整，将SPC取消，调整后的调速系统工作流程图如图2所示。优化后的调速系统，调整机组的进汽量，以保证机组关键控制参数（转速、频率等）的稳定，保障机组正常开停机以及安全运转。

图1 原调速系统工作流程

图2 调整后的调速系统工作流程

3 循环水泵房5＃泵的变频改造

循环水泵房5＃泵原设计采用工频运行模式，其水泵负载在设计初期根据满负荷的工作量来选型，但在实际应用中循环水泵并非工作在满负荷工况下，尤其在冬季采暖季节。目前干熄焦发电机循环水供暖采用管路内部水经用户热交换后返回凝结器系统的闭环方式，循环水泵只是适时地补充管道内部分损耗的水量，实际运行负荷只有满负荷的30%，而且交流电机工频运行调速困难，同时高压大风机在工频状态下频繁启停困难，电力冲击较大，势必造成电能损耗和开停机时的电流冲击损毁设备，实用效能方面存在欠缺。

因此采用变频器直接控制5＃泵，变频器可实现大电机软启、停，避免了启动时的电压冲击，降低了电机的故障率，延长了使用寿命，也降低了对电网的容量要求和无功损耗。当电机在额定转速的80%运行时，理论上消耗的实际功率为额定功率的52%左右，去掉电机机械等相关损耗，其节能效率也在40%左右，同时也可以实现闭环恒压控制，操作方便灵活，可控性强。如为了循环水供水压力稳定，可增加一个PID控制回路，PID控制器根据压力变化，自动调整变频器频率输出，达到改变出口流量，维持压力稳定的目的，提升循环水控制水平，节能效率得到进一步提高。

改造后的5＃变频泵运行模式为常规变频运行，其岗位操作方式分为现场手动控制方式、DCS系统半自动或全自动控制方式。一旦变频器发生故障，瞬时切换至工频运行。当5＃变频泵变频器和工频运行方式同时出现故障时，再自动开启预留的6＃工频泵，操作方式灵活，自控程度高，有效增强了系统运行的可靠性。

4 燃气轮机与锅炉的联锁控制

燃气轮机的控制和保护要求具有高度的可靠性和安全性，该双燃料机组的自动化控制系统采用GE公司的MarkVI控制系统和ABB公司的AC800F控制系统，MarkVI与AC800F通过Modbus RTU通讯，相互交换必须的信息，共同完成QD100A的控制。QD100A燃气轮机燃烧焦炉煤气发电，并将排出的高温尾气引入锅炉后助燃高炉煤气，锅炉产生蒸汽带动蒸汽轮机发电，实现低热值高炉煤气与中热值焦炉煤气的比例高达19∶1的资源综合利用效果，优化燃机与锅炉的联锁控制，确保两者的安全运行。在此着重改造了以下两方面：

（1）燃机事故停机：燃机紧急停机时，将停机信号传至锅炉主控DCS，锅炉迅速切断高炉煤气支管和主管快切阀，同时开启氮气快开阀通入氮气；送风机出口两扇气动门自动开启，（此时送风机入口挡板常开，风机常运行），变频自动加至30%，三通阀关闭；锅炉值班人员可解除燃机与锅炉联锁，重新投烧高炉煤气（开四角气动门），提高锅炉负荷，尽快恢复锅炉的正常运行。

（2）锅炉紧急停炉：控制系统检测到停炉信号，迅速关闭锅炉四角高炉煤气气动阀、上层焦炉煤气支管气动阀，高炉煤气和焦炉煤气总管切断阀不动作，高炉煤气和焦炉煤气总管反冲快开氮气阀不动作。同时关闭三通阀挡板，开启燃机旁通烟囱，燃机正常运行。

5 结束语

通过对以上系统和设备的优化改造，整个CCPP区域的发电量大大提高，自动控制系统运行稳定，为莱钢能源动力厂创造了良好的经济效益。