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        超(超)臨界機組低負荷時MFT動作原因分析及優(yōu)化策略

        2017-07-31 18:33:53袁世通
        綜合智慧能源 2017年7期
        關鍵詞:汽泵給水泵水流量

        袁世通

        (大唐華中電力試驗研究所,鄭州 450000)

        超(超)臨界機組低負荷時MFT動作原因分析及優(yōu)化策略

        袁世通

        (大唐華中電力試驗研究所,鄭州 450000)

        針對兩臺超臨界機組低負荷變工況運行中由于給水泵再循環(huán)閥開啟,造成機組給水流量低,觸發(fā)主燃料跳閘(MFT)信號的非停事件進行分析,設計了階梯式比例-積分-微分(PID)控制策略:給水泵入口流量較高時,再循環(huán)閥由PID自動控制;給水泵入口流量降至保護開啟定值時,再循環(huán)閥由流量閥位函數(shù)綜合控制。大大降低了再循環(huán)閥對給水流量的影響,提高了機組低負荷運行的安全性。

        超(超)臨界機組;低負荷;主燃料跳閘;給水泵再循環(huán)閥;比例-積分-微分控制

        0 引言

        近幾年,受我國用電量增速放緩和發(fā)電總裝機容量(包括火電、水電、風電、光伏等)迅速增長的雙重影響,火電機組發(fā)電小時數(shù)不斷降低。由于電網(wǎng)運行中的負荷峰谷差不斷增大,作為發(fā)電主力的火電廠,其深度調(diào)峰的作用凸顯,各區(qū)域電網(wǎng)“兩個細則”的實施,更是加大了火電廠的調(diào)峰壓力。機組長期低負荷調(diào)峰,對運行設備的性能和控制系統(tǒng)的品質(zhì)提出了更高的要求。本文對兩臺超臨界機組低負荷變工況運行中由于給水泵再循環(huán)閥開啟,造成機組給水流量低,觸發(fā)主燃料跳閘(MFT)信號的非停事件進行分析。

        1 某650 MW超臨界機組MFT事件

        1.1 事件經(jīng)過

        該機組鍋爐為北京巴布科克·威爾科克斯有限公司引進美國B&W 公司技術(shù)生產(chǎn)的B&WB-1900/25.4-M 型超臨界參數(shù)“W”火焰鍋爐。

        2015-11-01 T 04:47:00,機組負荷為270 MW,鍋爐給水流量為698.00 t/h,主蒸汽溫度為565.00 ℃,選擇后中間點溫度為360.60 ℃,設定值為364.20 ℃。給水控制在自動方式正常調(diào)節(jié),A,B側(cè)分離器出口溫度偏差為15.00 ℃左右。

        04:49:42,選擇后中間點溫度為369.88 ℃,運行人員將中間點設定值的偏置由-3.85 ℃調(diào)整為-7.05 ℃,中間點溫度設定值變?yōu)?57.43 ℃,設定值和測量值偏差為12.45 ℃,給水控制切手動(邏輯為偏差大于10.00 ℃,延時10 s給水控制切手動),此時給水統(tǒng)操指令為55.26%,鍋爐給水流量為731.50 t/h,此后運行人員開始手動操作給水指令。

        04:51:47,鍋爐燃料量為118.00 t/h,運行人員手動將給水統(tǒng)操指令增加至57.05%,將鍋爐給水流量調(diào)整為992.92 t/h,控制邏輯中給水流量參考值為797.45 t/h,中間點溫度設定值為375.67 ℃,選擇后中間點溫度為377.59 ℃,運行人員將給水控制投入自動調(diào)節(jié),此時A,B側(cè)分離器出口溫度偏差為25.00 ℃左右。

        04:52:07,給水統(tǒng)操指令為56.40%,鍋爐給水流量為999.20 t/h,中間點溫度設定值為376.00 ℃,選擇后中間點溫度為372.50 ℃,運行人員將給水控制切手動,開始手動減小給水流量,此時A,B側(cè)分離器出口溫度偏差為29.00 ℃左右。

        04:52:47,運行人員手動將給水統(tǒng)操指令減為48.83%,鍋爐給水流量為763.00 t/h,控制邏輯中給水流量參考值為808.49 t/h。此時A汽動給水泵(以下簡稱汽泵)轉(zhuǎn)速指令為3 402.69 r/min,實際轉(zhuǎn)速為3 804.72 r/min,B汽泵轉(zhuǎn)速指令為3 470.63 r/min,實際轉(zhuǎn)速為3 878.67 r/min,兩臺汽泵的轉(zhuǎn)速指令和實際轉(zhuǎn)速相差400.00 r/min左右,此時運行人員投入給水自動,給水統(tǒng)操指令在48.83%的基礎上開始增加。

        04:53:06,給水統(tǒng)操指令增至53.27%,鍋爐給水流量為541.90 t/h,此時A汽泵轉(zhuǎn)速指令為3 612.37 r/min,實際轉(zhuǎn)速為3 745.32 r/min,B汽泵轉(zhuǎn)速指令為3 675.37 r/min,實際轉(zhuǎn)速為3 802.70 r/min,運行人員將給水控制切手動,開始增加給水統(tǒng)操指令。

