丁建軍,嚴(yán) 強
(廣東粵電新會發(fā)電有限公司,廣東 江門 529149)
某電廠2×453 MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機組,燃?xì)廨啓C由GE公司生產(chǎn),型號為PG9371FB,燃?xì)廨啓C由1臺18級的軸流式壓氣機、1套由18個低NOx燃燒器組成的燃燒系統(tǒng)、1臺3級透平和相關(guān)輔助系統(tǒng)組成。汽輪機由哈爾濱汽輪機廠制造,型號為LN150/C120-11.00/3.30/0.43/1.40,型式為三壓、再熱、三缸、沖動、抽凝式汽輪機。余熱鍋爐采用東方菱日鍋爐有限公司的三壓、再熱、自然循環(huán)、無補燃、臥式、MHDB-PG9371-Q1型余熱鍋爐。
本文對該電廠發(fā)生的一起因燃?xì)鈮毫Φ蛯?dǎo)致的快速減負(fù)荷(RUNBACK,簡稱RB)事件進(jìn)行分析研究,針對此次RB事件,討論了燃?xì)廨啓C11種不同情況下的降負(fù)荷速率,并列出了所有RB的觸發(fā)條件,有助于更好的提高運行人員專業(yè)技能,提高機組的控制水平,確保事故發(fā)生時的處置效率及正確性。
天然氣由上游分輸站供至廠內(nèi),經(jīng)調(diào)壓站過濾、分離和加熱及調(diào)壓后進(jìn)入機組前置模塊,再經(jīng)雙聯(lián)前置過濾器、性能加熱器、啟動電加熱器、過濾洗滌器、流量計和變送器最終送至燃?xì)庑¢g內(nèi)燃?xì)饪刂崎y組。燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)的作用是以適當(dāng)?shù)膲毫土髁肯蛉紵逸斔腿剂蠚?,以滿足燃?xì)廨啓C運行時啟動、帶負(fù)荷和停機的所有要求[1]。
燃料氣控制系統(tǒng)的主要由燃料氣截止閥(VS4-1)、燃料氣速比截止閥(VSR-1)、燃料氣放空閥(VS13-15)、燃料氣控制閥(VGC-1/2/3/4)、燃料氣壓力傳感器、燃料氣溫度傳感器等組成。天然氣系統(tǒng)流程示意圖如圖1所示。
圖1 天然氣系統(tǒng)流程示意圖
GE 9FB燃?xì)廨啓C燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)中的速比閥(VSR-1)和燃?xì)饪刂崎y(VGC-1/2/3/4)作用類似于三菱燃?xì)廨啓C的壓力控制閥和流量控制閥[2-3],VGC閥是用來控制進(jìn)入燃?xì)廨啓C的天然氣流量,其設(shè)計成超臨界流動,使得通過閥的天然氣流量與閥后背壓無關(guān),同時其閥芯的特殊型線使通流面積的變化與閥門的開度成正比。機組正常運行中,VSR閥則保持VGC閥前的P2壓力在一個恒定值,同時其也兼作天然氣的截止閥[4]。
2018年12月02日21時20分,1號機組負(fù)荷300 MW,退出AGC,開始執(zhí)行停機操作,其中P1壓力3.35 MPa,P2壓力2.95 MPa。21時26分34秒,燃?xì)廨啓C發(fā)電機降負(fù)荷至72 MW,汽輪機發(fā)電機滑參數(shù)降至99 MW,機組總負(fù)荷降至171 MW,P1壓力3.46 MPa,P2壓力2.95 MPa。21時27分38秒,燃?xì)廨啓C負(fù)荷69 MW,汽輪機繼續(xù)滑參數(shù)降至94 MW,P1壓力3.02 MPa,P2壓力2.85 MPa,MARK VIe控制系統(tǒng)報警窗口發(fā)出“P1 AND P2 MAX DECAY RATE EXCEED-RUNBACK(P1和P2最大衰減速率超限-RB)”、 “GAS FUEL SUPPLY PRESSURE LOW(燃?xì)夤鈮毫Φ?”報警,燃?xì)廨啓C執(zhí)行RB程序,自動降負(fù)荷停機,汽輪機跟隨滑參數(shù)降負(fù)荷。21時28分37秒,燃?xì)廨啓C降負(fù)荷至5 MW后正常逆功率解列,汽輪機負(fù)荷71 MW,打閘停機。
