俞 康， 李卓霖

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司, 廣東珠海 519050)

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低負荷工況下超臨界機組給水泵并列運行的控制策略

俞 康， 李卓霖

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司, 廣東珠海 519050)

分析了一臺600 MW超臨界機組低負荷工況下發(fā)生給水泵跳閘問題，提出在未觸發(fā)RB時，通過超馳控制回路提前開啟給水泵汽輪機高壓調節(jié)門，提升給水泵轉速達到目標轉速的控制策略。實踐表明:采用該控制策略后迅速提升鍋爐給水流量，保證了機組的安全運行。

火電機組； 低負荷工況； 給水泵跳閘； 鍋爐給水流量； 超馳控制

對于一臺600 MW發(fā)電機組，在高負荷工況下(額定負荷的60%以上，即360 MW以上)，兩臺給水泵并列運行時，如發(fā)生一臺給水泵跳閘，會觸發(fā)控制系統(tǒng)的快速減負荷(RB)動作[1-4]。但在低負荷工況下(360 MW以下)，單臺給水泵跳閘不一定會觸發(fā)控制系統(tǒng)的RB動作，無法實現(xiàn)給水泵的超馳控制，而直接依靠給水流量調節(jié)PID作用來提升鍋爐給水流量是非常困難的，往往會造成鍋爐給水流量低而使機組跳閘。當前火電機組參與深度調峰已經是常態(tài)，AGC控制的負荷低限值已經降到40%額定負荷。在常規(guī)控制策略中，低負荷工況下發(fā)生一臺給水泵跳閘時，不一定會觸發(fā)RB動作，若沒有采取相應的控制策略，單靠手動操作或給水自動調節(jié)，很難保證機組的安全，因此需要研究在低負荷下一臺給水泵跳閘后，如何快速提升鍋爐給水流量的控制策略。筆者通過對一臺600 MW超臨界機組在低負荷工況下發(fā)生給水泵跳閘而造成機組跳閘原因的分析，提出一種低負荷工況下兩臺給水泵并列運行的控制策略。

1 故障簡況

該機組配置有兩臺50%容量的鍋爐汽動給水泵和一臺電動給水泵備用。

2016年4月19日0時，機組在機爐協(xié)調控制方式下運行，機組指令本地給定，負荷指令250 MW，主蒸汽溫度558 ℃，主蒸汽壓力14 MPa，主給水流量700 t/h，機組運行穩(wěn)定。

A給水泵跳閘后鍋爐給水流量變化見圖1。 00：16：36 主給水流量由695.4 t/h開始往下降，同時B給水泵出口流量由393 t/h開始往上升；00：16：41主給水流量降至523 t/h(低于跳閘定值539.5 t/h)；00：16：50 主給水流量跌至411.24 t/h，觸發(fā)主給水流量達低Ⅱ值觸發(fā)MFT(主給水流量低于539.5 t/h延時9 s觸發(fā)MFT)，機組跳閘。在此過程中B給水泵出口流量由393 t/h上升至450 t/h，顯然單純依靠PID的自動調節(jié)無法快速地將鍋爐給水流量提高至MFT定值以上。因此需要研究在低負荷下給水泵跳閘后，如何快速提升鍋爐給水流量的控制策略。

圖1 A給水泵跳閘后鍋爐給水流量變化情況

2 控制策略

2.1 低負荷下給水泵超馳控制

當發(fā)生一臺給水泵跳閘時，如未觸發(fā)RB工況，則首先根據(jù)機組當前的負荷指令，確定單臺給水泵運行的目標轉速值，通過超馳控制回路將給水泵轉速迅速提升到目標值，而不是單依靠PID的調節(jié)來提升給水流量，其安全性會更高。低負荷下A給水泵跳閘超馳信號生成梯形圖見圖2。

圖2 低負荷下A給水泵跳閘超馳信號生成梯形圖

B給水汽動泵超馳強拉信號觸發(fā)的條件為：(1)給水主控在自動狀態(tài)；(2)B給水汽動泵轉速未強拉到位(B給水泵的實際轉速與B單泵運行時的目標轉速偏差大于20 r/min)；(3)B給水汽動泵出口流量控制在自動狀態(tài)；(4)電泵未投運；(5)機組實際負荷低于360 MW；(6)低負荷給水泵跳閘強拉保護按鈕投入，并且A給水汽動泵跳閘，B給水汽動泵超馳強拉信號觸發(fā)。

B汽動泵超馳強拉信號復位的條件為：(1)60 s的脈沖信號，即最多強拉1 min；(2)B汽動泵轉速強拉到位(B汽動泵實際轉速與強拉目標轉速偏差在20 r/min范圍內)；(3)主給水流量已強拉到目標值延時10 s(實際主給水流量與設定值偏差在20 t/h范圍內)；(4)人為結束強拉(包括：切給水主控手動；切B汽動泵出口流量控制器手動；退出低負荷給水泵跳閘強拉保護按鈕)。

