安子健 范廷舉

（神華國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧省葫蘆島市，125222）

1 引言

RB控制技術(shù)是20世紀(jì)80年代隨著DCS的引進，在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計中出現(xiàn)的，由于RB控制技術(shù)的實施很大程度上依賴于試驗研究，因此直到20世紀(jì)90 年代中期才逐步在新建大機組上實現(xiàn)。當(dāng)發(fā)生部分主要輔機故障跳閘，導(dǎo)致鍋爐最大出力低于給定功率時，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)將機組負(fù)荷快速降低到實際所能達到的相應(yīng)出力，并控制機組在允許參數(shù)范圍內(nèi)繼續(xù)運行，該過程稱為RUNBACK （輔機故障減負(fù)荷，簡稱RB）。RB 試驗的目的是檢驗機組和控制系統(tǒng)在故障下的適應(yīng)能力，是對機組故障下運行能力的檢驗，是對控制系統(tǒng)性能和功能的檢驗。RB 功能的實現(xiàn)為機組在高度自動化運行方式下提供了安全保障。

2 RB控制的基本原理

綏中電廠二期RB控制策略主要由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) （CCS）和 燃 燒 器 管 理 系 統(tǒng) （BMS）實 現(xiàn)。BMS的任務(wù)是控制燃料量的投入，保證在低負(fù)荷運行期間的燃燒穩(wěn)定。RB 發(fā)生后，通常的做法是切除最上層燃料，保留3臺磨煤機和給煤機運行，如果需要投油穩(wěn)燃，則BMS還將決定油槍投入的數(shù)量及方式。

汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng) （DEH）在RB工況下一般擔(dān)任協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的執(zhí)行級，對機前壓力進行調(diào)節(jié)。輔機順序控制系統(tǒng)（SCS）則通過聯(lián)鎖保護邏輯，實現(xiàn)RB 時送／引風(fēng)機、同側(cè)聯(lián)跳，以保證鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的快速平衡，避免由于爐膛壓力保護動作引起鍋爐主燃料跳閘。

綏電二期1000MW 機組能夠觸發(fā)RUNBACK的主要輔機設(shè)備有：磨煤機跳閘、一次風(fēng)機跳閘、送風(fēng)機跳閘、引風(fēng)機跳閘、給水泵跳閘。通過以上輔機的運行狀態(tài)，計算出機組的最大允許負(fù)荷和機組的最小允許負(fù)荷。在協(xié)調(diào)控制方式 （CCS）下，機組實際負(fù)荷＞520 MW，如果機組的最大允許負(fù)荷小于機組的實際負(fù)荷，機組RB控制觸發(fā)，機組控制方式切換至汽輪機跟隨 （TF）控制方式，機組實際負(fù)荷按RB 負(fù)荷速率快速下降至RB 目標(biāo)負(fù)荷，直至機組實際負(fù)荷與機組最大出力相適應(yīng)。

3 RB控制策略

在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，一般有以下幾個特有的RB控制回路：機組最大、最小允許負(fù)荷；RB 指令；負(fù)荷指令變化速率設(shè)定；協(xié)調(diào)控制方式切換；鍋爐主控指令切換；磨煤機跳閘順序；RB 優(yōu)先控制（RB優(yōu)先迫升／迫降、禁止偏差切手動等）。

圖1 單臺輔機最大出力及RB最大出力計算

3.1 機組最大出力計算

根據(jù)輔機設(shè)備的運行狀態(tài)和其出力能力，計算出各個輔機設(shè)備的最大允許出力，通過對各個輔機設(shè)備的最大允許出力進行比較，計算出機組最大允許負(fù)荷，根據(jù)鍋爐主控指令與機組最大允許負(fù)荷邏輯判斷得出RB負(fù)荷指令。其中輔機跳閘需計算單臺輔機最大出力控制邏輯，如圖1所示。

