浙江德能天然气发电有限公司拥有两台60MW的燃气轮机机组,其中燃气轮机、汽轮机和发电机均由南京汽轮电机厂制造,锅炉由杭州锅炉集团有限公司制造。这两台机组自2005年6月起先后开始试运行投产,但一直没有实现AGC功能。为了达到正式投产的要求,德能天然气发电有限公司与浙江大学机械与能源工程学院签订了AGC负荷控制项目实施的合同,由浙江大学负责两台机组AGC负荷控制的设计、安装与调试工作。
一、机组概况
1、燃气轮机发电机组
型号为PG6581B的燃气轮机发电机组由南京汽轮电机厂制造,其额定功率是41.89MW(GAS),额定转速5163rpm,发电效率为31.8%,燃料种类为天然气,其控制系统是美国GE公司的MARK-V控制系统。
2、汽轮机组
型号为L18-3.43-4的单缸、中压、纯冷凝式汽轮机组也是由南京汽轮电机厂制造,其额定出力为18WM,最大出力20WM,额定转速3000r/min,额定汽压3.43Mpa,额定温度440℃, 1个汽缸,级数为12级。
3、发电机
型号为QFR-38-2的隐极卧式、空气冷却发电机也是由南京汽轮电机厂制造,其额定功率为38MW,功率因数为0.8,效率98.2%。
4、锅炉
型号为Q412/551-72.3-3-3.82/450的锅炉是由杭州锅炉集团有限公司制造,其额定出力72.3t/h,额定蒸汽压力3.82Mpa,额定蒸汽温度450℃。
5、DCS
汽轮机和锅炉的DCS是由北京HollySys公司设计的国产分布式控制系统,该系统具有控制器物理位置分散、控制功能分散、系统功能分散和显示、操作、记录、管理集中的优点,而且融入了当前先进的微处理器技术、CRT图形显示技术和高速安全的通讯技术,形成了一个功能更加完善且具有决策管理性能的新型分布式控制系统。
德清天然气电厂的DCS实现方案中包括1500点以上的I/O测点,6个现场控制站(其中一个暂时未投用),1个工程师站和5个操作员站。现场控制站是直接与现场设备打交道的设备,采用ProfiBus DP总线与各I/O单元进行通讯,可以根据现场的不同需求,对现场控制站进行灵活配置,以实现顺序控制、连锁逻辑控制、过程控制、远程I/O等控制功能。工程师站主要进行控制策略组态,人机界面组态和相关系统参数设置、现场控制站的下装和在线调试、操作员站人机界面的在线修改等功能。操作员站主要完成各种监视信息的显示、查询和打印、通过人机设备实现对系统的人工干预等功能。
二、前期工作
德能天然气发电厂和浙江大学于2006年2月13日开始全面启动AGC项目,在相关的DCS、燃气轮机、电气RTU厂家以及省调的积极配合下,经过所有工作人员的努力工作,目前已经完成了所有的准备工作,其中包括以下一些具体工作:
1、AGC方案和一次调频方案的设计;
2、燃气轮机与HollySys DCS之间的通讯电缆连接、通讯参数配置和调试;
3、电气RTU与DCS之间的信号接线和调试;
4、电气RTU与省调之间的信号打通;
5、AGC方案和一次调频方案在DCS上的组态和调试;
6、1#机组负荷摆动试验;
7、2#机组负荷摆动试验;
8、根据负荷摆动实验结果优化AGC控制控制参数。
在负荷摆动试验过程中,汽轮机、燃气轮机和余热锅炉的各控制回路运行正常、功能正确;机组重要参数(如汽包水位、主蒸汽压力、除氧器水位等)都在安全范围之内,没有出现参数超限的状况;AGC控制方案功能正确,相应控制参数的设定也比较合理,完全具备了AGC试验的条件,因此特向省调申请允许进行AGC试验。
下图1和图2是负荷摆动试验过程的趋势图。趋势图1中,试验开始时间是14:22:00,试验持续时间为21分钟。负荷摆动的范围是56MW-44WM之间,从图1可以看出,在负荷从56MW-44MW过程中,机组负荷响应延迟在几秒钟之内,到负荷趋于稳定的时间大约在3.5分钟,负荷从44MW-56MW过程中,负荷响应延迟时间也非常短,到趋于稳定经过的时间大约在4.9分钟左右。
趋势图2中,试验开始时间是14:48:00,试验持续时间为25分钟。负荷摆动的范围是56MW-36WM之间,从图2可以看出,在负荷从56MW-36MW过程中,机组负荷响应延迟在几秒钟之内,到负荷趋于稳定的时间大约在4.2分钟,负荷从36MW-56MW过程中,负荷响应延迟时间也非常短,到趋于稳定经过的时间大约在7分钟左右。
两次试验过程中,机组主要参数均在正常范围内变化,没有出现超限的情况,因为我们认为现在已经具备进行AGC负荷试验的条件。
三、试验目的
1、确保AGC系统输入、输出信号接线正确,人机接口界面显示正确;
2、确保AGC系统软件组态正确,并能满足机组正常运行;
