高 升，姚瑛瑛，張緒炎，趙 忠

（1.上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院，上海 200240；2.上海上電漕涇發(fā)電有限公司，上海 201507）

RUNBACK（輔機(jī)故障減負(fù)荷，簡稱RB）的目的是當(dāng)機(jī)組發(fā)生重要輔機(jī)故障時(shí)，自動(dòng)快速地將機(jī)組負(fù)荷降至實(shí)際所能達(dá)到的相應(yīng)負(fù)荷，并維持機(jī)組參數(shù)在允許范圍內(nèi)［1］。RB試驗(yàn)是新機(jī)組投產(chǎn)后需要完成的性能試驗(yàn)中的一項(xiàng)，對(duì)機(jī)組控制的快速響應(yīng)和穩(wěn)定運(yùn)行是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，存在機(jī)組跳閘的風(fēng)險(xiǎn)［2 3］。常熟電廠5 號(hào)機(jī)組在168h試運(yùn)結(jié)束后一個(gè)月內(nèi)進(jìn)行了RB 試驗(yàn)并取得成功。

除磨煤機(jī)自動(dòng)切除和油槍自動(dòng)投入邏輯由燃燒器管理系統(tǒng)（FSSS）完成外，其余RB 控制邏輯均在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）中實(shí)現(xiàn)。筆者介紹該機(jī)組CCS設(shè)計(jì)主要回路的設(shè)計(jì)思路，并逐一說明RB控制邏輯的設(shè)計(jì)。

1 CCS的設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

超超臨界機(jī)組的CCS設(shè)計(jì)充分考慮了超超臨界塔式爐和西門子汽輪機(jī)的特點(diǎn)和控制要求［4］，實(shí)現(xiàn)燃料和給水的動(dòng)、靜態(tài)平衡，采用分離器出口焓值控制修正給水流量，引入動(dòng)態(tài)超調(diào)以加快變負(fù)荷時(shí)的響應(yīng)，廣泛采用前饋、非線性環(huán)節(jié)和變參數(shù)方法以改善控制品質(zhì)。

1.2 主控系統(tǒng)

1.2.1 主汽壓力設(shè)定

超超臨界機(jī)組采用滑壓運(yùn)行方式，主汽壓力設(shè)定值是機(jī)組指令的函數(shù)經(jīng)三階慣性環(huán)節(jié)和速率限制后得到，分別送至鍋爐主控（BM）和汽輪機(jī)主控（TM）。

1.2.2 機(jī)組運(yùn)行方式

根據(jù)鍋爐和汽輪機(jī)的不同自動(dòng)狀態(tài)組合，機(jī)組有以下四種方式:

（1）TF方式，鍋爐手動(dòng)，汽輪機(jī)初壓方式投入。

（2）BF方式，鍋爐自動(dòng)，汽輪機(jī)限壓方式投入，但負(fù)荷控制（協(xié)調(diào)方式）未投入。

（3）CTF 方式，鍋爐自動(dòng)，汽輪機(jī)初壓方式投入（未調(diào)試，不用）。

（4）CBF 方式，鍋爐自動(dòng)，汽輪機(jī)限壓方式投入，且負(fù)荷控制（協(xié)調(diào)方式）投入。

1.2.3 鍋爐主控

設(shè)計(jì)的基本思路是變負(fù)荷時(shí)前饋盡量一步到位，反饋調(diào)節(jié)器作為細(xì)調(diào)。功率控制器和壓力控制器均設(shè)計(jì)了變參數(shù)。

在CBF方式下，鍋爐控制主汽壓力同時(shí)引入負(fù)荷前饋（含壓力設(shè)定值微分，一次調(diào)頻指令），汽輪機(jī)控制機(jī)組負(fù)荷。

燃料主控非真自動(dòng)時(shí)，鍋爐主控跟蹤燃料量。

鍋爐主控輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐子回路（給水、燃料、送風(fēng)）的控制。

鍋爐主控框圖見圖1。

圖1 鍋爐主控框圖

1.2.4 汽輪機(jī)主控

汽輪機(jī)主控的所有設(shè)計(jì)（功率控制器和壓力控制器）都在數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）中，DEH接受的分散控制系統(tǒng)（DCS）側(cè)的接口信號(hào)是壓力設(shè)定值和負(fù)荷設(shè)定值。

