章 凱

（福建鴻山熱電有限責任公司）

0 引言

福建省鴻山熱電廠采用東方汽輪機有限公司生產的超臨界抽汽凝汽式汽輪機，其單機額定功率為600MW，最大供熱抽汽流量為950t／h。自該廠投產以來，熱負荷長期保持在600t／h以上，最大供熱抽汽流量達到650t／h。由于鴻山熱電廠為國內首臺單機供熱流量達到600t／h的600MW級抽汽供熱機組，沒有同等參數(shù)機組的運行經驗，更缺乏成熟的供熱工況RB控制策略，筆者在參考其它同類電廠600MW機組純凝工況下給水RB控制方案，并針對600MW級、供熱流量達600t／h機組控制對象的特性，通過多次模擬實驗論證，提出并改進了相應的控制策略方案，在之后發(fā)生給水泵RB工況下，控制策略連鎖動作成功，避免了全廠對外供熱中斷事故，極大地提升了供熱機組運行的安全性和穩(wěn)定性。

1 供熱負荷需求及供熱系統(tǒng)結構

1.1 鴻山熱電廠地處工業(yè)園區(qū)中心位置，其供熱管網分為南線和北線，兩條供熱管路負荷相當。其電廠廠內供熱管網布置如圖1所示：

圖1 2×600MW供熱機組廠內管網系統(tǒng)

從圖1中可以看出，兩臺機組的4段抽汽經過噴水減溫后匯流至同一根母管向外供熱。熱負荷較低時，采用單臺機組供熱，熱負荷較高時，則可根據(jù)需要由兩臺機組協(xié)同供熱。

沿海三鎮(zhèn)工業(yè)區(qū)熱負荷特點：沿海三鎮(zhèn)熱負荷基本穩(wěn)定在600t／h上下，且負荷基本穩(wěn)定，波動較小，由于高參數(shù)、大流量供熱，母管蒸汽流量無法起到緩沖作用，一旦供熱切除，短時間熱用戶用汽就會中斷。按照純凝機組的RB控制策略，給水RB時候，RB目標負荷300MW，切除供熱，供熱蝶閥全開，轉純凝狀態(tài)，中斷對外供氣。在這種狀況下，給沿海染整企業(yè)生產經營帶來了巨大的經濟損失，為了解決這種不利的生產經營困局，在國內沒有成熟控制策略可供參考的情況下，通過多次實驗論證數(shù)據(jù)，探索并改進優(yōu)化了給水RB控制策略去滿足實際運營需求。

2 給水RB控制策略設計思路和相關邏輯

2.1 給水RB控制策略完善和優(yōu)化

由于鴻山熱電廠的供熱機組同時存在供熱運行和純凝運行兩種運行工況，且電熱負荷不同，運行方式也不同，RB控制策略最復雜且最重要的一部分，就是通過實驗分析，分清楚各種工況下的運行方式，通過邏輯準確判斷當前處于哪種工況，發(fā)出當前工況所對應的控制策略，一旦判斷錯誤，直接導致的后果是難于估量的。所以帶著這個問題，筆者思考了大量可能引發(fā)邏輯判斷錯誤的因素，包括邏輯組態(tài)互相關聯(lián)引發(fā)的邏輯交互錯誤等一系列偶發(fā)因素等，以下為改進優(yōu)化后的給水RB的具體控制策略：

（1）（電負荷＋熱負荷）＞480MW，兩臺汽泵運行時一臺汽泵跳閘，電泵5s內啟動 （收到電泵運行信號），鍋爐主控目標降至480MW，維持供熱，電泵5s內未啟動 （未收到電泵運行信號），鍋爐主控目標降至300MW，切除供熱。

（2）480MW≥（電負荷＋熱負荷）≥300MW，兩臺汽泵運行時一臺汽泵跳閘，電泵5s內啟動 （收到電泵運行信號），鍋爐主控目標負荷維持RB前負荷指令，電泵5s內未啟動 （未收到電泵運行信號），鍋爐主控目標負荷降至300MW。

