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·试验研究·
云冈热电直接空冷控制系统功能设计
Function of A ir2cooledCondenserControlSystem inYungangPowerPlant 华北电力科学研究院有限责任公司(北京100045) 　　李国胜　胡耀宇　李雄伟
摘　要: 对国内大唐云冈热电有限责任公司首台大型直接空冷机组的逻辑功能设计、控制策略进行了介绍, 描述了直接空冷机组运行时的逻辑联锁关系, 保护条件, 陈述了不同工况下直接空冷机组的运行方式, 直接空冷系统(ACC ) 设备的启动、正常运行和异常工况以及停机时的控制方式, 上、下级切换条件。论述了用于启动、运行、停止、保护ACC 系统的功能组控制逻辑, 和维持真空压力控制器的功能, 及根据汽轮机的排汽压力, 控制风扇电机转速的控制方式。介绍了单个风机的启动、运行、停止、保护回路和回暖霜冻保护的投入条件及两者之间的关系及其作用, 并总结了设计的成功与不足。关键词: 直接空冷系统ACC; 功能设计; 控制策略; 回暖; 霜冻保护中图分类号: TM 62113 文献标识码:A 文章编号: 100329171 (2004)0520001204
1　控制系统的结构
直接空冷系统是一个复杂的系统, 其关联了凝结水收集系统, 真空疏水系统, 闭路冷却水循环系统, 除盐水系统, 旁路系统�旁路阀等。这些关联系统均为常规设计, 其逻辑关系相对简单, 因为功能组设计太全、包括子系统过多、则会造成因为一些子系统故障而造成整个功能组故障, 反而不能实现自动控制。所以我们将其关联系统分别作各自的联锁。而ACC 设备的启动、正常运行和异常工况以及停机时的控制由主控功能组来实现, 其结构见图1。
2　ACC 的功能设计与运行
211　ACC 功能总体设计
(1) 用于启动、运行、停止、保护ACC 系统的功能组控制逻辑。具体为控制配汽管道上的蒸汽隔离阀及各风扇, 使其在一定条件下按照一定的
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图1　控制系统结构图顺序运行或停止。风机转速级配置见图2。在系统运行时按配置图及上、下切换条件, 切除或投入各组风机, 以实现ACC 系统的稳定性及经济性。
1 (2) 一个压力控制器, 它的功能是根据汽轮机的排汽压力, 控制风扇电机转速, 来维持真空。无论蒸汽负荷如何变化以及冷却空气的温度值是多少, 根据风机转速级配置图, 通过调节风机转速, 使汽轮机的排汽压力保持恒定值。
2 (3) 单个风机的启动、运行、停止、保护回路。设计了每个风机的“自动”和“手动”两种控制方式。自动时, 风机接受压力控制器的指令改变风机转速实现调节功能。风机的转速控制由每台风机配备的变频器实现。手动时, 由操作员控制风机转速来控制排汽压力。可以分别进行单个风机的启、停操作实现单个风机的维护, 也可将单个风扇切至手动控制, 而其

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(b)A1—在第1 单元排汽支管上的隔离阀　A2—在第2 单元排汽支管上的隔离阀　A3—在第3 单元排汽支管上的隔离阀A4—在第4 单元排汽支管上的隔离阀　A5—在第5 单元排汽支管上的隔离阀　A6—在第6 单元排汽支管上的隔离阀C—顺流凝汽管束�风机　D —逆流凝汽管束�风机　Row MAG 10 —第一排风机AM 001 —第一排风机的第一台风机图2　风机转速级配置图
它风机仍然由汽轮机排汽压力控制器进行控制, 以实现特殊工况的控制功能。
(4) 风机和蒸汽隔离阀综合自动控制用于实现在最低蒸汽负荷下以及冬季环境温度低于2℃时, 控制风机的启停、蒸汽隔离阀的启闭。通过回暖功能和霜冻保护实现系统防冻。
212　ACC 功能组控制启动条件
1 (1) 在功能组运行前, 确定启动抽真空已经完成, 确保真空系统中残留的空气量尽可能少。此功能是通过由投入真空泵及相关真空系统联锁实现。
2 (2) 排汽主管、支管和ACC 管束中被充满蒸汽, 否则各风机不能投入运行。此先决条件的标志是ACC 管束的下联箱中凝结水的温度开始升高到高于环境温度值时, 也就是说, 必需有至少5K 的温差, 并且温度必须高于35 ℃。

213　ACC 功能组的启动方式
投入功能组时根据环境温度及风机转速级配置确定, 步序跟踪的设计依据为ACC 顶端的配汽管道上的蒸汽隔离阀处于开启或关闭的状态。
(1) 当环境温度不低于2℃, 凝结水温大于35 ℃时(信号2 取1), 并且凝结水的温度(平均值) 与环境温度的温差大于+ 5 K 时,ACC 的风机控制被置于第7 级。风机全启且被置于最低转速。可将风机投入自动来调节排汽压力。
