1.前言
1997年11月，我們接到山東省電力工業(yè)局“魯電調(diào)（1997）389號(hào)”文件，要求山東電網(wǎng)各大電廠制定出投入AGC（Automatic Generation Control,自動(dòng)發(fā)電控制）功能的計(jì)劃，并在兩年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
我們接到文件后，感到壓力很大。當(dāng)時(shí)，我廠熱控設(shè)備先天不足，存在很多難以消除的缺陷，比如，汽機(jī)是東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的D42型機(jī)，汽機(jī)控制系統(tǒng)是上海新華公司生產(chǎn)的DEH－Ⅲ型（電液并存型中壓抗燃油系統(tǒng)）。國(guó)內(nèi)此類型的DEH系統(tǒng)無(wú)一套能投入正常運(yùn)行，山東電網(wǎng)有七臺(tái)300MW機(jī)組用此類控制系統(tǒng)，其中我廠占四臺(tái)。將DEH改造成純電調(diào)高壓抗燃油系統(tǒng)的方案還存有疑慮，且沒有300MW機(jī)組改造成功的先例。一旦改造失敗，后果不堪設(shè)想。CCS、FSSS、DAS等系統(tǒng)都是由不同廠家配套的已經(jīng)落伍的設(shè)備，存在故障率高、備件難買、數(shù)據(jù)不共享、新功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)等缺陷。
由于DEH及CCS部分子系統(tǒng)不能投入自動(dòng)，所以CCS的協(xié)調(diào)控制功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)AGC功能是不可能的。因此，必須對(duì)熱控系統(tǒng)進(jìn)行*改造，這既是企業(yè)自身發(fā)展的需要，也是電網(wǎng)發(fā)展的需要。
2.方案論證及前期準(zhǔn)備
*，AGC是指根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷指令控制發(fā)電機(jī)功率的自動(dòng)控制系統(tǒng)，是當(dāng)今電力生產(chǎn)自動(dòng)化水平的zui高境界。若發(fā)電機(jī)組能長(zhǎng)期可靠地在AGC方式下運(yùn)行，不僅說(shuō)明這臺(tái)機(jī)組可控性能好、自動(dòng)化水平高，而且，標(biāo)志著這個(gè)企業(yè)管理水平高、職工技術(shù)水平高。
實(shí)現(xiàn)AGC功能絕不是一件簡(jiǎn)單的事情，不是做一下表面文章就可以達(dá)到的。必須做大量的扎實(shí)、細(xì)致的工作。
1998年初，我廠將DEH、CCS等主要熱控系統(tǒng)改造列入當(dāng)年的重點(diǎn)技改項(xiàng)目，2月下旬，即派出科技副總帶領(lǐng)有關(guān)技術(shù)人員去湖北省荊門熱電廠收資、調(diào)研，對(duì)其#5機(jī)組（200MW）由純液調(diào)改為純電調(diào)的情況進(jìn)行了詳細(xì)地了解，并寫出可行性報(bào)告。
3、4月份，結(jié)合CCS改造，邀請(qǐng)西安熱工研究院和山東電力工程咨詢?cè)簠f(xié)助我廠對(duì)熱控系統(tǒng)改造方案進(jìn)行宏觀論證，同時(shí)與新華公司和上海福克斯波羅有限公司就DEH、CCS改造進(jìn)行了探討。由于?？怂共_公司生產(chǎn)的DEH系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)無(wú)應(yīng)用實(shí)例，zui后確定使用新華公司DEH-ⅢA純電調(diào)高壓抗燃油控制系統(tǒng)和XDPS-400分散控制系統(tǒng)（DCS）對(duì)我廠熱控系統(tǒng)進(jìn)行改造。
5月份，我廠成立了熱控設(shè)備改造領(lǐng)導(dǎo)小組，并挑選技術(shù)尖子組成了工作小組，著手對(duì)#1機(jī)組熱控系統(tǒng)實(shí)際情況摸底、排查，研究對(duì)策，制定方案。在大修前的五個(gè)月里，僅DEH改造就分別在東汽、電廠和新華公司召開了三次技術(shù)聯(lián)絡(luò)會(huì)，解決了大量技術(shù)難題。選派12名運(yùn)行和檢修人員赴制造廠參加培訓(xùn)和監(jiān)造，及早消化技術(shù)資料。