3.2 機組最小出力計算

通過給煤機給煤量下限及燃油流量，可以計算出機組最小允許負(fù)荷，機組的實際負(fù)荷不能低于機組最小允許負(fù)荷。同理，給煤機最大允許負(fù)荷則用給煤機給煤量上限來計算，如圖2所示。

圖2 機組最小、最大出力計算

3.3 RB指令

在協(xié)調(diào)控制方式 （CCS）下，發(fā)電機功率＞520 MW，如果輔機設(shè)備跳閘，機組最大允許負(fù)荷將小于機組實際負(fù)荷，RB 觸發(fā)指令發(fā)出。運算得出RB負(fù)荷指令，同時將協(xié)調(diào)控制方式切換成汽輪機跟隨控制方式，當(dāng)機組負(fù)荷與機組最大允許負(fù)荷相差＜±3 MW 時，RB結(jié)束。如圖3所示。

圖3 RB負(fù)荷指令

3.4 負(fù)荷變化率設(shè)定

當(dāng)輔機設(shè)備跳閘發(fā)生RB 后，RB 降負(fù)荷率可以設(shè)定不同的值，保證機組降負(fù)荷過程中各參數(shù)之間的相對平衡。例如，給水泵跳閘RB降負(fù)荷率要更快，從而提高燃料量和風(fēng)量的動態(tài)響應(yīng)。具體負(fù)荷速率設(shè)定邏輯如圖4所示。

3.5 協(xié)調(diào)控制方式切換

當(dāng)機組發(fā)生RB時，控制方式由協(xié)調(diào)控制方式（CCS）切換至汽輪機跟隨 （TF）控制方式。如圖5所示。

3.6 鍋爐主控指令

RB負(fù)荷指令作用到鍋爐主控，最終形成鍋爐負(fù)荷指令分別送到燃料主控，給水控制。鍋爐主控指令如圖6所示。

3.7 磨煤機跳磨順序控制

當(dāng)輔機發(fā)生RB 時 （磨煤機RB 除外）要依次跳磨煤機最終保持3臺磨煤機運行，以保證燃料快速減少，跳磨順序選擇邏輯如下：分別為5號磨煤機、3號磨煤機和6號磨煤機?？刂七壿嬋鐖D7所示。

通過對RB 控制邏輯分析，當(dāng)輔機設(shè)備跳閘后，由于機組最大出力不能適應(yīng)當(dāng)前負(fù)荷要求，快速減負(fù)荷，根據(jù)跳閘設(shè)備不同，降負(fù)荷速率不同，RB負(fù)荷指令作用于鍋爐主控，控制燃料量、給水量同步下降。

4 RB試驗采用的基本方法

綏電二期機組在投產(chǎn)以前，均完成各項RB 試驗，以保證協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入后機組的安全運行。其他情況下，如只對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的軟件進行了修改，一般只要求進行RB功能模擬試驗。按照 《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程》（DL／T657-2006）的要求，在機組進入驗收階段前完成所有RB試驗。

圖4 RB負(fù)荷速率設(shè)定

圖5 機組控制方式切換邏輯

圖6 鍋爐主控指令

圖7 磨煤機跳閘順序控制邏輯

4.1 RB靜態(tài)模擬試驗的方法及要求

在機組停運的情況下，按設(shè)計的功能依次模擬RB產(chǎn)生的條件，進行RB功能模擬試驗。試驗中，主要應(yīng)檢查以下內(nèi)容：

（1）所有的RB 數(shù)字量輸入回路能夠正確動作；

（2）負(fù)荷運算回路、負(fù)荷指令變化速率等RB控制參數(shù)己正確設(shè)定；

（3）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)輸出至FSSS系統(tǒng)，除磨煤機RUNBACK 外，其 他 RUNBACK 發(fā) 生 后，F(xiàn)SSS將按一定的時間間隔以從下往上的順序跳磨煤機、給煤機，直至與要求的負(fù)荷相匹配 （一般為保留3臺或2臺磨煤機）；