（3）熱負荷包含中壓供熱和低壓供熱兩部分。

（4）負荷限速率切換為10MW／s。

（5）在電泵和單臺汽泵并列運行正常后，由運行人員手動退出RB保護。

2.2 電泵連鎖控制策略

電泵在此控制策略中起著決定性的作用，電泵連鎖啟動是否成功？啟動成功后是否在第一時間開啟電泵勺管？是否順利并泵成功？及時填補另一臺汽泵跳閘事故工況下缺失的給水量等等，這些都很關鍵。同時還要防止在電泵勺管快速開啟的過程中，引起電泵振動過大，觸發(fā)電泵振動保護，導致電泵跳閘，策略聯(lián)鎖失敗。同時給水RB工況下勺管開度也很重要，這是匹配兩臺泵 （電泵、在運汽泵）出力及實際給水量的關鍵因素，要防止在并泵過程中兩臺泵 （電泵、在運汽泵）發(fā)生搶水及憋泵。經過多次實驗論證，緩慢開啟電泵勺管，在40%左右有振動臨界區(qū)，停留時間過長會引起振動超限，觸發(fā)振動保護跳閘電泵，所以控制策略設計應改為快速開啟到RB判斷負荷對應的指定勺管開度，快速過臨界，防止振動超限，同時也適當放寬了振動保護 （過臨界過程中可能發(fā)生短時間振動超限），采取上述措施后在實際試驗中取得了較好效果。同時為了防止快速開啟電泵勺管過程中引起電泵入口流量低，發(fā)生汽蝕，設計了電泵入口壓力低保護。在保護觸發(fā)的同時，中止電泵勺管繼續(xù)開啟，保持勺管當前開度，待入口流量穩(wěn)定，入口壓力低保護解除后，轉運行人員手動操作并入汽泵。

具體的控制策略如下：

（1）汽泵RB后，根據(jù)電熱負荷和RB發(fā)生時刻的主汽壓，勺管指令由25%超馳至折線對應值折線點，閉鎖時間為5s，閉鎖解除后勺管切手動控制，電熱負荷與電泵勺管開度函數(shù)關系曲線：（350MW，45%）（400MW，50% ）（450mw，60%）（600MW，65%）。

（2）發(fā)2s脈沖將電泵再循環(huán)門投入自動狀態(tài)。

（3）若電泵入口壓力＜1.4MPa或入口流量＞600t／h，延時3s，勺管鎖定實際開度，2s后釋放，切手動由運行操作。

（4）電泵振動跳閘保護，修改為一個軸承振動超過15mm／s與上另一軸振超過10mm／s，延遲5秒觸發(fā)。

2.3 汽泵RB搶水控制策略和相關邏輯

汽泵RB搶水，前提是電泵正常連鎖啟動成功，若連鎖失敗則RB目標負荷設定為300MW，機組轉純凝工況。在汽泵RB搶水發(fā)生時，由于給水量急劇減少，水煤比嚴重不匹配，過熱度快速上升，為了在電泵并入前盡可能地抵消這種異常工況的影響，防止水冷壁超溫，需要加大在運汽泵出力，最大限度地緩解電泵并入前給水量的缺失，所以考慮采取超弛控制策略，同時防止超弛過程中，指令轉速偏差大切除遙控，引起RB連鎖失敗，同步考慮放大了轉速偏差切除遙控邏輯。

具體的控制策略如下：

（1）（電負荷＋熱負荷）＞480MW，兩臺汽泵運行時一臺汽泵跳閘，在運汽泵指令超馳至97% （對應轉速5900轉，給水流量1200t／h，指令速率設有一階慣性環(huán)節(jié)，滯后時間為0.04min。超馳閉鎖時間4s），超馳結束后釋放為自動調節(jié)。

（2）480MW≥（電負荷＋熱負荷）≥300MW，兩臺汽泵運行時一臺汽泵跳閘，在運汽泵指令超馳至76.5% （對應轉速5000轉，給水流量1000 t／h，指令速率設有一階慣性環(huán)節(jié)，滯后時間為0.04min。超馳閉鎖時間2s），超馳結束后釋放為自動調節(jié)。