進(jìn)入10月份以后，領(lǐng)導(dǎo)小組每周舉行一次改造協(xié)調(diào)會(huì)，將存在的問題及限期整改意見寫入會(huì)議紀(jì)要，由生產(chǎn)技術(shù)部門監(jiān)督執(zhí)行。10月底，#1機(jī)組大修準(zhǔn)備工作基本結(jié)束，大修項(xiàng)目計(jì)劃表、網(wǎng)絡(luò)圖、安全技術(shù)措施、調(diào)試措施、圖紙資料等技術(shù)文件都下發(fā)至有關(guān)班組，只待設(shè)備出廠驗(yàn)收。
3.方案實(shí)施
1998年12月5日至1999年2月4日和1999年6月14日至8月12日，華能德州電廠#1、2機(jī)組分別進(jìn)行了大修，兩次大修改造范圍基本一樣，大修中應(yīng)用新華公司提供的XDPS-400系統(tǒng)將原獨(dú)立的幾套控制系統(tǒng)改造為具有五個(gè)子系統(tǒng)的較完整的DCS（包括CCS、DAS、DEH、MEH、BPC）。實(shí)現(xiàn)了分散控制、數(shù)據(jù)共享,完成了熱控系統(tǒng)的升級(jí)改造.改造后的DCS系統(tǒng)共設(shè)有MMI（人機(jī)接口站）10套，其中工程師站3套，歷史數(shù)據(jù)站1套，操作員站6套。
下面圍繞AGC功能的投入，重點(diǎn)介紹自動(dòng)控制系統(tǒng)的改造情況：
3.1DEH、MEH、BPS改造：
DEH、MEH和BPS三套系統(tǒng)選用了新華公司生產(chǎn)的DEH-ⅢA、MEH－ⅢA和BPS－I型控制系統(tǒng)（液壓系統(tǒng)使用同一套EH油站），實(shí)現(xiàn)了汽機(jī)島控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)一體化，開創(chuàng)了國(guó)產(chǎn)300MW機(jī)組汽機(jī)島一體化改造的先河。
使用DEH-ⅢA取代原簡(jiǎn)易DEH-Ⅲ系統(tǒng)，即高壓純電調(diào)抗燃油控制系統(tǒng)取代原來(lái)電液并存中壓抗燃油系統(tǒng)，并增加ATC功能。新系統(tǒng)有五只機(jī)柜，兩對(duì)DPU，一對(duì)用于基本控制，一對(duì)用于ATC計(jì)算。與MEH、旁路系統(tǒng)公用工程師站1套。
使用MEH&BPC取代原新華公司MEH-Ⅰ和歐陸公司的旁路系統(tǒng)。MEH&BPC系統(tǒng)共有2個(gè)機(jī)柜、2對(duì)DPU控制，一對(duì)用于A小機(jī)，另一對(duì)用于B小機(jī)及旁路控制系統(tǒng)。改造后，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和控制功能均達(dá)到要求。
3.2CCS改造
?。＃薄?機(jī)組原CCS為SPEC200MICRO組裝式控制儀表，經(jīng)過(guò)近8年的運(yùn)行，設(shè)備存在較多難以消除的缺陷，其功能也比較落后，在組成較為復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)已感到困難，再加上執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥門等方面原因，協(xié)調(diào)系統(tǒng)一直未能投入，自動(dòng)投入率不高。
根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況，對(duì)原系統(tǒng)組態(tài)進(jìn)行了修改。機(jī)組主控制系統(tǒng)作為整個(gè)機(jī)組控制的核心，它接受外部負(fù)荷指令、頻差信號(hào)、壓力信號(hào)和機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和調(diào)節(jié)任務(wù)，對(duì)負(fù)荷指令進(jìn)行處理，并選擇相應(yīng)的運(yùn)行方式，使之與機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)荷能力相適應(yīng)，協(xié)調(diào)機(jī)爐負(fù)荷，并進(jìn)一步發(fā)出機(jī)爐協(xié)調(diào)動(dòng)作的指令，即汽機(jī)指令送往汽機(jī)DEH，鍋爐指令送往鍋爐燃燒系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷控制、頻率控制和壓力控制。其主要功能有∶
（1）機(jī)組負(fù)荷指令形成
?。?）機(jī)組邏輯保護(hù)
?。?）機(jī)組各種運(yùn)行方式的選擇和切換