圖3為低負荷給水泵跳閘超馳控制原理圖。

圖3 低負荷給水泵跳閘超馳控制原理圖

當超馳強拉信號觸發(fā)時，選擇由當前負荷指令計算得到的目標轉速值，具體計算用DCS的一個線性插值函數(shù)f(x)得到，f(x)的設置見表1。通過RAMP斜坡塊以2 000 r/min的斜坡升速率由當前轉速指令快速拉升至目標轉速。在強拉過程中給水主控輸出跟蹤B汽動泵的出口流量，即B汽動泵出口流量控制器的測量值(B汽動泵出口流量)與設定值(給水主控輸出指令)相同，實現(xiàn)強拉結束后的無擾切換。

表1 f(x)參數(shù)

2.2 MEH轉速控制器控制參數(shù)優(yōu)化

圖3中汽動泵出口流量控制器輸出轉速指令經過速率限制1 800 r/min得到限速后的轉速指令，并除以系數(shù)65(轉速量程為0～6 500 r/min，MEH轉速控制器測量值、設定值化為轉速量程的百分數(shù))作為MEH轉速控制器的設定值，實際轉速除以系數(shù)65作為測量值，其輸出指令作為給水泵汽輪機高、低壓調節(jié)門的閥門總指令。MEH轉速控制器應采用強比例、強積分的控制參數(shù)，從而能夠快速打開調節(jié)門，確保泵的實際升速率。

MEH轉速控制器測量、設定值量程為0～100%，輸出指令量程0～100%，比例帶為根據(jù)負荷設定的變參數(shù)，400 MW以下負荷時比例帶為120(即Kp=0.833)，積分時間為定值0.8 min。假設轉速設定值階躍增大300 r/min(300/65=4.615，即其輸入變化量為4.615%)，則其輸出閥門總指令只增大3.85%，顯然調節(jié)參數(shù)過慢。

將MEH轉速控制器參數(shù)優(yōu)化為：當?shù)拓摵晒r發(fā)生給水泵跳閘時，MEH轉速控制器比例帶切換為定值40(即Kp=2.5)，積分時間切換為0.4 min。

2.3 給水泵汽輪機高、低壓調節(jié)門重疊度函數(shù)優(yōu)化

給水泵汽輪機多設計有兩路汽源：一路是第四段抽汽來的低壓汽源；另一路是由冷再熱蒸汽母管來的高壓汽源。兩路汽源分別通過低壓調節(jié)門和高壓調節(jié)門進入給水泵汽輪機。

由于在低負荷段，給水泵汽輪機的低壓汽源(四段抽氣)壓力極低，例如在250 MW負荷時，低壓汽源壓力僅僅為0.4 MPa左右，因此僅僅依靠低壓汽源回路可能已經無法滿足單泵的出力需求，考慮應將高壓汽源(由冷再熱蒸汽供)提前投入運行，快速提高給水泵汽輪機負載，搶回給水。圖4為給水泵汽輪機閥門總指令對應的閥門開度曲線。

圖4 給水泵汽輪機機閥門總指令對應的閥門開度曲線

由圖4給水泵汽輪機閥門總指令對應的閥門開度曲線可知：優(yōu)化前閥門總指令60%，高壓調節(jié)門開始開啟，60%～70%為高、低壓調節(jié)門的聯(lián)調區(qū)。當?shù)拓摵沙霈F(xiàn)給水泵跳閘工況，將在運給水泵汽輪機高壓調節(jié)門的開啟點前移至45%(閥門總指令45%對應的低壓調節(jié)門開度指令為64.29%，對應兩臺泵并列運行時的負荷為320 MW左右)。

為防止高壓調節(jié)門在正常運行函數(shù)和快拉函數(shù)切換時出現(xiàn)跳變或波動，加入函數(shù)切換時間設置：正常運行函數(shù)切至快拉函數(shù)約2.5 min，快拉函數(shù)切換至正常運行函數(shù)約10 min。

2.4 主給水流量達低Ⅱ值MFT延時時間優(yōu)化

原邏輯為當機組主給水流量低于539.5 t/h延時9 s觸發(fā)MFT信號，優(yōu)化為當機組實際負荷大于360 MW，延時時間9 s不變；當機組實際負荷小于360 MW，主給水流量低于539.5 t/h MFT延時時間改為15 s。

3 試驗結果

邏輯優(yōu)化完成后，在250 MW工況下完成A給水泵手動打閘，B給水泵強拉試驗，結果見圖5。

圖5 試驗主給水流量變化趨勢圖

21：32：45 B汽動泵超馳強拉動作，21：32：47 主給水流量由728.59 t/h開始下降，21：32：53 主給水流量跌至MFT保護定值539.5 t/h以下，21：33：03 主給水流量回升至544.56 t/h高于跳閘值。21：33：45 B汽動泵強拉信號復位，主給水流量最高升至669 t/h。在此期間機組主蒸汽溫度，各水冷壁壁溫無明顯變化。強拉超馳動作期間給水主控輸出跟蹤B汽動泵出口流量。由圖5可看出在試驗過程中主給水流量低于跳閘值539.5 t/h的時間為10 s。