        04:53:09,給水統(tǒng)操指令增至53.84%,A汽泵轉(zhuǎn)速指令為3 662.37 r/min,實際轉(zhuǎn)速為3 746.80 r/min,B汽泵轉(zhuǎn)速指令為3 725.40 r/min,實際轉(zhuǎn)速為3 800.80 r/min,鍋爐給水流量為522.90 t/h,B汽泵進口流量為296.52 t/h(低于300.00 t/h),B汽泵最小流量閥超馳開啟。

        04:53:37,鍋爐給水流量為424.80 t/h,給水流量低MFT保護動作。

        1.2 事件分析

        給水控制切手動后,由于運行人員手動大幅增減鍋爐給水流量,導致B汽泵最小流量閥因為B汽泵入口流量低于300.00 t/h而超馳聯(lián)開,鍋爐給水流量下降,最終導致給水流量低MFT保護動作,具體過程分析如下。

        04:49:42,給水統(tǒng)操指令為55.26%,鍋爐給水流量為731.50 t/h。

        04:52:07,手動增加給水統(tǒng)操指令至56.40%,鍋爐給水流量為999.20 t/h。

        04:52:47,運行人員手動減小給水統(tǒng)操指令至48.83%,鍋爐給水瞬時流量為763.00 t/h,此時由于給水統(tǒng)操指令降速過快,且汽泵正常轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)需要一定時間,兩臺汽泵的轉(zhuǎn)速指令比實際轉(zhuǎn)速低400.00 r/min左右,給水指令對應的給水流量遠低于763.00 t/h。此后,雖然給水指令開始增加,但轉(zhuǎn)速指令仍然低于汽泵當前轉(zhuǎn)速,因此汽泵出力繼續(xù)下降,鍋爐給水流量繼續(xù)降低。

        04:53:09,由于此前給水統(tǒng)操指令降得太低,雖然給水統(tǒng)操指令已增至53.84%,但此時對應的汽泵轉(zhuǎn)速指令仍低于汽泵實際轉(zhuǎn)速(A汽泵轉(zhuǎn)速指令為3 662.37 r/min,實際轉(zhuǎn)速為3 746.80 r/min; B汽泵轉(zhuǎn)速指令為3 725.40 r/min,實際轉(zhuǎn)速為3 800.80 r/min),因此汽泵出力并無增加,此時B汽泵進口流量降為296.52 t/h(低于300.00 t/h),B汽泵最小流量閥超馳開啟。此后,雖然給水統(tǒng)操指令繼續(xù)增加,但由于B汽泵最小流量閥超馳全開,鍋爐給水流量繼續(xù)降低。

        最終在04:53:37,鍋爐給水流量降為424.80 t/h,給水流量低MFT保護動作。

        2 某660 MW超超臨界機組MFT事件

        2.1 事件經(jīng)過

        該機組使用上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的SG-2000/26.15-M625 型鍋爐,為國產(chǎn)超超臨界參數(shù)變壓直流爐,一次再熱、固態(tài)排渣、全鋼結(jié)構(gòu)、Π型布置,采用平衡通風以及四角切圓燃燒方式。

        2016-07-15 T 01:37:02,鍋爐跳閘,跳閘首出為鍋爐給水流量低低。鍋爐跳閘前,機組負荷為330 MW,主給水流量約為920.0 t/h,A汽泵進口流量為560.0 t/h,B汽泵進口流量為520.0 t/h,但主給水流量波動較大。查詢現(xiàn)場歷史趨勢,B汽泵的低壓調(diào)節(jié)閥伺服閥存在卡澀現(xiàn)象,造成伺服指令與線性可變差動變壓器(LVDT)反饋存在較大遲延,從而產(chǎn)生伺服指令與LVDT反饋交替變化的正弦波振蕩,造成主給水流量波動較大。

        01:25:12,由于給水流量波動,運行人員將B汽泵切手動調(diào)整,B汽泵實際轉(zhuǎn)速與指令存在偏差。

        01:28:54,將B汽泵重新投入自動,A汽泵指令在40%~37%之間波動,B汽泵指令在41%~37%之間波動,給水流量在920.0~850.0 t/h之間波動,A汽泵入口流量在490.0~440.0 t/h之間波動,B汽泵入口流量在520.0~440.0 t/h之間波動。

        01:34:00,運行人員將A汽泵切手動,A汽泵實際指令為38%,A汽泵入口流量穩(wěn)定在530.0 t/h左右;B汽泵自動,指令自動由41%逐漸下減。

        01:35:55 ,A,B汽泵入口流量分別為566.0,556.0 t/h,A,B汽泵轉(zhuǎn)速分別為4 115,4 126 r/min,此時運行人員再次將B汽泵切至手動控制,B汽泵指令為32%。