鍋爐自動(dòng)（CTF方式）或RB 或 鍋爐手動(dòng)時(shí)向DEH 發(fā)壓力控制請(qǐng)求。

鍋爐自動(dòng)（BF 方式）時(shí)向DEH 發(fā)負(fù)荷控制（協(xié)調(diào)方式）控制請(qǐng)求。

1.3 燃料和給水控制

燃料指令為鍋爐主控輸出對(duì)應(yīng)的函數(shù)加上負(fù)荷變化的動(dòng)態(tài)超調(diào)量，總?cè)剂狭繛?臺(tái)給煤機(jī)的給煤量乘以熱值修正系數(shù)后與燃油流量折算煤量之和，燃料主控輸出控制6 臺(tái)給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速。動(dòng)態(tài)超調(diào)是指在負(fù)荷變化時(shí)根據(jù)負(fù)荷指令的實(shí)際微分額外增減的一部分燃料量（給水量），以獲得快速響應(yīng)。

鍋爐進(jìn)入直流方式以后，給水指令的主導(dǎo)部分為鍋爐主控輸出對(duì)應(yīng)的函數(shù)加上負(fù)荷變化的動(dòng)態(tài)超調(diào)量（扣除過熱器減溫水總量），再經(jīng)過兩階慣性環(huán)節(jié)并進(jìn)行給水溫度修正后得到。過熱器進(jìn)口焓值控制器的設(shè)定值為分離器壓力的函數(shù)，其輸出疊加到給水指令作為最終的給水指令。

2 RB工況

2.1 RB動(dòng)作原因

RB動(dòng)作有以下原因:

（1）機(jī)組負(fù)荷指令＞600 MW，單臺(tái)引風(fēng)機(jī)跳閘。

（2）機(jī)組負(fù)荷指令＞600 MW，單臺(tái)送風(fēng)機(jī)跳閘。

（3）機(jī)組負(fù)荷指令＞500 MW，單臺(tái)空氣預(yù)熱器跳閘。

（4）機(jī)組負(fù)荷指令＞500 MW，單臺(tái)一次風(fēng)機(jī)跳閘。

（5）機(jī)組負(fù)荷指令＞600 MW，單臺(tái)給水泵跳閘。

（6）機(jī)組負(fù)荷指令＞850 MW，單臺(tái)磨煤機(jī)跳閘。

（7）機(jī)組負(fù)荷指令＞650 MW，2 臺(tái)磨煤機(jī)跳閘。

2.2 RB過程控制

2.2.1 基本方法

該機(jī)組RB過程控制的方法為:

（1）鍋爐側(cè)，直接將保留運(yùn)行的給煤機(jī)超馳到目標(biāo)負(fù)荷煤量，鍋爐主控指令跟蹤總給煤量，給水和送風(fēng)根據(jù)鍋爐主控指令自動(dòng)控制。

（2）汽輪機(jī)側(cè)，控制主汽壓力，主汽壓力設(shè)定值按照滑壓曲線沿著各種RB特定的速率下降到其目標(biāo)值。

2.2.2 目標(biāo)負(fù)荷及降壓速率設(shè)定

除單臺(tái)磨煤機(jī)跳閘RB 外，其余類型的RB工況都是剩余3 臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行。目標(biāo)負(fù)荷及降壓速率設(shè)定見表1。

表1 目標(biāo)負(fù)荷及降壓速率設(shè)定

2.2.3 其他特殊情況的處理

特殊情況下采用以下方法處理:

（1）單臺(tái)設(shè)備跳閘后，保留運(yùn)行的另一臺(tái)設(shè)備自動(dòng)先開到允許的最大負(fù)荷，再釋放為自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（2）除給水泵RB 外，其余RB 工況發(fā)生后，主汽壓力設(shè)定值先跟蹤實(shí)際壓力，60s后再以各自降壓速率降至目標(biāo)值。

（3）給水指令的主導(dǎo)部分中兩階慣性環(huán)節(jié)的滯后時(shí)間比正常工況要長，這是由于機(jī)組將符合過程中需要克服鍋爐金屬的蓄熱量［5］。

RB發(fā)生后，主再汽溫的調(diào)節(jié)閥先關(guān)閉60s，再釋放為自動(dòng)調(diào)節(jié)，這樣可以提高汽溫。

2.3 RB試驗(yàn)過程

2.3.1 引風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)

在完成RB 預(yù)備性試驗(yàn)［6］和磨煤機(jī)RB（單臺(tái)、2臺(tái)）試驗(yàn)后，該機(jī)組進(jìn)行了引風(fēng)機(jī)RB、一次風(fēng)機(jī)RB、給水泵RB試驗(yàn)。

