張 薇

(華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200063)

二次再熱超超臨界機(jī)組RB控制策略分析

張 薇

(華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200063)

對(duì)于分散控制系統(tǒng)(Distributal Control System, DCS)控制的大型機(jī)組來說，控制系統(tǒng)要完成機(jī)組的穩(wěn)定負(fù)荷控制、變負(fù)荷控制以及主要輔機(jī)故障工況下的快速減負(fù)荷控制。因此，機(jī)組指令控制系統(tǒng)必須適時(shí)監(jiān)視風(fēng)、水、煤系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，一旦檢測(cè)到機(jī)組主要輔機(jī)出現(xiàn)跳閘，控制系統(tǒng)必須要以特定的控制方式、特定的機(jī)組負(fù)荷變化率、特定的機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷發(fā)出快速減負(fù)荷指令，適時(shí)地控制機(jī)組的負(fù)荷、壓力、溫度，完成輔機(jī)故障減負(fù)荷(RUNBACK, RB)功能。本文介紹機(jī)組輔機(jī)故障甩負(fù)荷RB功能。對(duì)泰州電廠二期輔機(jī)故障減負(fù)荷(RB)控制策略及邏輯進(jìn)行分析。

RB；控制策略；二次再熱；超超臨界。

機(jī)組主要輔機(jī)在運(yùn)行中跳閘是突發(fā)事件，此時(shí)若僅靠運(yùn)行人員操作，由于操作量大、人為因素多，不能確保機(jī)組安全運(yùn)行。因此RUNBACK功能是否完善是衡量協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(Coordination Contral System, CCS)設(shè)計(jì)重要指標(biāo)。RUNBACK(快速減負(fù)荷)功能是指機(jī)組的重要輔機(jī)出現(xiàn)異常和故障情況下負(fù)荷指令和燃料量快速反應(yīng)，以保證機(jī)組繼續(xù)安全運(yùn)行。一旦發(fā)生RUNBACK系統(tǒng)包含的某一輔機(jī)故障，機(jī)組主要熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)相互配合，將機(jī)組負(fù)荷快速安全降低到機(jī)組實(shí)際所能達(dá)到的最大數(shù)值上穩(wěn)定運(yùn)行。機(jī)組RB功能正常投入對(duì)于提高機(jī)組可利用率、機(jī)組效率、可靠性以及壽命管理都有著非常重要的意義。

1　輔機(jī)故障甩負(fù)荷RB功能

RB是指機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，如果出現(xiàn)鍋爐或汽輪機(jī)的重要輔機(jī)事故跳閘或輔機(jī)的出力不足以支持現(xiàn)有的機(jī)組負(fù)荷時(shí)，機(jī)組將自動(dòng)減負(fù)荷。鍋爐輸入指令將會(huì)按照預(yù)先設(shè)定的速率快速下降，下降速率根據(jù)跳閘輔機(jī)的種類不同而有所不同。鍋爐輸入指令將一直下降到剩余運(yùn)行輔機(jī)所能允許的負(fù)荷水平為止。如果不進(jìn)行上述處理，機(jī)組將不能繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

發(fā)生RB時(shí)，為了使鍋爐輸入指令快速下降，鍋爐側(cè)的相應(yīng)子控制回路(如給水、燃料量、風(fēng)量和爐膛壓力等)均應(yīng)在自動(dòng)控制方式，給煤機(jī)出力為RB狀態(tài)下目標(biāo)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的燃料量。此外，為了防止由于鍋爐輸入指令變化造成主蒸汽壓力波動(dòng)太大，還需要將汽輪機(jī)主控投入自動(dòng)方式，汽輪機(jī)側(cè)通過汽輪機(jī)主控維持RB目標(biāo)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的滑壓曲線蒸汽壓力，以達(dá)到快速穩(wěn)定主蒸汽壓力的目的。如果控制系統(tǒng)具有汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(Digital Electric Hydraulic Control, DEH)RB接口邏輯，則根據(jù)主蒸汽壓力設(shè)定值與其壓力偏差調(diào)節(jié)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開度。

RB發(fā)生后，鍋爐輸入指令BID將在鍋爐輸入方式下，以預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)值和變化率來減少，這時(shí)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式將退出。