        01:36:41,鍋爐給水流量下降至785.0 t/h,B汽泵入口流量降至358.0 t/h,低于設定值360.0 t/h, B汽泵再循環(huán)閥逐漸開啟。

        01:36:42,B汽泵再循環(huán)流量降至348.6 t/h,B汽泵再循環(huán)閥全開,01:36:48主給水流量低于500.0 t/h,延時15 s后,鍋爐因給水流量低低跳閘。

        2.2 原因分析

        (1)因B汽泵伺服閥卡澀造成給水泵汽輪機伺服系統(tǒng)的遲緩率增大,伺服指令發(fā)出后,約30 s后LVDT反饋才動作,造成控制不及時,導致給水流量波動大。

        (2)運行人員發(fā)現(xiàn)給水流量波動后,由于操作不當造成給水流量波動加大,導致B汽泵的入口流量低于350.0 t/h,B汽泵再循環(huán)閥快速打開,從而使主給水流量快速降至跳閘值。

        (3)B汽泵運行時B汽泵再循環(huán)閥投入自動,再循環(huán)閥根據(jù)B汽泵入口流量設定值(360.0 t/h)與B汽泵入口流量偏差進行自動調(diào)節(jié),逐漸開啟閥門。但是,B汽泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥的邏輯中有超弛開B汽泵再循環(huán)閥邏輯,超弛開的定值為350.0 t/h;01:36:42,B汽泵入口流量降至348.6 t/h,超弛信號起作用,再循環(huán)閥瞬間打開,從而使主給水流量降至跳閘值,所以該超弛邏輯是不合理的[1-2]。

        3 給水泵再循環(huán)閥控制策略分析和優(yōu)化

        3.1 控制策略分析

        這兩次機組非停的直接原因是給水流量波動時,達到汽泵入口流量低限,觸發(fā)給水泵再循環(huán)閥動作,快速開至100%,導致給水流量進一步降低,最終觸發(fā)MFT信號。給水泵再循環(huán)閥控制邏輯如圖1所示(圖中:DPU為分散處理單元)。

        圖1 給水泵再循環(huán)閥控制邏輯

        圖2 階梯式PID控制策略

        3.2 控制策略優(yōu)化方案

        針對上述問題,設計了階梯式比例-積分-微分(PID)控制策略[3-4],該策略主要包括PID控制部分和流量閥位函數(shù)控制部分。給水泵入口流量較高時,再循環(huán)閥由PID自動控制;給水泵入口流量降至保護開啟定值時,再循環(huán)閥由流量閥位函數(shù)綜合控制;另外,該控制邏輯保留原有邏輯的超馳保護部分(適當降低流量低限設定值),控制邏輯如圖2所示。

        在PID控制部分,通過給水泵出口壓力設定給

        袁世通:超(超)臨界機組低負荷時MFT動作原因分析及優(yōu)化策略

        水泵入口最小流量定值,壓力-流量函數(shù)關系見表1,然后再通過PID自動調(diào)節(jié)給水泵再循環(huán)閥開度。

        在流量閥位函數(shù)控制部分,通過給水泵的最小流量安全運行區(qū)域,確定給水泵轉(zhuǎn)速對應的再循環(huán)閥指令,轉(zhuǎn)速-開度函數(shù)關系見表2。

        3.3 運行效果

        按照階梯式PID控制策略對兩臺機組進行優(yōu)化,機組低負荷運行時,給水泵再循環(huán)閥可以平穩(wěn)開啟、關閉,大大降低了再循環(huán)閥對給水流量的影響,同時也降低了給水泵的電耗,提高了給水泵的經(jīng)濟性和機組的安全性。

        表1 壓力-流量函數(shù)關系

        表2 轉(zhuǎn)速-開度函數(shù)關系

        4 結(jié)束語

        針對兩臺超臨界機組在低負荷變工況運行中,由于給水泵再循環(huán)閥開啟,造成機組給水流量低,觸發(fā)MFT信號的非停事件,提出了階梯式PID控制給水泵再循環(huán)閥的解決方案,經(jīng)過控制系統(tǒng)的改進優(yōu)化,取得了良好的效果。

        [1]侯悅.300 MW機組汽動給水泵出口流量低的原因分析及處理[J].機電信息,2012(9):41,43.

        [2]岳建華,謝建民,朱延海,等.火力發(fā)電廠給水泵再循環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].中國電力,2014,47(9):11-17.

        [3]畢明波,李國浦,閔兆儉.600 MW超臨界機組電動給水泵控制邏輯優(yōu)化[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù),2015,33(2):75-79.

        [4]李波,張謙,殷建華,等.350 MW汽輪發(fā)電機組給水泵再循環(huán)閥控制策略優(yōu)化[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù),2016,34(1):45-48.

        (本文責編:劉芳)

        2017-05-12;

        2017-06-21

        TM 621

        B

        1674-1951(2017)07-0048-04

        袁世通(1985—),男,河北武邑人,工程師,工學博士,從事發(fā)電廠復雜系統(tǒng)建模與控制方面的工作(E-mail:yst.19@163.com)。

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