燃燒控制系統(tǒng)是主控系統(tǒng)的子系統(tǒng)。它接受主控系統(tǒng)發(fā)出的鍋爐指令，完成對(duì)鍋爐負(fù)荷的控制。
燃燒控制系統(tǒng)包括燃料控制系統(tǒng)、送風(fēng)控制系統(tǒng)和引風(fēng)控制系統(tǒng)。分別以給粉機(jī)轉(zhuǎn)速、送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉和引風(fēng)機(jī)入口擋板為控制手段來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐燃燒量、總風(fēng)量和爐膛壓力的控制。
燃料控制系統(tǒng)中，燃料量的測(cè)量采用熱量信號(hào)，給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)僅作為偏差監(jiān)視。
此系統(tǒng)中，由于原控制方案的不盡合理，在自動(dòng)投入后，效果不好，加之滑差電機(jī)可靠性太差，在投切給粉機(jī)等變工況下，汽壓變化較大。改造后的燃燒控制系統(tǒng)在控制策略和實(shí)施方案上均有重大改進(jìn)，在自動(dòng)狀態(tài)下根據(jù)負(fù)荷的變化，按照一定規(guī)律可以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)給粉機(jī)及二次小風(fēng)門的切投和操作，使鍋爐燃燒達(dá)到*狀態(tài)，減少鍋爐爆燃和滅火等事故的發(fā)生，達(dá)到降低煤耗、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。
送風(fēng)控制系統(tǒng)中，風(fēng)量測(cè)量采用了溫度校正以減少測(cè)量誤差，通過(guò)氧量控制回路對(duì)實(shí)現(xiàn)總風(fēng)量加以校正，來(lái)實(shí)現(xiàn)*空氣過(guò)量系數(shù)燃燒。原系統(tǒng)中，由于風(fēng)量、氧量信號(hào)測(cè)量不準(zhǔn)確，執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)特性不好等原因，自動(dòng)一直未能投入。
引風(fēng)控制系統(tǒng)中，采用三臺(tái)變送器選中進(jìn)行爐膛壓力測(cè)量，采用風(fēng)量信號(hào)對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行前饋控制。
?。＃掣呒铀豢刂频?1套系統(tǒng)，原設(shè)計(jì)為基地調(diào)節(jié)儀調(diào)節(jié)。由于信號(hào)脈沖管路太長(zhǎng)，在信號(hào)傳輸過(guò)程發(fā)生相移和時(shí)滯現(xiàn)象，造成自動(dòng)投入一直不好。進(jìn)入DCS變?yōu)殡娦盘?hào)控制，解決了這一難題。
3.3就地設(shè)備改造
原風(fēng)量測(cè)量裝置采用機(jī)翼式，用于測(cè)量二次風(fēng)、一次風(fēng)及磨熱風(fēng)流量。該測(cè)量裝置易堵、測(cè)量不準(zhǔn)，一直是困擾我們不能投送風(fēng)自動(dòng)的難題。風(fēng)量信號(hào)的準(zhǔn)確性、快速性，直接影響自動(dòng)系統(tǒng)的可靠投入。此次大修，我們經(jīng)收資調(diào)研，選用山東電力研究院設(shè)計(jì)制造的雙文丘利管式風(fēng)量測(cè)量裝置。改造后測(cè)量精度提高，易堵現(xiàn)象明顯改觀，將送風(fēng)自動(dòng)投入。
給粉機(jī)轉(zhuǎn)速控制原設(shè)計(jì)采用滑差電機(jī)控制，每臺(tái)給粉機(jī)配一臺(tái)滑差控制器，每層配一個(gè)操作器。因滑差控制器質(zhì)量低，性能差，控制效果很差，造成給粉機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)大，加上給粉機(jī)下粉不均勻，使鍋爐燃燒調(diào)節(jié)效果不佳，汽壓波動(dòng)較大，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。此次大修我們將２０臺(tái)給粉機(jī)由滑差電機(jī)控制改為變頻控制。改造后，調(diào)速精度高，速度快，調(diào)速特性大大提高，并且每臺(tái)給粉機(jī)可根據(jù)不同情況單獨(dú)加偏置，以適應(yīng)不同給粉管對(duì)不同風(fēng)速的要求，加以適當(dāng)周界風(fēng)配比，使鍋爐燃燒工況大大改觀，汽壓調(diào)節(jié)響應(yīng)迅速，汽壓波動(dòng)很小，為機(jī)組穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行打下了良好的基礎(chǔ)。
