sui@qdczpower.com

3. Реконструкция электрической системы отопления с использованием 50-МВт паровой турбины с вытяжным конденсатором

Обзор работы оригинальной системы

Электростанция использует полностью гидравлические или полу-гидравлические системы регулирования турбин. В процессе эксплуатации часто наблюдаются различные недостатки регулирования: медленная реакция на изменения скорости (нагрузки), чрезмерные колебания масляного двигателя, нестабильное управление скоростью, флуктуации нагрузки, медленная реакция на изменяющиеся условия 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. Несмотря на то, что 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 достичь 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 оборотах импульсное давление масла становится незначительным, что делает замкнутый регулирование скорости технически сложным;

2) В системах балансировки потока снижение давления пульсирующего 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 заедания и медлительности в системе регулирования скорости.

Во-вторых, вся система гидравлического регулирования скорости включает 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 осложняет 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 основан 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 отбора 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 контроля подачи пара. В системе применяются электрические сигналы для обратной связи по положению, что позволяет исключить промежуточные стадии 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 хода, 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 исключает влияние 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 полу-гидравлических системах регулирования скорости, повышая стабильность работы, улучшая эффективность, снижая вероятность отказов системы и уменьшая потребность 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 автономной 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 объекте. 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 взамен оригинальных гидравлических двигателей регулятора и гидравлических двигателей экстракции. Гидравлическая двигательная система 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 до 0,01 мм. Динамический отклик гидравлического двигателя и скорость его закрытия достигают 0,2 секунды, что соответствует характеристикам высоконапорных огнестойких гидравлических систем.

● Подача масла для регулирующей системы отделена от исходной системы подачи турбинного масла.

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

● Независимая газозаправочная станция

Система подачи масла была модернизирована до модульной конфигурации с одним блоком 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

Вся гидравлическая 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 теплового и электрического взаимодействия, 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, моделирование, 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 до достижения стационарного режима 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 начевую 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, устанавливая 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 заданной 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 условное подключение 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, чтобы увеличить частоту вращения, что запускает защиту от превышения скорости и позволяет проверить срабатывание ударного штифта и скорость 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, выполняя функцию резервной защиты от превышения скорости.

● Испытание на герметичность клапана

Операторы могут использовать интерфейс ЖК-дисплея для проведения испытаний на герметичность дроссельной заслонки и расходного клапана с автоматической записью времени простоя.

(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 и 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, 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