圖6為試驗過程中B汽動給水泵超馳強拉轉速趨勢圖。21：32：45 B汽動泵轉速指令3 479.5 r/min開始超馳強拉，21：32：53 B汽動泵轉速指令強拉至目標值3 751.07 r/min。B汽動泵實際轉速由超馳動作前的3 486 r/min先降至3 457 r/min，21：33：01實際轉速升至3 563 r/min，強拉信號復位時21：33：46實際轉速升至3 627 r/min，整個過程中B汽動泵實際轉速上升170 r/min。從圖6可看出B汽動泵超馳強拉信號是由1 min的脈沖時間復位，1 min時間內主給水流量與汽動泵實際轉速都未達到目標值范圍內。轉速強拉過程中，B給水泵汽輪機高壓調節(jié)門最大開至2.2%，即高壓調節(jié)門并未起作用。

圖6 試驗B汽動泵強拉轉速趨勢圖

圖7為試驗中B給水泵汽輪機轉速控制趨勢圖。轉速指令強拉過程中閥門總指令由31.92%增大至41.84%，其低壓調節(jié)門指令由45.8%增大至60.42%，MEH轉速控制穩(wěn)定無波動現(xiàn)象?？梢赃M一步加快MEH轉速控制器調節(jié)速度，低負荷工況下給水泵跳閘比例帶由40改為30(即Kp=3.33)。由圖7可見，21：34：11至21：35：00時間內閥門總指令由47.95%增大至54.58%，給水泵汽輪機低壓調節(jié)門開度由68.74%開大至78.5%，轉速保持3 625 r/min不變。低壓調節(jié)門在此調節(jié)區(qū)域內存在死區(qū)，必須進一步優(yōu)化高、低壓調節(jié)門的重疊度函數(shù)，使高壓調節(jié)門進一步提前參與調節(jié)，以防止給水泵汽輪機閥門總指令在47%附近運行時發(fā)生給水泵跳閘工況。圖8為進一步優(yōu)化后的給水泵汽輪機高壓調節(jié)門開啟對比圖。當給水泵汽輪機閥門總指令37%高壓調節(jié)門就開始開啟，高壓調節(jié)門最大開度為30%(閥門總指令37%對應的低壓調節(jié)門開度指令為52.86%，對應兩臺泵并列運行時的負荷為270 MW左右)。

圖7 試驗B給水泵汽輪機MEH轉速控制趨勢圖

圖8 試驗前后高壓調節(jié)門開啟對比圖

4 結語

低負荷下，單臺給水泵跳閘不會觸發(fā)RB動作，無法實現(xiàn)給水泵的超馳控制，直接依靠PID的調節(jié)來提升鍋爐給水流量是非常困難的。筆者提出的一種低負荷工況下發(fā)生給水泵跳閘而沒有觸發(fā)RB時，根據(jù)當前負荷確定給水泵目標轉速值，通過超馳控制回路迅速提升給水泵轉速設定；并通過給水泵汽輪機高、低壓調節(jié)門重疊度函數(shù)的切換使高壓調節(jié)門提前參與調節(jié)，使在運給水泵汽輪機的實際轉速快速到達目標轉速的控制策略。通過現(xiàn)場實際應用，取得了顯著的效果。在低負荷工況下發(fā)生給水泵跳閘，在超馳控制作用下，迅速提升運行給水泵到相應的目標轉速，從而迅速提升鍋爐給水流量，避免發(fā)生鍋爐因給水流量低MFT，保證了機組的安全穩(wěn)定運行。

[1] 劉志清. 600 MW超臨界機組給水泵跳閘RB的關鍵控制策略[J]. 江蘇電機工程, 2008, 27(1): 78-80.

[2] 熊澤生, 曹泉, 蔣輝. 給水泵跳閘工況下保持給水自控的設計和投運[J]. 湖北電力, 2005, 29(S): 61-63.

[3] 趙軍. 火力發(fā)電機組給水泵快減負荷的研究及對策[J]. 電站系統(tǒng)工程, 2009, 25(6): 31-33.

[4] 俞康. 600 MW超臨界直流機組RB控制策略分析[J]. 電氣應用, 2015, 34(14): 51-53.

Parallel Running Control Strategy of Feed Pumps at Low Load of a Supercritical Unit

Yu Kang, LI Zhuolin

(Guangdong Zhuhai Jinwan Power Generation Co., Ltd., Zhuhai 519000, Guangdong Province, China)

To solve the problem of feed pump trip occurring at low load of a 600 MW supercritical unit, a method is proposed by opening the high-pressure governing valve of the feed pump turbine in advance through override control when the RB function is not triggered, so as to raise the pump speed to the target value. Results show that the feed water flow of boiler can be prompted rapidly after the control strategy is applied, which helps to secure the safety of unit operation.

thermal power unit; low load condition; feed pump trip; boiler feed water flow; override control

2016-06-16；

2016-07-21

俞 康(1986—)，男，工程師，從事超臨界火力發(fā)電廠自動控制系統(tǒng)的維護工作。E-mail: yukang552200@163.com

TK223.7

A

1671-086X(2017)03-0209-04