sui@qdczpower.com

2. Реконструкция электрической системы отопления с конденсационной паровой турбиной мощностью 30 МВт

Обзор работы оригинальной системы

Электростанция использует полностью гидравлические или полу-гидравлические системы регулирования турбин. В процессе эксплуатации часто наблюдаются различные недостатки регулирования: вялая реакция на изменения скорости (нагрузки), чрезмерные колебания масляного двигателя, нестабильное управление скоростью, флуктуации нагрузки, медленная реакция на изменение условий или перерегулирование. Эти явления напрямую связаны с характеристиками реакции самой системы регулирования.

В системе регулирования турбины используется либо полностью гидравлическая, либо электрогидравлическая гибридная система, что отражает переходный этап в системах управления рынком. Хотя для обработки сигналов применяется электрогидравлический контроллер, система сервопривода и исполнительных механизмов по-прежнему опирается на относительно традиционные механические компоненты. Точность и чувствительность этих механических элементов не обеспечивают эффективного согласования с контроллером, что мешает всей системе достигать точного управления.

С учётом современных требований к сетям в области автоматизированного и интеллектуального управления энергетическими установками существующие системы обнаруживают следующие недостатки:

1) Измерение скорости основывается на импульсном насосе, генерирующем импульсный сигнал давления масла, пропорциональный квадрату частоты вращения. При низких частотах вращения импульсное давление масла становится незначительным, что делает замкнутый регулирование скорости технически сложным;

2) В системах балансировки потока снижение давления масла Px открывает паровой клапан, тогда как его повышение закрывает клапан. Это означает, что если маслопровод разрывается или прокладка протекает, в результате чего давление Px падает, клапан начинает открываться ещё больше — вопреки принципам безопасного проектирования.

3) Низкая жёсткость механической пружины в двигателях на сырой нефти приводит к значительной задержке отклика клапанов, что не позволяет удовлетворить требования к быстрому регулированию.

4) Система испытывает проскальзывание при определённых условиях нагрузки, что указывает на низкую жёсткость выходного момента гидромотора.

5) Извлечение пара и мощность (противодавление) не могут обеспечить саморегулирующийся контроль.

Краткое изложение недостатков исходной системы:

Во-первых, система регулирования безопасности и система смазки имеют общий масляный бак, что не обеспечивает чистоты регулирующего масла. Это значительно повышает вероятность заеданий и замедленной работы системы регулирования скорости.

Во-вторых, вся система гидравлического регулирования скорости включает в себя такие компоненты усиления передачи, как электрогидравлические преобразователи, регулирующие золотниковые клапаны, дифференциальные клапаны, гидравлические двигатели, механические рычаги обратной связи и пусковые клапаны. Схема управления системы является сложной и взаимосвязанной, что требует обеспечения стабильности на каждом этапе. Её естественная саморегулирующая способность недостаточна, что создаёт множество потенциальных точек отказа и усложняет техническое обслуживание.

План модификации оборудования

С непрерывным развитием автоматизации и интеллектуальных технологий в промышленности высоковольтные сервосистемы с электрической обратной связью для отключения стали наиболее автоматизированными и точными системами управления для малых и средних турбомашин.

DEH основывается на скоординированной работе как электрической, так и гидравлической систем. Это требует не только модификации системы электронного управления, но и капитального ремонта системы гидравлического управления, а именно:

Электронная система управления DEH: Использует новейший электронный контроллер DEH.

Гидравлическая система управления DEH: Модифицирует гидромотор регулирующего клапана высокого давления и гидромотор отборного пара, превращая их в электрогидравлическую сервосистему с независимым источником масла высокого давления.