（4）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在RB發(fā)生后能夠自動切換到TF方式運行；

（5）RB時，主汽壓采用的定壓／滑壓方式符合設(shè)計要求，一般應(yīng)切換到滑壓方式運行；

（6）滑壓運行方式時，滑壓速率參數(shù)設(shè)定應(yīng)根據(jù)不同RB的特點正確設(shè)定。

4.2 RB動態(tài)試驗方法及要求

在進行RB動態(tài)試驗之前，應(yīng)檢查是否已經(jīng)具備了以下條件：

（1）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及控制子系統(tǒng)已正常投用，并完成相應(yīng)的定值擾動和負(fù)荷擺動試驗，調(diào)節(jié)品質(zhì)合格；

（2）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在TF方式下的定值擾動試驗合格，調(diào)節(jié)品質(zhì)符合要求，在0.6～0.8 MPa定值擾動下，過渡過程衰減率Ψ=0.7～0.8、穩(wěn)定時間＜6min；

（3）RB 功能模擬試驗已完成，結(jié)果滿足要求；

（4）機組保護系統(tǒng)已正常投入。

在進行正式的RB動態(tài)試驗之前，一般還要進行預(yù)備性試驗，以確認(rèn)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在RB工況下能正確進行控制，并根據(jù)預(yù)備性試驗的結(jié)果對不同RB工況下的目標(biāo)負(fù)荷、降負(fù)荷速率進行適當(dāng)調(diào)整。

RB正式試驗一般應(yīng)在90% Pe以上負(fù)荷工況下進行，以考核機組和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在RB工況下的控制能力。按設(shè)計的RB 功能分項進行動態(tài)試驗，如分別進行磨煤機、送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機、給水泵等RB 試驗，記錄各被調(diào)量的動態(tài)曲線。

RB試驗的品質(zhì)指標(biāo)：機組RB 試驗時，參數(shù)波動范圍不危及機組安全和不引起機組保護動作跳閘，即為合格。

4.3 RB動態(tài)試驗案例分析

下面以綏電二期直流爐給水泵和一次風(fēng)機RUNBACK 的動作曲線為例，簡要分析在這兩次RB過程中各個參數(shù)的變化情況。

4.3.1 給水泵RB試驗

（1）動態(tài)試驗條件得到滿足。

（2）動作過程：機組負(fù)荷＞90%CCS 將控制方式由協(xié)調(diào)方式自動轉(zhuǎn)入TF 方式，機組負(fù)荷指令按100%BMCR／min 的速率下降至目標(biāo)負(fù)荷470 MW，目標(biāo)負(fù)荷送至鍋爐主控，控制給水量、燃料量。主汽壓力設(shè)定值隨負(fù)荷-壓力函數(shù)f （x）變化。運行磨煤機按照5號-3號-6號的順序依次跳掉相應(yīng)的磨煤機，直到保留3臺磨煤機為止，間隔時間10s。給水泵RB 試驗主要參數(shù)見表1，給水泵RB參數(shù)曲線見圖8。

表1 給水泵RB試驗主要參數(shù)

圖8 給水泵RB參數(shù)曲線

如圖8所示，給水泵RB后，被調(diào)量在偏離給定值后均能快速回到允許靜態(tài)誤差范圍，給水泵RB爐膛負(fù)壓最大波動為160Pa～-560Pa。通過給煤量曲線，給水泵發(fā)生RB后，連鎖2臺磨煤機跳閘，最終保留3 臺磨煤機運行。通過燃料量計算，機組維持在50%負(fù)荷時，3臺磨煤機可以滿足燃料量需求和穩(wěn)燃要求。為防止?fàn)t膛風(fēng)量和爐膛負(fù)壓等參數(shù)發(fā)生較大程度波動，每臺磨煤機跳閘時間間隔10s，以利于調(diào)節(jié)產(chǎn)生穩(wěn)定。另外因為給水流量變化的快速性，給水泵RUNBACK 的降負(fù)荷率比其他輔機的速率要快1倍，為100 MW／s，同時在送、引風(fēng)調(diào)節(jié)回路增加負(fù)壓單向閉鎖和磨煤機一次風(fēng)量調(diào)節(jié)前饋回路邏輯等，來提高燃料和風(fēng)量的相應(yīng)速度。

