三菱M701F4燃机TCA控制原理解析及防故障跳机措施

三菱M701F4燃机TCA控制原理解析及防故障跳机措施摘要：主要介绍三菱M701F4机组TCA控制系统基本原理及主要控制构成；通过对TCA系统的逻辑控制理论进行研究，并针对在系统运行中的常见的事故原因进行分析，进而提出了相应的处理措施，有效地保障机组安全运行。关键字：三菱M701F4；TCA系统，TCA跳机事故刖言三菱M701F4燃气-蒸汽联合循环机组，燃气轮机透平转子冷却空气系统（TCA系统）采用水冷式系统。该系统通过管壳式空气冷却器的换热功能，利用余热锅炉高压给水系统的水来冷却燃气轮机压气机出口的空气，吸收了热量的水直接进入高压汽包。由于热量在整个循环过程中基本上没有损耗，因此大大提高了整个联合循环的效率。因此针对三菱M701F4联合循环机组TCA系统运行分析显得尤为重要。1、TCA系统简介TCA系统是由高压给泵出口来的水冷却压气机排气，被冷却过的排气作为转子冷却空气通入转子，冷却水回水有两路，一路回凝汽器，一路去高压汽包。作用：为燃机透平转子及叶片提供适宜温度足够流量的转子冷却空气。2、TCA控制系统2.1控制系统组成（如图1）图1TCA控制系统组成TCA控制系统主要由TCA温度控制器、TCA温度控制阀、TCA流量控制器、TCA流量控制阀、温度变送器、流量变送器等组成。2.2控制原理TCA冷却空气的气源取自压气机排气，满负荷运行时温度有440°C以上。而转子冷却空气的设定值为230C，因此必须提供一定量的冷却水，冷却水量的需求与冷却水温度有关。满足冷却水需求则是通过两个回水阀调节：回水至高压汽包调阀控制冷却空气温度；回水至凝汽器调阀监视和控制回水流量。2.2.1TCA冷却器回水至高压汽包调阀控制系统（如图2）图2TCA冷却器回水至高压汽包调阀控制框图TCA回水至高压汽包流量控制阀是一个前馈反馈控制系统。其被控量是TCA出口空气温度，前馈信号是燃机功率。燃机输出功率经过放大后的前馈信号经给水温度和压力修正，TCA出口温度和温度设定值230通过计算在经过PID输出，两个输出信号求和来控制TCA出口温度，控制中PID输出仅作为微调，前馈信号为主要控制信号。TCA冷却器回水至高压汽包调阀动作过程：并网前，燃机功率为0，前馈信号输出为0，燃机并网前，TCA冷却器出口空气温度低于设定值230C，因此PI控制输出也应该小于0，因此阀门全关。并网后，燃机输出功率增加，前馈控制信号逐渐增大，阀门逐渐开启。高负荷时，前馈信号变化不大，当TCA冷却器出口空气温度大于230C，PI控制器输出增加，阀门会继续开大，维持冷却空气温度在230C。强制关闭当TCA冷却器回水至高压汽包流量控制阀投自动的状态下，其控制信号由TCS控制器计算输出，在一些特殊的情况下阀门会强制关闭，导致跳机，这是种保护设备的跳机，但也存在误动的情况，此类信号要考虑其可靠性。TCA回水至高压汽包调阀强制关闭的条件：高压汽包液位高高，L4信号消失，TCA给水关断阀A关请求，TCA冷却器疏水液位高到跳机值，凝汽器保护动作，发电机出口开关断开。2.2.2TCA冷却器回水至凝汽器控制系统（如图3）图3TCA冷却器回水至凝汽器控制系统框图流量设定值为燃机功率的函数加压气机入口温度修正加30s内燃机功率变化修正；回水至凝汽器阀门特性为保证最小流量在控制信号为0.1时开度为10%。TCA冷却器回水至凝汽器调阀动作过程并网前：流量设定值为88T/h,之前分析了并网前回水至高压汽包调阀全关，因此，仅由该阀门控制流量维持88T/h。并网后：随着负荷升高，回水至高压汽包调阀逐渐开启，流量逐渐上升高于回水至凝汽器调门的监控流量，回水至凝汽器调阀逐渐关小。当回水流量低于监控流量，回水至凝汽器调阀将会开启维持监控流量。强制关闭TCA回水至高压汽包调阀强制关闭的条件：凝汽器保护动作，TCA冷却器，疏水液位高到跳机值，TCA给水关断阀A关请求。3、TCA系统自动控制总结正常运行时TCA系统所有阀门要求投入自动控制，以上的结论也是建立在自动控制的前提下。了解两个回水调阀的控制策略和各阶段的阀门动作情况有助于及时发现和分析问题，并及时处理防止不必要的跳机。（理论上回水至凝汽器调阀可靠不会因为流量低跳机）若调阀可靠，导致流量低跳机的原因很可能是FCL条件导致，因此增加FCL条件的可靠性十分重要，并对这些条件加强监视。仅基于SOE、历史曲线、报警等，更重要的一点是操作人员对系统对设备的了解。在一个控制系统中执行器就好像人的手脚，再好使的大脑要是手脚出了问题也是不可能实现大脑的想法的。在TCA系统中两个回水调阀就是控制系统的执行器，要是执行器出了问题，控制指令将得不到执行，也会导致事故的发生。而且是我们常说的莫名其妙就跳机了，因为在集控室是无法分析这类问题的。4、TCA系统导致跳机的常见问题当高压汽包水位高时，高压给水调门关小，导致TCA通过回高压汽包调门给水流量变小，若回水至凝汽器调门不能及时打开可能导致跳机。TCA回水至凝汽器在燃机低负荷时回凝汽器，在高负荷时回高压汽包，在切换过程中，回凝汽器阀门出现0-10%快速开关导致管道剧烈震动，对管道、控制器和执行机构都是不小的考验。TCA冷却器冷却水进出口差压对回水至高压汽包流量影响较大。影响该差压的原因主要有高压汽包压力的突变，及省煤器入口调门的开度。在常山的机组中，差压的自动调节已经引入，但自动运行效果不佳，一般保持40%左右开度。TCA回水至高压汽包调门对流量是开环控制，若高负荷时因故全关就得考验回水至凝汽器调门及时响应的能力。5、防范措施对TCA回水至凝汽器流量调阀进行改造，避免此调阀在启停机过程中频繁开关，减小此阀开不起来的可能性；在启停机过程中该阀门动作时运行人员加强对TCA流量的监视，发现流量异常时及时进行手动调节；对控制逻辑进行优化，当转子冷却空气温度低时取消TCA流量低跳机逻辑;将TCA回水至凝汽器流量调阀按装位置尽量接近凝汽器，减小该阀门快速开关时造成的管道剧烈震动；将TCA回水至凝汽器流量调阀控制器和该调阀分离，防止管道振动引起控制气源脱开阀门失控。6、结语三菱M701F4燃机机组TCA系统较上一代机型的水冷改为回收该部分热能做功，使机组效率得到了明显提高，同时也使得TCA系统变得复杂，给TCA控制系统带来了新的问题。本文基于三菱M701F4燃机机组TCA控制系统基本原理及主要控制构成，建立了三菱M701F4燃机TCA控制系统控制原理模型，并将控制理论和实际应用中的主要阀门控制问题做了分析和总结，并提出了对三菱M701F4燃机机组TCA系统控制和系统设计优化的建议，具有一定指导意