所有機(jī)組RB的控制功能基本上都由模擬量控制系統(tǒng)(MCS)和燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)共同實(shí)現(xiàn)。BMS根據(jù)RB控制要求調(diào)節(jié)燃料量。通常，在MCS中包括RB信號(hào)生成、狀態(tài)結(jié)束邏輯、機(jī)組最大出力計(jì)算、目標(biāo)負(fù)荷對(duì)應(yīng)燃料量計(jì)算、協(xié)調(diào)控制方式切換、主蒸汽壓力控制方式切換、負(fù)荷/壓力關(guān)系曲線設(shè)置、主(再)蒸汽溫度下降速率計(jì)算(用于閉鎖主蒸汽壓力設(shè)定值的變化)、送/引風(fēng)機(jī)擋板前饋量計(jì)算、防止送/引風(fēng)機(jī)電機(jī)過電流閉鎖開邏輯、RB發(fā)生后屏蔽各子系統(tǒng)(送風(fēng)、引風(fēng)、一次風(fēng)、給水)控制信號(hào)偏差大切換至手動(dòng)控制方式邏輯、機(jī)爐負(fù)荷閉鎖減指令屏蔽邏輯、過(再)熱器減溫調(diào)節(jié)閥及關(guān)斷閥控制回路的強(qiáng)制關(guān)閉邏輯等RB控制回路。

2　輔機(jī)故障甩負(fù)荷RB控制策略

泰州電廠二期工藝系統(tǒng)配置為：該機(jī)組鍋爐制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每爐配6臺(tái)磨煤機(jī)，其中5用1備。鍋爐送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)各按2×50%配置。主給水泵采用2臺(tái)50%容量同軸汽動(dòng)給水泵。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行中，主要輔機(jī)發(fā)生跳閘并且機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷大于機(jī)組最大負(fù)荷限制時(shí)，主控系統(tǒng)將產(chǎn)生RUNBACK信號(hào)，使機(jī)組負(fù)荷快速減到還在運(yùn)行的輔機(jī)所能承擔(dān)的負(fù)荷即機(jī)組的最大負(fù)荷限制下。本系統(tǒng)考慮了鍋爐給水泵、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、空預(yù)器、燃料、快速減負(fù)荷(Fast Cut Back, FCB)引起的RUNBACK。

2.1RUNBACK投入允許條件

機(jī)組負(fù)荷大于50%；燃料主控自動(dòng)；給水主控自動(dòng)。

2.2RUNBACK復(fù)位條件

RB有手動(dòng)和自動(dòng)兩種復(fù)歸方式。RB復(fù)歸后，機(jī)組恢復(fù)至正常TF方式，鍋爐主控恢復(fù)手動(dòng)控制。一般而言，負(fù)荷和壓力的雙重穩(wěn)定才算RB結(jié)束。RB觸發(fā)邏輯見圖1。

(1) 手動(dòng)復(fù)位條件：RB動(dòng)作3 min后(主汽壓力穩(wěn)定)；無RB條件存在后才允許復(fù)歸。

(2)自動(dòng)復(fù)位條件：RB動(dòng)作3 min后且實(shí)際功率與目標(biāo)值偏差小于30MW；主燃料跳閘(Main Fuel Trip, MFT)動(dòng)作；RB動(dòng)作10 min后；燃料主控手動(dòng)狀態(tài)。

2.3RB工況

機(jī)組快速減負(fù)荷共設(shè)以下6路RB工況。

(1)一次風(fēng)機(jī)RB：當(dāng)一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)跳閘時(shí)，若機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值大于單臺(tái)一次風(fēng)機(jī)所能帶的最高負(fù)荷限值時(shí)，則引發(fā)RB工況。

(2) 送風(fēng)機(jī)RB：當(dāng)一臺(tái)送風(fēng)機(jī)跳閘時(shí)，若機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值大于單臺(tái)送風(fēng)機(jī)所能帶的最高負(fù)荷限值時(shí)，則引發(fā)RB工況。

(3) 引風(fēng)機(jī)RB：當(dāng)一臺(tái)引風(fēng)機(jī)跳閘時(shí)，若機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值大于單臺(tái)引風(fēng)機(jī)所能帶的最高負(fù)荷限值時(shí)，則引發(fā)RB工況。

(4) 汽動(dòng)給水泵RB：當(dāng)一臺(tái)汽動(dòng)給水泵跳閘時(shí)，若機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值大于單臺(tái)汽動(dòng)給水泵所能帶的最高負(fù)荷限值時(shí)，則引發(fā)RB工況。