原二次風(fēng)門執(zhí)行器為國(guó)產(chǎn)ZWK-１型氣動(dòng)執(zhí)行器。采取分層控制，每層配一個(gè)Ｆisher640電/氣轉(zhuǎn)換器。由于氣動(dòng)執(zhí)行器質(zhì)量欠佳，爐四角保溫效果差，造成氣缸密封圈因過(guò)熱損壞，氣缸漏氣嚴(yán)重，執(zhí)行器經(jīng)常拒動(dòng)，以至輔助風(fēng)、周界風(fēng)、過(guò)然風(fēng)控制系統(tǒng)不能投入自動(dòng)，或雖能投入但調(diào)節(jié)效果很差，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。此次大修，我們采用北京科建公司提供的進(jìn)口氣動(dòng)執(zhí)行器，將５２臺(tái)風(fēng)門改為可單個(gè)調(diào)節(jié)，并且所有信號(hào)、氣源管路重新用不銹鋼管配置，改造后，執(zhí)行器動(dòng)作靈活可靠，可控性大大增強(qiáng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)效果有很大提高。由于風(fēng)煤比合適，鍋爐燃燒充分，使機(jī)組經(jīng)濟(jì)性能有進(jìn)一步提高。
4.AGC功能的實(shí)現(xiàn)
AGC功能，簡(jiǎn)言之，即是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)直接接受電網(wǎng)調(diào)度中心控制計(jì)算機(jī)發(fā)出的負(fù)荷指令信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷，確保電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)由負(fù)荷管理中心（主畫面）和機(jī)爐控制系統(tǒng)兩部分組成。
4.1負(fù)荷管理中心包括負(fù)荷指令的形成、運(yùn)行方式選擇和汽壓指令形成。
4.1.1負(fù)荷指令的形成：
負(fù)荷指令一般由運(yùn)行人員給定，當(dāng)實(shí)現(xiàn)AGC時(shí)，由電網(wǎng)調(diào)度中心直接發(fā)出，如果參加一次調(diào)頻時(shí)，頻率偏差信號(hào)作為分量加入到負(fù)荷指令中去。
當(dāng)發(fā)生RB時(shí)，負(fù)荷指令由RB功能送出，根據(jù)不同的事故，發(fā)出不同的降負(fù)荷速度和指令。發(fā)出的負(fù)荷指令受到大小值的限制，使負(fù)荷指令在機(jī)組允許范圍之內(nèi)，并通過(guò)負(fù)荷變化速率限制。定壓和滑壓（變壓）兩種運(yùn)行方式速率是不同的，前者為5MW/min，后者為4MW/min。
負(fù)荷系統(tǒng)手動(dòng)時(shí)，負(fù)荷變化速率不限制，在發(fā)生迫升時(shí)，通不過(guò)降負(fù)荷指令，但手動(dòng)操作可以降。
當(dāng)發(fā)生迫升或迫降時(shí)，對(duì)zui終負(fù)荷指令進(jìn)行增、減修正，以適應(yīng)燃燒系統(tǒng)狀態(tài)。
為了方便運(yùn)行，在負(fù)荷自動(dòng)時(shí)，負(fù)荷指令跟蹤實(shí)際負(fù)荷指令，在滑壓運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷指令轉(zhuǎn)換成滑壓的壓力設(shè)定值，此設(shè)定值運(yùn)行人員可以通過(guò)偏置加以修正。
4.1.2運(yùn)行方式選擇：
以主次來(lái)分，有爐跟蹤、機(jī)跟蹤兩種。
從汽壓參數(shù)來(lái)分，有定壓、滑壓兩種。
從上面兩種方式綜合和實(shí)用的角度分類，共有：
?。?）爐跟機(jī)定壓協(xié)調(diào)系統(tǒng)
（2）爐跟機(jī)滑壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)
?。?）機(jī)跟爐滑壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)