造成此次燃?xì)廨啓CRB的直接原因是“P1和P2最大衰減速率超限”,根本原因是因為停機過程中,上游分輸站供我廠主/備用調(diào)壓線SSV閥同時誤關(guān)導(dǎo)致1號機組天然氣供應(yīng)中斷。
通過查看邏輯,如圖2所示, P1和P2最大衰減速率必須均超限(LFPG1RTZ、LFPG2RTZ)才能觸發(fā)P1和P2最大衰減速率超限(LFPGRTZ)進(jìn)而觸發(fā)燃?xì)廨啓CRB至全速空載(L70L_AUX)。
圖2 燃?xì)廨啓CRB邏輯框圖
查閱歷史數(shù)據(jù)曲線圖3得知,21時26分39秒,P1最大衰減速率先達(dá)超限動作,VSR閥開度為40.79%,由于P1壓力持續(xù)下降,為維持P2壓力恒定,VSR閥開度增加至52.17%,但VSR閥開大速率比P1壓力下降速率慢,最終P2最大衰減速率也達(dá)到了超限值,進(jìn)而觸發(fā)燃?xì)廨啓CRB。
圖3 停機過程中歷史數(shù)據(jù)
與上游分輸站協(xié)調(diào)及檢查后,對分輸站SSV閥切斷原因分析如下:一是因調(diào)壓閥、指揮器和穩(wěn)壓器老舊,導(dǎo)致閥門調(diào)節(jié)滯后;二是燃?xì)廨啓C在啟、停機過程天然氣流量波動較大;三是冰堵和穩(wěn)壓過濾器堵塞都可能會導(dǎo)致調(diào)壓失效;四是廠內(nèi)調(diào)壓站與上游分輸站聯(lián)絡(luò)管線較短,各調(diào)壓閥設(shè)定值間隔較小,導(dǎo)致壓力調(diào)節(jié)失穩(wěn)出現(xiàn)異常波動;五是安全切斷閥的連鎖機構(gòu)是機械式,易受管道振動影響。
針對以上情況,進(jìn)行了如下處理措施:一是重新設(shè)定了調(diào)壓撬各閥壓力,主路的安全切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓閥、工作調(diào)壓閥依次設(shè)定為4.2/3.95/3.7 MPa,備用路的各閥依次設(shè)定為4.4/3.95/3.6 MPa;二是定期對調(diào)壓設(shè)備維保檢修,及時更換配件;三是加強日常數(shù)據(jù)監(jiān)控,確保及時發(fā)現(xiàn)調(diào)壓撬冰堵和穩(wěn)壓過濾器臟污情況。
燃?xì)廨啓C電廠由于機組特性的不同,RB功能和常規(guī)火電機組有明顯差別。煤機機組RB發(fā)生后,控制策略主要由CCS方式切至鍋爐輸入控制方式(或汽輪機跟隨方式),鍋爐主控處于手動狀態(tài),汽輪機主控自動切至壓力控制模式,機組處于滑壓運行狀態(tài),鍋爐主控切為手動,燃料主控自動維持RB目標(biāo)負(fù)荷對應(yīng)的燃料量。煤機因主要輔機故障跳閘而RB主要有磨煤機、送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機、給水泵、空氣預(yù)熱器等[5],根據(jù)不同的故障輔機導(dǎo)致的RB,采用不同的RB速率[6]。
對于燃?xì)鈾C組,由于沒有煤機相對復(fù)雜的鍋爐系統(tǒng),只有簡單的余熱鍋爐,機組負(fù)荷主要通過燃?xì)廨啓C系統(tǒng)調(diào)節(jié)燃料量適應(yīng)負(fù)荷變化。燃?xì)廨啓CRB主要分為外部RB和內(nèi)部RB兩種。外部RB是指由DCS 經(jīng)過判斷條件后,發(fā)至燃?xì)廨啓C進(jìn)行RB,內(nèi)部RB是指燃?xì)廨啓C自身判斷條件后觸發(fā)RB。不同廠家的燃?xì)廨啓C,其RB速率不同,三菱M701F型RB速率包括20 MW/min(正常)和300 MW/min(快速)兩種[7];因西門子V94.3A型燃?xì)廨啓C資料有限,未在相關(guān)文獻(xiàn)中查到其RB信息。