(5)磨煤機(jī)RB：當(dāng)機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值大于所有在運(yùn)行的磨煤機(jī)所能帶的最高負(fù)荷時(shí)，引發(fā)RB工況。

圖1　RB觸發(fā)邏輯

(6)空預(yù)器RB：當(dāng)一臺(tái)空預(yù)器跳閘時(shí)，若機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值大于單臺(tái)空預(yù)器所能帶的最高負(fù)荷限值時(shí)，則引發(fā)RB工況。

2.4RB目標(biāo)值

各輔機(jī)最大可能出力經(jīng)小值選擇器得到RB目標(biāo)值，即RB后機(jī)組所能承擔(dān)的負(fù)荷。該值是所有輔機(jī)最大可能出力中最小的一個(gè)，它是影響機(jī)組出力的“瓶頸”。當(dāng)RB觸發(fā)之后，當(dāng)時(shí)機(jī)負(fù)荷指令大于該指令時(shí)，必須將負(fù)荷指令下降到該值或以下，才能保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。RB目標(biāo)負(fù)荷邏輯見圖2，參數(shù)設(shè)定見表1。

表1　RB工況下主要輔機(jī)最大出力及RB速率

2.5RB甩負(fù)荷速率

不同輔機(jī)跳閘要求不同的甩負(fù)荷速率，若同時(shí)有幾種輔機(jī)故障跳閘，則RB速率是各輔機(jī)RB速率中最大的一個(gè)，RB甩負(fù)荷速率邏輯見圖3，參數(shù)設(shè)定見表1。

2.6RB動(dòng)作回路

(1)機(jī)組由CCSMODE切為TFMODE，負(fù)荷指令(LDCOUT)跟蹤實(shí)際功率(SELMW)。

(2)鍋爐指令(BMOUT)跟蹤機(jī)組最大允許出力(即RB目標(biāo)負(fù)荷LDCOUT3)，快速減燃料。

(3) DCS發(fā)送主汽壓力控制方式請(qǐng)求至DEH，DEH切為初壓方式，主汽壓力設(shè)定值為L(zhǎng)DCOUT3經(jīng)速率限制后的滑壓曲線。

(4) RB動(dòng)作發(fā)一個(gè)脈沖，迫使主汽壓力設(shè)定跟蹤主汽壓力；(RB發(fā)生瞬間，主汽壓力大于主汽壓力設(shè)定值，TF模式下主汽門會(huì)開大，負(fù)荷瞬間不降反增)。

(5)停止熱值校正回路(BTU)。

(6)停止氧量控制回路。

(7) RB后降負(fù)荷：燃料指令中風(fēng)量修正系數(shù)放大至1.2(正常為1.1)，保證燃料指令是鍋爐降負(fù)荷后的指令馬上減燃料；風(fēng)量指令中風(fēng)量修正系數(shù)縮小至0.8(正常為0.9)，保證風(fēng)量指令是由鍋爐降負(fù)荷后的指令；確保降負(fù)荷時(shí)先減燃料再減風(fēng)。

圖2　RB目標(biāo)負(fù)荷邏輯

圖3　RB甩負(fù)荷速率邏輯

(8)按照F，A，E的順序每隔10 s(給水泵RB每隔8 s跳一臺(tái)磨，一次風(fēng)機(jī)和FCB產(chǎn)生的RB每隔5 s跳一臺(tái)磨)停一層煤燃燒器，直到運(yùn)行的給煤機(jī)少于4層。一次風(fēng)機(jī)RB，一次風(fēng)壓變化很大(11.6 kPa降至6.3 kPa)，要求快速跳磨減少燃料。

RB跳磨后延時(shí)20 s關(guān)對(duì)應(yīng)磨的密封風(fēng)門；(延時(shí)的作用是RB跳磨后管路中仍有煤粉，馬上關(guān)閉可能出現(xiàn)漏粉)

(9)磨煤機(jī)停止且一次風(fēng)RB關(guān)閉對(duì)應(yīng)磨冷風(fēng)門、混合風(fēng)門、出口門；(一次風(fēng)機(jī)跳后，對(duì)風(fēng)量和風(fēng)壓影響很大，要求關(guān)閉通路)。