4.3.2 一次風(fēng)機RB實驗

（1）動態(tài)試驗條件得到滿足。

（2）動作過程：CCS 將控制方式由協(xié)調(diào)方式自動轉(zhuǎn)入TF方式，機組負(fù)荷指令按50%BMCR／min的速率變化到目標(biāo)負(fù)荷500 MW，鍋爐主控控制給水量、燃料量，主汽壓力設(shè)定值隨負(fù)荷—壓力函數(shù)f （x）變化。運行磨煤機按照5號-3號-6號的順序依次跳掉相應(yīng)的磨煤機，直到保留3臺磨煤機為止，間隔時間10s。

跳閘磨煤機，對應(yīng)的一次風(fēng)冷熱風(fēng)關(guān)斷門、分離器出口門，一次風(fēng)冷熱調(diào)節(jié)擋板關(guān)閉。運行的一次風(fēng)機調(diào)節(jié)動葉在電流不超過532 A 時強開至90%。一次風(fēng)機RB試驗主要參數(shù)見表2，一次風(fēng)機RB參數(shù)曲線見圖9。

表2 一次風(fēng)機RB試驗主要參數(shù)

圖9 一次風(fēng)機RB參數(shù)曲線

如圖9所示，一次風(fēng)機RB后，被調(diào)量在偏離給定值后能夠快速回到允許靜態(tài)誤差范圍，調(diào)節(jié)品質(zhì)較好。通過給煤量曲線，一次風(fēng)機RB雖然同樣連鎖2臺磨煤機跳閘，但磨煤機通過一次風(fēng)向爐膛送粉，一次風(fēng)機跳閘對磨煤機入口風(fēng)量的影響較大，其他正常運行的磨煤機送粉能力同時受到影響，因此設(shè)計燃料量拉回控制邏輯的，降低爐膛燃料量的驟然下降，造成給水、風(fēng)量和燃料量的不平衡程度。爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)方面，因為一次風(fēng)屬爐膛風(fēng)量的一部分，一次風(fēng)機跳閘，較嚴(yán)重地打破了送引風(fēng)的平衡，因此造成爐膛負(fù)壓大幅波動，一次風(fēng)機RB爐膛負(fù)壓最大波動-32Pa～-1450Pa。一次風(fēng)機RUNBACK 的降負(fù)荷率為50 MW／s，較給水泵RB要慢，以緩解鍋爐燃燒的加大慣性和延遲。RB發(fā)生后，關(guān)閉相應(yīng)跳閘的磨煤機出口擋板，以減少其他磨煤機一次風(fēng)損失。

通過以上兩個案例的分析，不同輔機RB工況有所不同，RB 過程中應(yīng)注意的參數(shù)變化也不同，通過對調(diào)節(jié)參數(shù)和控制邏輯的優(yōu)化，可以進一步提高RB過程中的控制品質(zhì)，達到更好的控制效果。

5 結(jié)語

通過對綏中電廠二期RB控制成功的經(jīng)驗，解析了RB控制邏輯的設(shè)計思路和動態(tài)試驗過程中應(yīng)特別注意控制參數(shù)優(yōu)化，對其他機組RB控制設(shè)計有一定的借鑒意義。

隨著大容量高參數(shù)火電機組的迅猛發(fā)展，火電廠自動控制水平也在不斷提高，機組安全運行的可靠性則顯得尤為重要，因此百萬機組的RB控制理念對火電廠未來的發(fā)展起著重要的作用。

［1］ 胡壽松.自動控制原理 （第4版）［M］.北京：科學(xué)出版社，2001

［2］ 楊慶柏.熱工過程控制儀表 ［M］.北京：中國電力出版社，1998

［3］ 張雪申.集散控制系統(tǒng)及其應(yīng)用 ［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006

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