Обновлённая автономная гидравлическая двигательная система (рисунок 1) использует независимую управляющую масляную станцию. Этот гидравлический двигатель прямого действия непосредственно приводит в действие регулирующий паровой клапан для управления подачей пара. В качестве обратной связи по положению используются электрические сигналы, что позволяет исключить промежуточные ступени усиления (такие как датчики давления и дифференциальные масляные клапаны), тем самым сокращая задержки отклика и накопленные ошибки. Эта система значительно превосходит традиционные гидравлические и переходные системы регулирования по точности регулирования, линейности и удобству эксплуатации.

Самостоятельная сервосистема с приводом от масла обладает следующими характеристиками:

(1) Высокая точность и скорость, высокая жесткость гидравлического двигателя и резервная обратная связь по чистому электрическому сигналу для обратной связи по ходу, что обеспечивает исключительную точность управления и качество.

(2) Система смазки регулирующей установки полностью отделена и независима от исходной системы смазки паровой турбины, что гарантирует чистоту регулирующего масла и при этом не влияет на него из-за колебаний в других масляных системах.

(3) Удобная настройка на месте с простым обнаружением и устранением неисправностей.

Для каждой установки предлагаются индивидуальные решения по оптимизации и модернизации с учётом её уникальных характеристик и обширного опыта полевого применения. Эти решения эффективно устраняют недостатки управления в полностью или полуавтоматических системах регулирования скорости, повышая стабильность работы, улучшая эффективность, снижая частоту отказов системы и уменьшая потребности в специализированном техническом обслуживании.

Реализация Плана:

Решение системы управления DEH:

Система DEH основана на скоординированной работе как электронной, так и гидравлической систем управления. Она требует не только внесения изменений в электронную систему управления, но также и важных модернизаций гидравлической системы, в частности.

Электронная система управления DEH:

Примите новейший электронный контроллер DEH.

Гидравлическая система управления DEH:

Преобразуйте гидромотор регулирующего клапана высокого давления и гидромотор отборного пара в электрогидравлическую сервосистему с независимой подачей масла высокого давления.

Установка модернизации:

Высокая регулируемость производительности позволяет всесторонне изменять регулировочные характеристики исходного узла, устраняя многочисленные проблемы в гидравлической системе, такие как проскальзывание нагрузки и заедание. Обеспечивает быструю реакцию и высокую точность управления качеством регулировки.

Простая установка с модернизацией: для внесения изменений на месте требуется лишь демонтировать оригинальный гидромотор и компоненты системы управления. Самостоятельный гидромотор устанавливается на место исходного мотора и подключается к независимой линии подачи масла, что сводит к минимуму необходимость проведения работ на месте. Высокая точность управления: использование полноценной автономной гидромоторной системы повышает жесткость выходного сигнала, обеспечивая стабильную работу системы управления DEH.

Особенности новой системы

● Гидравлические двигатели обеспечивают высокую жёсткость выходного момента, гарантируя исключительную точность управления и качество:

Агрегат оснащён сервогидравлическими двигателями, заменяющими оригинальные гидравлические двигатели регулятора и гидравлические двигатели экстракции. Система гидравлических двигателей работает при давлениях до 14 МПа, полностью устраняя ограничения, присущие исходной гидравлической системе. Благодаря прямому соединению клапанов через механизм распределения пара достигается высокая точность и стабильность управления. Полный замкнутый контур позиционирования обеспечивает точность позиционирования на уровне 0,01 мм. Динамический отклик и скорость закрытия гидравлического двигателя достигают 0,2 секунды, что соответствует характеристикам высоконапорных огнестойких гидравлических систем.

● Подача масла для регулирующей системы осуществляется отдельно от исходной системы подачи турбинного масла.

Система управления требует электрогидравлической сервосистемы высокой точности, для которой необходима исключительно чистая масло. Использование независимой системы подачи масла в сочетании с несколькими фильтрами высокой точности полностью обеспечивает требуемую точность фильтрации.

● Независимая газозаправочная станция

Система подачи масла была модернизирована до модульной конфигурации с использованием одного блока подачи масла. Основным преимуществом внедрения этой гидравлической приводной системы является высокое рабочее давление масла — 14 МПа, что позволяет уменьшить размер сервогидравлического привода, управляющего клапаном, при сохранении эквивалентной силы подъёма клапана.