（4）爐調(diào)定壓協(xié)調(diào)系統(tǒng)
?。?）機(jī)調(diào)定壓系統(tǒng)
共五種方式，根據(jù)機(jī)組狀態(tài)運(yùn)行人員，可自由選擇。
一般來(lái)講，多選擇（1）、（2）方式，機(jī)或爐不正常時(shí)可選（4）或（5）運(yùn)行方式。
4.1.3汽壓指令的形式
定壓運(yùn)行時(shí)，由運(yùn)行人員設(shè)定?；瑝簳r(shí)，用負(fù)荷設(shè)定值間接設(shè)定，滑壓曲線按定-滑-定方式運(yùn)行。
4.2機(jī)爐控制系統(tǒng)
4.2.1爐跟機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)
（1）負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)
負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)為常規(guī)的系統(tǒng)，功率偏差通過(guò)DEH調(diào)節(jié)汽機(jī)進(jìn)汽量，從而達(dá)到調(diào)整發(fā)電機(jī)負(fù)荷的目的。
（2）汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)
燃燒調(diào)整汽壓。這里不是直接調(diào)整汽壓，而是采用了直接能量平衡法調(diào)整汽壓。
定滑壓運(yùn)行方式區(qū)別僅在于汽壓定值為常數(shù)還是按一定規(guī)律變化。
4.2.2機(jī)跟爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)
?。?）汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)
這里是用汽機(jī)調(diào)節(jié)門開度調(diào)節(jié)汽壓。由于此通道慣性小，調(diào)節(jié)品質(zhì)很好。
（2）負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)
負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)仍用原熱量信號(hào)，而將設(shè)定值轉(zhuǎn)換成熱量信號(hào)設(shè)定值，能夠較快地調(diào)整機(jī)組負(fù)荷。由于冷凝器真空的變化等原因，會(huì)使負(fù)荷指令與熱量信號(hào)關(guān)系不是一成不變的，即僅靠上一措施不能保證負(fù)荷為設(shè)定值，為此，又串聯(lián)了負(fù)荷控制主回路。
5.性能評(píng)價(jià)
DEH改造后，實(shí)現(xiàn)了ATC方式開機(jī)，并做了閥門流量特性試驗(yàn)，優(yōu)化了調(diào)門重疊度，這在國(guó)內(nèi)DEH改造中都是的。改造后的機(jī)組如期投入運(yùn)行，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到新機(jī)投產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。DEH的轉(zhuǎn)速控制、負(fù)荷控制、OPC、AST等基本功能都很正常。DEH改造中解決了#1、機(jī)組長(zhǎng)期存在的調(diào)門不嚴(yán)的重大隱患。提高了機(jī)組的安全性、可靠性。DEH改造后顯著減小了調(diào)門前后的壓降，汽機(jī)熱耗下降，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制及AGC控制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
CCS改造后，協(xié)調(diào)系統(tǒng)和優(yōu)化燃燒系統(tǒng)先后投入了正常運(yùn)行，AGC投入成功。自動(dòng)投入率由改造前的86.49%提高到目前的，自動(dòng)調(diào)節(jié)特性大大優(yōu)于手動(dòng)操作，減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了減人增效。AGC功能的應(yīng)用，不但提高了機(jī)組快速適應(yīng)電網(wǎng)對(duì)負(fù)荷的調(diào)度，滿足*調(diào)度和調(diào)頻的要求，而且，機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性大大提高。