(2) 在冬季环境温度低于2℃启动时, 除第30
排外, 所有配汽管道上的蒸汽隔离阀都将被关闭。当平台上凝结水的温度大于35 ℃时(2 取1
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信号), 并且凝结水温度(平均温度) 与环境温度的
温差大于+ 5 K 时,ACC 的风机控制将置于第1
级, 第3 排(Row 30) 的风机将被置于最低转速。
当通入ACC 的蒸汽量增加时, 按照风机转
速级配置图的顺序, 其它的风机排将逐步投入运
行。可随着风机投入运行将风机投入自动。
214　ACC 功能组的运行方式
(1) 正常运行方式
功能组正常运行后可投入自动方式, 风机将
在最高转速和最低限速之间的范围内运行。在投
入自动的情况下, 汽轮机排汽压力控制器提供风
机的正确转速控制, 并且有2 种运行方式, 即汽轮
机运行方式和旁路运行方式。
汽轮机运行方式, 设定值背压值为16 kPa
旁路运行方式, 设定值为30 kPa
按照风机转速级配置图, 通过改变风机的转
速以及开启或关闭配汽管道上的蒸汽隔离阀, 可
以使冷却空气的流量与运行条件(各种蒸汽负荷
和冷却气流的温度) 相协调, 从而使汽轮机排汽压
力(设定值) 保持恒定。
当配汽管道上的隔离阀被开启或关闭时, 在所期望的设定值附近会不可避免地产生上下波动。然而, 它们可以保持在汽轮机所允许的范围内。控制的原理是在较大的或突然的负荷变化发生时, 确保能快速反应。这是由一个PI 控制器实现的。通过压力变送器测得的汽轮机排汽压力的实际值会与设定值进行比较, 而此设定值是基于
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控制系统的给定值。
ACC 的风机功能组用于调节风机或风机群的转速, 并且根据风机转速级配置图停止或启动风机或风机群。风机转速级变化的条件在正常运行期间, 当环境温度不低于2°
C 时,ACC 在第7 转速级运行。风机的转速将根据实际的汽轮机排汽压力与设定值之间的偏差进行调整。只在环境温度低于2℃时, 风机转速才会按照风机转速级配置图进行调整。最低转速设定值(当风机由变频器控制时) 是用来保护风机电机的。通过变频器控制, 风扇的电机会在最低和最高转速之间以无级变速运行, 或者在低蒸汽负荷的条件下停机。
额定最高转速: 　　　　50 Hz 　　20 mA
最低转速: 10 Hz 　　712 mA
停机: 0HZ 　　4 mA
(2) 向下级切换
当持续发生低蒸汽负荷时, 即汽轮机实际排汽压力低于设定值, 并维持了一定时间之后, 整排的风机转速会向下级切换和停机。除了第7 转速级, 对于所有风机的转速级都有转速限制, 以便减小各个风机排的凝汽性能的不均衡性, 从而避免凝结水的聚集。
风机向转速下级切换的条件, 当环境温度低于2℃, 并且风机转速小于“LOW ”12 Hz, 并且实际排汽压力小于设定值或者小于最低值时, 在切换时段中, 排汽压力控制器被设置在关闭状态。
在风机的最低转速(10 Hz) 和切换动作的低转速(12 Hz) 之间会有一个滞后。
(3) 上级切换
根据蒸汽负荷的增加, 即汽轮机实际排汽压力高于设定值并维持了一定时间之后, 整排的风机转速会向上级切换和启动。实际排汽压力的持续增加就会导致风机转速级的上调。
风机转速向上级切换的条件:
6～7 转速级切换条件为当环境温度高于5℃
3～6 转速级切换条件为当环境温度高于2℃
1～2 转速级切换条件为当实际排汽压力大于设定值10 kPa, 或者当实际排汽压力大于设定值(计时器), 并且风机转速大于“H IGH ”(20 Hz)。
当实际排汽压力大于设定值, 并且第3 排(row 30) 的凝结水温度大于35℃(信号2 取2) , 并且温差dT (凝结水温度�环境温度) 高于5K 时, 在切换时段中, 排汽压力控制器被设置在闭锁状态。
当某一排的风机在被切换到启动状态后, 也
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就是说, 在蒸汽隔离阀被开启后, 只要该排凝结水的温度条件未得到满足(参见ACC 的启动过程), 该排的风机仍将保持停止。而正在运转的风机排上的风机也将降低到最低转速。为了实现无扰, 向上级切换程序中设置了计时器, 时间为3 m in, 在风机第2～6 级的最高转速(25 Hz) 和切换动作的高转速(20 Hz) 之间会有一个滞后。
(4) 特殊运行工况