● Резервная конфигурация системы подачи масла

Система подачи масла использует резервную конфигурацию с двумя комплектами масляных насосов, которые служат взаимными резервами для обеспечения надежной подачи масла. В качестве источника масла используются один рабочий и один резервный насос, что позволяет осуществлять переключение в режиме онлайн; система оснащена такими выходами, как блокировка при низком давлении и сигнализация при высоком давлении.

● Простая отладка на месте с удобным выявлением и устранением неисправностей

Все гидравлическое оборудование проходит заводские испытания и пусконаладочные работы, чтобы после монтажа на месте требовалось лишь выполнить простую статическую настройку перед достижением рабочих условий. К гидромоторам добавлено несколько точек мониторинга, что позволяет в режиме реального времени отслеживать данные по каждому агрегату и значительно упрощает диагностику неисправностей.

● Снизить требования к техническому обслуживанию

По сравнению с системами турбинного масла низкого давления, ежегодные мелкие капитальные ремонты не требуют разборки гидромотора; необходимо заменить только уплотнения гидравлических компонентов в насосной станции и гидромоторе.

Особенности электронной системы управления DEH:

Обновлённый контроллер DEH оснащён китайским интерфейсом «человек-машина», что повышает удобство эксплуатации системы. Он поддерживает автономную работу, регулирование термоэлектрической связи, регулирование впрыска пара, регулирование отбора пара, работу с плавающим давлением, автоматическое наращивание и регулирование скорости, управление мощностью, контроль давления главного пара, первичное регулирование частоты, онлайн-тестирование турбины, имитацию, запросы и печать исторических тенденций, а также другие функции. Это повышает уровень автоматизации и защитных мер агрегата, одновременно продлевая срок его службы.

(1) Функция автоматического регулирования и контроля

● Ускорение набора скорости

После того как оператор задаёт целевую скорость, агрегат автоматически управляет регулирующим клапаном в соответствии с эмпирической кривой, отвечающей текущему тепловому состоянию. Таким образом завершается разгон до заданной скорости, прогрев и переход через критическую скорость, после чего система переходит к стационарному режиму управления на 3000 об/мин. (Скорость разгона автоматически корректируется при пересечении критической скорости.) В процессе разгона оператор также может управлять разгоном агрегата, изменяя целевую скорость, скорость разгона, время удержания скорости и другие параметры.

● Автоматическая синхронизация

После того как турбина достигнет устойчивой частоты вращения, DEH принимает команды от устройства автоматической синхронизации для автоматического управления агрегатом на синхронной частоте вращения.

● Подключение к сети с начальной нагрузкой

При подключении генератора к сети DEH автоматически повышает заданное значение, чтобы приложить начальную нагрузку (6 МВт, регулируемую) к генератору, предотвращая обратный поток мощности.

● Рампа загрузки

После подключения к сети оператор может управлять агрегатом в режиме управления клапанами, режиме управления мощностью, режиме управления давлением или режиме CCS по мере необходимости.

● Режим управления клапаном

Оператор непосредственно управляет открытием клапана, задавая целевое положение клапана, а система DEH поддерживает это положение клапана. В этот момент нагрузка агрегата и давление пара автоматически уравновешиваются.

● Режим управления питанием

Оператор управляет нагрузкой агрегата, задавая целевую мощность. Система DEH осуществляет замкнутый регулировочный контур по мощности, используя в качестве обратной связи фактическую выходную мощность турбины и поддерживая постоянную нагрузку агрегата.

● Режим контроля давления

Оператор регулирует предтурбинное давление, устанавливая целевое давление. DEH управляет открытием клапана для поддержания постоянного давления главного пара.