（3）自動控制狀態(tài)，給水公用指令采用與300MW給水RB一樣的指令變化速率。

（4） “汽泵轉速指令和反饋＞500轉退出遙控”改為 “汽泵轉速指令和反饋＞1500轉退出遙控”邏輯。

2.4 汽機主控控制策略和相關邏輯

汽機主控控制考慮到RB觸發(fā)時刻為異常工況，為了使電泵順利并泵，降低閥前壓力，增強滑壓控制，同時防止主汽壓偏差大切除汽機主控。同時解除RB后調門禁增指令。

（1）控制方式切到TF模式，自動投入汽機主控自動和滑壓運行。

（2）主汽壓變化限速率切換為1.5Mpa／min。

（3）解除主汽壓指令反饋偏差大于2Mpa切除汽機主控自動的邏輯。

（4）主汽壓指令函數(shù)按照RB曲線跟蹤。

（5）解除RB后汽機調門禁增指令。主汽壓將隨著調門開度加大而降低。

2.5 制粉系統(tǒng)控制

制粉系統(tǒng)為了配合RB事故工況下快速減煤，避免水冷壁超溫，同時需要煤主控投入自動，而煤主控自動的前提條件就是給煤機自動和磨熱風調門自動（考慮到熱風調門運行工況惡劣，在長期運行過程中存在取樣管堵煤造成風量不準的情況，長時間在此方式下自動運行可能會引起風溫控制不好及堵煤的情況發(fā)生，但短時間內自動投入則影響不大，且RB工況下有報警提示運行人員加強監(jiān)盤）所以設計為強制投入所有磨自動。

具體邏輯修改如下：

（1）發(fā)2s脈沖將所有在運給煤機、磨冷熱風門投入自動狀態(tài)，煤主控投入自動，由鍋爐主控控制。

（2）解除RB后15秒內，閉鎖煤主控輸出的邏輯，使煤主控減煤更加迅速。

3 給水RB實際動作情況解析

鴻山熱電廠在改造完此控制策略，于機組正常供熱運行期間，10：02：37，汽泵B跳閘觸發(fā)RB，汽機調門開度從92%關小至86%，主汽壓力偏差最大為1.5Mpa。10：02：37給水流量最大時為 1778t／h，直到10：02：46減小至1030t／h，RB過程中主蒸汽和再熱蒸汽溫度均未超溫，個別水冷壁溫度出現(xiàn)超溫現(xiàn)象；總燃料 10：02：47最大為 246t／h，10：03：03迅速減小至196t／h，16s內減少50t；過熱度從17度最高上升至36.8度；負壓從－65Pa開始變化，最低下降至－403Pa。

在運汽泵A目標指令在3s內 （一階慣性的延遲時間）目標轉速超弛升至 5895r／min（設定值為5900r／min），給定轉速經過 22s，由 5613r／min升至5895r／min，實際升速率為每分鐘為 769r／min，電泵10：02：40聯(lián)啟成功，電泵的勺管開度從10：02：43開始，在3s內由25%迅速開至65%，10：03：01，電泵出口流量達到最大，為672t／h。

單臺汽泵跳閘后，在運汽泵、電泵、汽機調門、制粉系統(tǒng)等設備均正確運作。觸發(fā)汽泵RB 110s后，給水流量已穩(wěn)定在1400t／h，機組電負荷473MW，供熱流量481t／h，各參數(shù)趨于穩(wěn)定。成功實現(xiàn)了 “單臺汽泵跳閘后，機組少減負荷甚至不減負荷，不切除供熱”的目標，避免了全廠對外供熱中斷的事故。

4 結束語

本文設計600MW供熱機組在供熱或者純凝工況下發(fā)生給水泵RB，根據(jù)輔機運行狀況及當前方式下的電熱負荷，最優(yōu)選控制方式，能夠最大限度地確保機組在純凝工況下不減負荷或者少減負荷，在供熱工況下保障供熱運行，不切除供熱，通過優(yōu)化控制方式及策略，解決了供熱機組生產運營的困難，保證了熱電機組的安全性和經濟性，同時也很好地兼顧了該地區(qū)熱用戶的需求，取得了很好的經濟效益和社會效益。