2.7抑制積分飽和回路

空預(yù)器、送引風(fēng)、一次風(fēng)RB發(fā)生后，跳閘風(fēng)機(jī)自動(dòng)回路切手動(dòng)，調(diào)節(jié)指令降為0并按一定的速率將指令加至運(yùn)行風(fēng)機(jī)一側(cè)，直到運(yùn)行風(fēng)機(jī)指令達(dá)到最大出力(一次風(fēng)和送風(fēng)為77%，引風(fēng)為90%)達(dá)到積分飽和。當(dāng)負(fù)荷下降，被調(diào)量回頭能快速消除積分飽和，使PID快速動(dòng)作，在送風(fēng)控制、引風(fēng)控制、一次風(fēng)控制回路中加入抑制積分飽和回路，當(dāng)條件滿足時(shí)發(fā)一個(gè)脈沖跟蹤最大出力的一半。抑制積分飽和條件：

(1)僅一臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

(2)僅一臺(tái)風(fēng)機(jī)投入自動(dòng)。

(3)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)指令達(dá)到最大出力。

(4)PID輸出加前饋達(dá)到最大出力的一半。

2.8給水泵、一次風(fēng)機(jī)超馳控制

在給水泵RB及一次風(fēng)機(jī)RB控制中，要求單臺(tái)運(yùn)行的給水泵快速增加出力，快速打開單臺(tái)運(yùn)行的一次風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)維持一次風(fēng)母管壓力，避免運(yùn)行磨煤機(jī)跳閘。通常，采用調(diào)節(jié)器輸出指令或執(zhí)行機(jī)構(gòu)開度反饋設(shè)計(jì)的平衡邏輯對(duì)RB發(fā)生后單臺(tái)運(yùn)行的給水泵、一次風(fēng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行超馳控制。另外，有些機(jī)組采用調(diào)節(jié)器狀態(tài)切換控制方式，在RB發(fā)生時(shí)調(diào)節(jié)器輸出，以固定開度指令快速開啟單臺(tái)運(yùn)行的給水泵、一次風(fēng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3　結(jié)語(yǔ)

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中RB功能和協(xié)調(diào)一樣，是機(jī)組各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能量及質(zhì)量的全面控制，主要起到穩(wěn)定機(jī)組運(yùn)行，部分提升機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性的作用，在實(shí)際應(yīng)用中因?yàn)楣r的差異，需要采用不同的控制方案和控制參數(shù)以滿足實(shí)際對(duì)象的不同特性。泰州電廠二期協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中RB功能正常投入，可以實(shí)現(xiàn)鍋爐與汽機(jī)的能量平衡，保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于提高機(jī)組可利用率、機(jī)組效率、可靠性以及壽命管理都有著非常重要的意義。

[1] 趙志丹，等．火電機(jī)組RB控制策略及其試驗(yàn)中應(yīng)注意的問題[J]．熱力發(fā)電，2010，39(6)．

[2] 陳小強(qiáng)，羅志浩，尹峰．超超臨界1000MW機(jī)組RB控制策略分析及優(yōu)化[J]．熱力發(fā)電，2010，39(7)．

[3] 白平會(huì)，等．CCS/RB邏輯功能在機(jī)組控制策略中的優(yōu)化[C]//2010全國(guó)發(fā)電廠熱工自動(dòng)化專業(yè)會(huì)議論文集，2010．

RB Control tactic Analysis of Double Reheat Ultra-supercritical Unit in Power Plant Tai Zhou

ZHANG Wei
(East China Electric Power Design Institute Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

For large-scale units, the tasks of DCS control system include load stability control, load change control and RUNBACK function as the main auxiliary equipments runs wrong. Therefore, unit control system must monitor the operation condition of the wind, water, coal system. Once the trip of the main auxiliary equipments detected, the control system must set out RB co mmand to control the unit's load, pressure and temperature with certain control strategy, load rate and target load. This paper introduces the RB function, and analyses the control strategy and logic of RB function.

RB; control strategy; double-reheat; ultra-supercritical.

TM621

A

1671-9913(2016)05-0012-05

2016-02-17

張薇(1988- )，女，內(nèi)蒙古人，碩士，工程師，從事電廠熱工控制設(shè)計(jì)工作。

國(guó)家科技支撐計(jì)劃2012BAA12B01