当蒸汽被从汽轮机系统引出用于其它用途时, 比如用于小区供热, 当这些设备发生故障跳闸时, 会有一个突然的大负荷被引入凝汽器。这会使汽轮机的排汽压力突然升高。为了克服该压力尖峰, 应直接切换到导向风机转速配置状态。这时所有在凝汽器顶部的隔离阀都将被开启, 也就是说, 无论所要求的凝结水的温度条件是否得到满足, 所有在配汽管道上的阀门都将被开启, 并且风机的转速直接按照相应的转速运行(见表1)。鉴于ACC 的凝汽能力, 因此上述快速切换是与环境温度有关的, 并按照下表执行。　　　
表1　转速设定值与环境温度的关系
环境温度�℃
转速设定值�%
< -8℃
所有隔离阀开启, 风机转速设定在50
> -8 并且< + 5
所有隔离阀开启, 风机转速设定在75
> + 5
所有隔离阀开启, 风机转速设定在100

215　ACC 的停机功能组
风机的停机是由汽轮机排汽压力和蒸汽的质量流量决定的, 而且根据风机转速级配置图的顺序实现停机。下面是停机顺序:ACC 的进汽被停止, 即汽轮机的主汽阀和汽轮机旁路阀被关闭, 并且处于手动方式。如果风机处于第7 调速级时(step 7) , 即当环境温度不低于2℃, 那么风机将以最低转速运行; 或者如果当风机处于第1 调速级时(STEP 1), 即在极低温情况下, 所有的风机都停机。如风机在2～6 级时, 风机先向下切级至1 级后停运。
3　ACC 的保护设计
(1) 风机配备有振动保护开关和齿轮减速机润滑油流量保护开关。当振动的振幅发生异常高的情况时会发出信号指示。他们随后会切断相应的电机, 并且向中控室发出报警信号。只有等核查确认之后, 该风机才可以被再次启动。当齿轮减速机润滑油的供油流量降到低于最小允许流量时, 该风机将被停机。
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(2) 防冻(仅当环境温度小于2℃, 且“回暖”功能未投入时实施), 排汽压力控制器的功能正常, 可以避免汽轮机排汽压力的不断降低。因此可以避免在凝汽器内部聚集大量的空气。在某些变工况条件下, 也就是说, 当排气�排空系统发生故障时, 或压力控制器发生故障时, 超常量的空气将涌入真空系统, 当检测凝汽器联箱的凝结水温度时就会发现凝结水过冷。无论何时, 当冷却空气的温度降到低于某一值(2℃) 时, 凝结水的过冷保护就成为空冷凝汽器至关重要的内容。凝结水的过冷很容易因结冰导致凝汽器管束的堵塞, 如果频繁发生, 凝汽器管束就可能被严重损坏。因此, 电厂在接近冰点温度下运行时, 要严格采取一切措施避免过冷现象。
防冻保护的设置: 当环境温度低于2℃时, 并且当某风机排的凝结水温度低于20 ℃时(信号2 取1 ), 该排(比如第10 排风机) 的顺流风机将被停机。
设置到正常运行方式: 当环境温度大于5℃时, 或者当某风机排的凝结水温度高于35 ℃时(信号2 取2), 该排的顺流风机将被启动, 其转速将按照逆流风机的转速进行调整。
(3) 逆流管束回暖的设置(仅当环境温度低于2℃时实施): 在正常运行期间, 并且当环境温度低于某一结霜(在从水蒸汽变成固态时形成的松散的冰颗粒) 点时, 在逆流凝汽管束风机以的上部会结霜, 这是由于那里有不可凝气体的过冷现象发生。如果这种状况持续一段时间, 比如在24 h 内环境温度始终低于冰点, 就可能会逐渐地堵塞逆流凝汽管束芯管的下端, 并且妨碍不可凝气体的排出。
作为一种保护措施, 逆流管束的风机必须在一定的运行时间间隔内停机5 m in, 以便逆流凝汽管束的芯管被再次回暖, 从而融化可能已经形成的冰霜。
当“防冻保护”功能被投入时, 逆流凝汽管束回暖功能将不被投入。
当环境温度低于2℃时, 一台逆流凝汽管束风机以25 Hz (50% ) 反方向旋转5m in, 而其它风机保持运行。先从第1 排风机(Row 10) 开始, 该排风机中的逆流凝汽管束风机被停机, 在随后的一段等待时间后(空转时间), 被切换成仅以25Hz 转速的反向旋转。在5m in 的回暖时间之后, 该风机被再次停机, 并经过等待时间后, 该风机的转速被调节到同一排其它风机相同的转速和方向。然后进行第2 排风机的逆流凝汽管束风机的回暖, 等等。当环境温度高于5℃时, 切换到正常运行方式, 回暖周期将被停止, 并且以正常运转方式继续运行。
4　ACC 设计的完善
ACC 无需紧急停机, 而且ACC 一旦启动之后, 总是处于备用状态。电动设备是由相关的功能组或自动控制系统进行保护的。但在不稳定情况下, 比如说蒸汽旁路减压阀和喷水阀被关闭时( 跳闸), 甚至整个电厂发生故障( 全厂停电), 凝汽系统都需要保护功能。保护功能必须可靠。否则将可能导致ACC 和蒸汽管道的过压或过热、排汽管道和汽轮机灌水。从汽轮机运行方式切换到旁路运行方式时, 汽轮机跳闸供热系统的跳闸, 和汽轮机岛运行方式时的ACC 运行方式及其逻辑保护、联锁还有待于进一步的总结和完善。　
5　小结
220 MW 直接空冷机组在我国属首次应用, 本控制设计从调试、冬季满负荷运行效果来看情况良好。
(收稿日期: 2004203225)