貴州黔東電力有限公司 劉海兵

DEH功率回路快減負(fù)荷異常分析及防范措施

貴州黔東電力有限公司 劉海兵

本文主要針對(duì)600MW機(jī)組降負(fù)荷過程中DEH功率回路切換時(shí)導(dǎo)致機(jī)組快速減負(fù)荷異常情況進(jìn)行分析,通過對(duì)DCS的歷史數(shù)據(jù)、DEH控制邏輯的檢查分析和混仿，查找異常原因，并提出改進(jìn)建議，供同行業(yè)借鑒。

功率；快減；異常

0 概述

某廠2×600MW亞臨界機(jī)組三大主機(jī)分別由東方電氣、東方鍋爐、東方汽輪機(jī)廠供貨，其中分散控制系統(tǒng)采用西門子SPPA-T3000系統(tǒng)（DCS），汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)（DEH）采用ABB公司Symphony系統(tǒng)，CCS方式下系統(tǒng)間采用硬接線方式進(jìn)行通訊。

1 事件經(jīng)過

機(jī)組負(fù)荷305MW，主汽壓力10MPa，運(yùn)行人員手動(dòng)解除CCS，下一秒，將機(jī)組DEH本機(jī)控制方式由“閥控”方式切為“功率自動(dòng)”方式，自動(dòng)投入后功率設(shè)定值未能正常跟蹤當(dāng)前負(fù)荷，而與之前的總閥位指令值（69.9%）相等（69.9MW）。機(jī)組負(fù)荷根據(jù)設(shè)定值快速下降，22:11:11因快減速率較快，閥門因慣性導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷接近0MW，主汽壓力最高達(dá)到約19MPa。

圖1 異常前后主參數(shù)趨勢(shì)

圖2

快減負(fù)荷發(fā)生后，運(yùn)行人員手動(dòng)切除DEH功率自動(dòng)并投入CCS方式以調(diào)整負(fù)荷，22:18:43負(fù)荷由異常發(fā)生后最低值（0MW）上升至265MW。期間鍋爐受熱面發(fā)生大規(guī)模超溫，當(dāng)班值長向調(diào)度申請(qǐng)同意后，由運(yùn)行人員對(duì)機(jī)組進(jìn)行手動(dòng)打閘處理。圖1是事故發(fā)生前后3min內(nèi)的主參數(shù)趨勢(shì)變化。

2 原因分析

從對(duì)事故過程直觀判斷上，認(rèn)為該事故觸發(fā)的直接原因?yàn)橛伞伴y控”切“功率自動(dòng)”的方式切換引起。因而對(duì)DEH中以上方式切換的相關(guān)邏輯進(jìn)行了檢查分析，圖2～4是經(jīng)簡化后的方式切換邏輯。

圖3

圖4

在DEH控制器中，按以上時(shí)序循環(huán)執(zhí)行方式切換邏輯。分別對(duì)圖中邏輯進(jìn)行說明，圖2中：當(dāng)功率自動(dòng)投入脈沖觸發(fā)后，各切換塊輸出均為SETPOINT，同時(shí)手動(dòng)置值塊REMSET在該脈沖的作用下輸出也為SETPOINT，然而圖2中括號(hào)內(nèi)的序號(hào)表示各功能塊在控制器中的實(shí)際執(zhí)行步序，即先執(zhí)行圖左側(cè)的切換塊（1），再執(zhí)行REMSET塊（2），最后執(zhí)行中間的切換塊（3），因而REMSET的輸出并非跟蹤圖中最左側(cè)的SETPOINT，而是跟蹤中間切換塊的輸出作用，故而REMSET的輸出（即TARGET）=上一周期的SETPOINT。

圖3中：SETPOINT與TARGET相減，若其絕對(duì)值大于0.5MW，則RAMPED TARGET始終保持初值，否則RAMPED TARGET=TARGET。

圖4中：功率自動(dòng)投入脈沖觸發(fā)后，SETPOINT=實(shí)際負(fù)荷-一次調(diào)頻增量；脈沖消失后，SETPOINT=RAMPED TARGET。

通過對(duì)DCS歷史記錄進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，事故發(fā)生時(shí)功率自動(dòng)投入后TARGET跟蹤實(shí)際負(fù)荷，而SETPOINT卻等于自動(dòng)投入前的總閥位指令。因而判斷方式切換發(fā)生時(shí)圖3中的邏輯發(fā)生了信號(hào)保持導(dǎo)致TARGET未能將其數(shù)值傳遞給RAMPED TARGET，此時(shí)RAMPED TARGET始終保持為事故發(fā)生前的總閥位指令。而當(dāng)圖4中的脈沖信號(hào)消失后，SETPOINT=RAMPED TARGET=事故發(fā)生前的總閥位指令。