引風(fēng)機(jī)RB 試驗(yàn)開始前機(jī)組在CBF 方式下運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷為900 MW，5 臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，總給煤量為357.6t/h，給水流量為2 521.7t/h。手動(dòng)跳閘引風(fēng)機(jī)B，觸發(fā)RB。RB發(fā)生后，另一臺(tái)引風(fēng)機(jī)開至88%；同側(cè)增壓風(fēng)機(jī)跳閘，另一臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)開至75%；同側(cè)送風(fēng)機(jī)跳閘，另一臺(tái)送風(fēng)機(jī)開至76%；先跳閘A 磨煤機(jī)，10s后跳閘E 磨煤機(jī)，保留B、C、D 磨煤機(jī)運(yùn)行，單臺(tái)煤量設(shè)為70t/h；給水流量滯后于總煤量，初始時(shí)由于減溫水門全關(guān)，給水流量有所增加，最低下降至1 647.3t/h，隨后又在焓控制器的作用下回升。過程中，主汽壓力按照前面所述的方法滑壓控制到18 MPa，主汽溫度下降30K，爐膛壓力最高達(dá)到900Pa，并在下一波回到正常，機(jī)組負(fù)荷最終穩(wěn)定在700 MW，見圖2。

圖2 引風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)曲線

2.3.2 一次風(fēng)機(jī)RB

一次風(fēng)機(jī)RB 試驗(yàn)共進(jìn)行了兩次，第一次由于一次風(fēng)壓控制不穩(wěn)定，導(dǎo)致爐膛壓力無法穩(wěn)定，后改為手動(dòng)操作，在一次風(fēng)壓參數(shù)調(diào)整后進(jìn)行了第二次試驗(yàn)。

試驗(yàn)開始前機(jī)組在CBF方式下運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷為900 MW，5 臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，總給煤量為356.0t/h，給水流量為2 521.7t/h。手動(dòng)跳閘一次風(fēng)機(jī)B，觸發(fā)RB。RB發(fā)生后，另一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)開至88%；先跳閘A 磨煤機(jī)，10s后跳閘E 磨煤機(jī)，保留B、C、D 磨煤機(jī)運(yùn)行，單臺(tái)煤量設(shè)為65t/h；給水流量滯后于總煤量，最低下降至1 610.0t/h，隨后又在焓控制器的作用下回升。過程中，主汽壓力按照前面所述的方法滑壓控制到17 MPa，主汽溫度下降24K，爐膛壓力最高達(dá)到1 300Pa，最低達(dá)到－1 300Pa，并振蕩收斂，機(jī)組負(fù)荷最終穩(wěn)定在660 MW，見圖3。

圖3 一次風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)曲線

2.3.3 給水泵RB

試驗(yàn)開始前機(jī)組在CBF方式下運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷為900 MW，5 臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，總給煤量為355.0t/h，給水流量為2 478.0t/h。手動(dòng)跳閘給水泵B，觸發(fā)RB。RB發(fā)生后，另一臺(tái)給水泵開至5 800r/min；先跳閘A 磨煤機(jī)，10s后跳閘E 磨煤機(jī)，保留B、C、D 磨煤機(jī)運(yùn)行，單臺(tái)煤量設(shè)為65t/h；給水流量最低下降至1 593.0t/h，隨后又在焓控制器的作用下回升。過程中，主汽壓力按照前面所述的方法滑壓控制到16 MPa，主汽溫度下降20K，爐膛壓力正常，機(jī)組負(fù)荷最終穩(wěn)定在580 MW，見圖4。

圖4 給水泵RB試驗(yàn)曲線

3 結(jié)語

RB 試驗(yàn)已成為新建機(jī)組必備的一項(xiàng)功能，試驗(yàn)成功的關(guān)鍵在于完善的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和切實(shí)可行的試驗(yàn)方案。該項(xiàng)目協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的可靠投運(yùn)為RB試驗(yàn)奠定了良好的基礎(chǔ)，基于各大輔機(jī)特性的RB 工況目標(biāo)負(fù)荷（燃料量）、目標(biāo)壓力及其變化率的準(zhǔn)確設(shè)置是RB 準(zhǔn)備工作的重點(diǎn)。該項(xiàng)目1 000 MW 機(jī)組RB方案經(jīng)過了實(shí)踐的檢驗(yàn)，試驗(yàn)的成功為機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行和事故處理提供了可靠的保障，對(duì)同類型機(jī)組的RB 試驗(yàn)具有很好的借鑒作用。

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