(2) Функция контроля ограничений

● Ограничение нагрузки и положения клапана

Предельные значения устанавливаются вручную. DEH автоматически ограничивает нагрузку в пределах верхнего и нижнего порогов и ограничивает положение клапана ниже заданного значения.

● Ограничение обратной связи по мощности

Когда разница между фактической мощностью и заданной мощностью становится чрезмерной, петля обратной связи по мощности автоматически отключается, переключаясь на управление в разомкнутом контуре и одновременно снижая заданную мощность.

● Ограничение низкого давления главного пара

Когда давление главного пара падает ниже предельного значения, DEH автоматически уменьшает открытие клапана, чтобы ограничить нагрузку и позволить давлению главного пара восстановиться.

● Быстрое снятие нагрузки

Система DEH оснащена тремя скоростями быстрого снижения нагрузки (быстрая, средняя, медленная) для устранения различных неисправностей вспомогательного оборудования. Когда CCS подаёт сигнал о быстром снижении нагрузки, DEH снижает нагрузку до соответствующего значения с указанной скоростью.

● Управление OPC (защита от превышения скорости)

Модуль измерения скорости получает сигналы высокого ускорения для активации электромагнитного клапана OPC и сигналы напряжения коррекции ускорения. Он быстро закрывает регулирующий паровой клапан, чтобы уменьшить проскок во время переходного процесса. После задержки или когда скорость падает ниже 103% n (или 105% n0, настраиваемого), он автоматически снова открывается и поддерживает частоту вращения агрегата на уровне 3000 об/мин.

(3) Функция управления тестом

● Испытание на имитацию подключения к сети

При получении сигнала о том, что разъединитель для имитационного испытания подключения к сети открыт, DEH может автоматически координироваться с электрической системой для завершения имитационного испытания подключения к сети.

● Испытание на превышение скорости

Водитель может управлять системой с помощью ЖК-экрана, увеличивая частоту вращения и активируя защиту от превышения скорости для проверки воздействия штифта и скорости срабатывания электрической защиты от превышения скорости. Во время механических испытаний на превышение скорости заданное значение электрической защиты от превышения скорости в системе DEH автоматически корректируется с 3300 об/мин до 3390 об/мин, обеспечивая резервную защиту от превышения скорости.

● Испытание на герметичность клапана

Операторы могут использовать интерфейс ЖК-дисплея для проведения испытаний на герметичность дроссельной заслонки и расходомера с автоматической записью времени хода на отпуск.

(4) Функции защиты и контроля

● Мониторинг состояния системы

Благодаря системной сетевой передаче данных все параметры и состояния паровой турбины интуитивно отображаются на ЖК-дисплее. Система оснащена сигнализацией превышения предельных значений, аварийной сигнализацией, а также удобным доступом к элементам сигнализации. Критические сигналы, такие как срабатывание защиты, экстренное остановка и другие, оснащены функцией SOE с разрешением событий 1 мс.

Историческая база данных содержит более 500 записей, хранящих данные за период более одного года. К экранам исторических тенденций можно получить доступ в любое время.

● Защита от превышения скорости

При разъединении агрегата, когда частота вращения превышает 110% номинальной частоты, DEH подаёт сигнал для прерывания работы системы, быстро закрывая главный паровой клапан и регулирующий паровой клапан.

(5) Расширенные возможности автоматизации

● Автоматическое формирование журнала регистрации

Водители могут настраивать расписания или ежедневные/ежечасные журналы, запускаемые по событию, для автоматической записи.

● Логирование исторических данных и запись SOE

● Функциональность симуляции

(6) Основные технические характеристики

● Диапазон регулировки скорости: 200–3600 об/мин

● Точность регулировки скорости: ≤+1 об/мин

● Коэффициент отклонения скорости: регулируется онлайн в диапазоне 3%~6%

● Диапазон регулировки нагрузки: 0–120%

● Точность регулирования нагрузки: ≤+0,2% от номинального значения

● Точность регулирования давления главного пара: +0,1 МПа