圖5

由之前的分析可知，要使圖3中的RAMPED TARGET始終保持，則SETPOINT與TARGET之差的絕對(duì)值要在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)始終大于0.5MW。由于TARGET=前一周期的SETPOINT，因此只要當(dāng)前周期與前一周期的SETPOINT之差的絕對(duì)值大于0.5MW就有可能導(dǎo)致以上現(xiàn)象。

進(jìn)一步分析，SETPOINT在脈沖持續(xù)期間的變化：脈沖剛觸發(fā)時(shí)，當(dāng)前周期SETPOINT=實(shí)際負(fù)荷-一次調(diào)頻增量≈300MW，上一周期SETPOINT=總閥位指令≈69.9%，因而此時(shí)兩者之差必然大于0.5MW；而通過DCS歷史趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，方式切換發(fā)生時(shí)機(jī)組一次調(diào)頻保持動(dòng)作，該機(jī)組的一次調(diào)頻不等率按600MW、4%設(shè)定，則1r/min的轉(zhuǎn)速偏差對(duì)應(yīng)5MW的調(diào)頻幅度，因而若要當(dāng)前周期與上一周期的SETPOINT之差的絕對(duì)值大于0.5MW，只需每一控制器周期的轉(zhuǎn)速變化0.1r/min即可，這在一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)非常容易達(dá)到。

綜上認(rèn)為，此次事故發(fā)生的根本原因是圖2中的邏輯執(zhí)行步序功能塊地址設(shè)置不合理，導(dǎo)致一次調(diào)頻動(dòng)作條件下當(dāng)前周期與上一周期的SETPOINT始終存在使RAMPED TARGET保持初值的偏差，進(jìn)而當(dāng)脈沖消失后，SETPOINT=RAMPED TARGET=初始總閥位指令。

圖6

圖7

圖8

3 仿真驗(yàn)證

利用DEH混仿功能對(duì)以上分析結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證，在DEH中人為增加了一個(gè)一次調(diào)頻增量變化邏輯，以模擬方式切換過程中的調(diào)頻變化量，其趨勢(shì)如圖5所示。

圖5中，功率自動(dòng)投入脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，每偶數(shù)個(gè)控制周期調(diào)頻變化量=0，每奇數(shù)個(gè)控制周期調(diào)頻變化量=0.6MW，這樣設(shè)置保證前后兩周期的SETPOINT之差的絕對(duì)值大于0.5MW。

仿真工況1：圖5所示調(diào)頻變化投入，機(jī)組由閥控切功率自動(dòng)。

仿真工況1說明，一次調(diào)頻動(dòng)作可以復(fù)現(xiàn)9月8日的方式切換故障。

仿真工況2：調(diào)頻變化退出，機(jī)組由閥控切功率自動(dòng)。

仿真工況2說明，無一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)即使發(fā)生方式切換，故障不會(huì)發(fā)生。

仿真工況3：調(diào)頻變化投入，圖2的功能塊執(zhí)行步序被修正。

仿真工況2說明，只要圖2功能執(zhí)行步序正確，即使一次調(diào)頻動(dòng)作也不會(huì)引起故障。

4 結(jié)論及改進(jìn)措施

通過對(duì)DCS的歷史數(shù)據(jù)、DEH控制邏輯的檢查分析和混仿，導(dǎo)致此次異常發(fā)生的根本原因是DEH中功能塊地址設(shè)計(jì)設(shè)置不合理導(dǎo)致的，異常發(fā)生前一次調(diào)頻動(dòng)作則可能為本次異常發(fā)生的直接原因。另一方面一次調(diào)頻對(duì)于事故的影響也說明了為何該事故并非必定發(fā)生，只有當(dāng)方式切換的同時(shí)一次調(diào)頻也動(dòng)作才會(huì)觸發(fā)以上事故現(xiàn)象。

鑒于此情況和混仿結(jié)果，需對(duì)DEH控制邏輯回路步序進(jìn)行重新排列設(shè)置，以確保回路在控制器1個(gè)掃描周期內(nèi)數(shù)值傳遞的一致性，從而避免類似異常工況的再次發(fā)生。