3、确保AGC系统画面组态正确;
4、确保AGC系统能够满足投运要求。
五、试验内容
1、I/O信号测试
AGC系统的信号如下表所示,共20点,分AI、AO、DO三大类。确认DCS系统经RTU至省调的遥调、遥信、遥测等所有信号的接线及通讯连接均已完成,并确认连接正确。
序号 |
名称 |
I/O类型 |
1 |
1#、2#发电机实时出力 |
AO(4-40mA) |
2 |
1#、2#发电机有功出力最高限值 |
AO(4-40mA) |
3 |
1#、2#发电机有功出力最低限值 |
AO(4-40mA) |
4 |
1#、2#发电机调节速率 |
AO(4-40mA) |
5 |
1#、2#发电机负荷指令返回 |
AO(4-40mA) |
6 |
3#、4#发电机实时出力 |
AO(4-40mA) |
7 |
3#、4#发电机有功出力最高限值 |
AO(4-40mA) |
8 |
3#、4#发电机有功出力最低限值 |
AO(4-40mA) |
9 |
3#、4#发电机调节速率 |
AO(4-40mA) |
10 |
3#、4#发电机负荷指令返回 |
AO(4-40mA) |
11 |
1#、2#发电机DCS投退信号 |
DO |
12 |
1#、2#发电机AGC允许信号 |
DO |
13 |
1#、2#发电机有功出力高限报警 |
DO |
14 |
1#、2#发电机有功出力低限报警 |
DO |
15 |
3#、4#发电机DCS投退信号 |
DO |
16 |
3#、4#发电机AGC允许信号 |
DO |
17 |
3#、4#发电机有功出力高限报警 |
DO |
18 |
3#、4#发电机有功出力低限报警 |
DO |
19 |
1#、2#发电机调度容量 |
AI(4-40mA) |
20 |
3#、4#发电机调度容量 |
AI(4-40mA) |
2、AGC试验内容
德能天然气发电厂#1和#2机组AGC系统的电厂部分是实现省调对发电机组直接实施电网负荷自动调度的关键环节。该系统主要实现以下几项功能:AGC方式的无扰投切、ADS遥调指令的高低限制、机组实发功率越限报警、ADS指令变化速率限制、机组负荷的快速响应和跟随、机组各项参数的稳定调节。AGC试验分为TE和BR两种方式。在TE方式下,由省调手动改变ADS指令,机组接收的目标负荷为一次性阶跃变化,该方式与机组负荷摆动试验基本相同,通过对各负荷段内各种不同幅度的阶跃变化试验,检验机组的快速响应能力。在BR方式下,ADS指令由AGC主站根据电网负荷需求自动给出,是一个连续反复的变化过程,这将考验机组负荷控制的随动性能,要求机组能在维持汽压稳定跟随设定值的前提下,调节机组负荷快速准确地跟随ADS指令的变化。
六、试验时间
2006年2月25日14:30~2月26日16:00。
七、试验步骤
1、I/O信号测试
确认DCS系统经至省调的遥调、遥信、遥测等所有信号的接线及通讯连接均已完成,连接正确。并完成了AGC系统的逻辑检查,确认逻辑正确.。
2、AGC试验步骤
(1) 准备试验曲线,记录以下参数的变化情况:ADS负荷指令、机组实际负荷、燃机负荷指令、汽包水位、主蒸汽温度等;
(2) 将机组AGC方式置于未投状态,在DCS侧分别模拟改变各遥信及遥测信号,由省调确认信号动作正确。省调发出遥调指令,在DCS上观察信号是否收到,精度能否满足要求;
(3) 机组稳定运行后,燃机负荷40MW,各项参数均正常稳定。将机组负荷上限设置为60MW,负荷下限设置为36MW,负荷变化率设为3 MW/min,由省调发出60MW的ADS指令,确认机组已正确收到后,将机组AGC方式置为AGC投入方式,则机组投入AGC方式运行,由省调确认收到AGC已投入的遥信信号。
(4) 省调侧将试验方式设为TE方式,AGC试验开始,省调下发ADS指令,机组减负荷,减至36MW;
(5) 省调ADS指令再次加至60MW;
(6) 省调将AGC方式切换为BR方式,机组处于BR方式下连续调节。
八、运行人员的配合和安全措施
整个试验过程需要当班运行操作员的配合和监督。试验前运行操作员要了解试验的内容,并提出意见,在试验过程中要密切观察机组各设备和运行参数的变化情况,必须保证汽包水位、主蒸汽压力、主蒸汽温度、除氧器水位等参数在安全范围之内,不能超限,一旦发现异常情况出现,有权切入手动进行调节和处理,并要求试验人员停止试验。
九、试验注意事项
试验人员在试验前要做好与值长、操作员的沟通工作,在得到值长和操作员认可的情况下方可开始试验。试验过程中以保证机组安全为第一位,一旦出现异常情况,操作员要迅速采取措施进行处理。