本次燃?xì)廨啓C因P1和P2最大衰減速率超限發(fā)生RB后,燃?xì)廨啓C負(fù)荷從69 MW降至5 MW,用時59秒,降負(fù)荷速率約為64 MW/Min,比機組正常停機降負(fù)荷速率要快很多。MARK VIe邏輯由于其復(fù)雜性及保密性往往成為運行人員的專業(yè)短板,為了解GE燃?xì)廨啓C更多關(guān)于快速降負(fù)荷的觸發(fā)條件,更好的提高運行人員專業(yè)技能,提高機組的控制水平,確保事故發(fā)生時的處置效率及正確性,特查閱熱控相關(guān)控制邏輯。
燃?xì)廨啓C的轉(zhuǎn)速控制有兩種方式,有差轉(zhuǎn)速控制(Doop Speed)和無差轉(zhuǎn)速控制(Isoch Speed)。當(dāng)燃?xì)廨啓C用作帶動發(fā)電機時,選用有差控制方式。
燃?xì)廨啓C負(fù)荷變化是通過當(dāng)前實際輸出燃料沖程基準(zhǔn)(FSR)的變化體現(xiàn)的,F(xiàn)SR的變化正比于轉(zhuǎn)速控制基準(zhǔn)(TNR)與實際轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)(TNH)之差,即△FSR∝(TNR-TNH)[8-9]。若燃?xì)廨啓C未并網(wǎng),則TNH隨燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)速變化而變化;若燃?xì)廨啓C在并網(wǎng)狀態(tài)下,TNH保持不變,燃?xì)廨啓C出力大小實際由TNR決定,而TNR的值最終通過轉(zhuǎn)速控制基準(zhǔn)邏輯塊(TNRV1)計算得知,如圖4所示。Z-1與加法器組成數(shù)字積分器,L83JDn(0-11)決定了升降速率常數(shù)TNKR1_n的某個值,也就是通過不同的邏輯選擇了不同的積分速率常數(shù)。L70R和L70L決定了積分的方向,L70R=1且L70L=0時,積分值上升,TNR增加; L70L=1時,積分值下降,TNR減??;L70R=0且L70L=0時,積分中止,TNR保持不變。
圖4 TNRV1轉(zhuǎn)速控制基準(zhǔn)邏輯
升降速率常數(shù)TNKR1_n為固定值,如表1所示,L83JDn(0-11)決定了選擇哪個常數(shù),針對不同的情況,對應(yīng)不同的負(fù)荷速率,也就是通過不同的邏輯選擇了不同的積分速率常數(shù),而最終反映在輸出不同的TNR值。
表1 轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)TNR變化率
單位時間內(nèi)燃?xì)廨啓C負(fù)荷變化量,計算公式如下:
(1)
式中:ΔQ為燃?xì)廨啓C每分鐘負(fù)荷變化量;TNKRX為燃料基準(zhǔn)變化率;DWKDG為負(fù)荷與轉(zhuǎn)速指令的增益系數(shù),固定值0.014%/MW(轉(zhuǎn)速不等率(3.99%)=DWKDG*BASE(285 MW))。
通過公式1可計算不同速率常數(shù)下對應(yīng)的負(fù)荷速率如表2所示,得知不同的觸發(fā)條件下,燃?xì)廨啓C會以不同的速率降負(fù)荷。
由圖2可知,RUNG_36邏輯快中有9種可以觸發(fā)燃?xì)廨啓CRB至全速空載的情況,詳細(xì)說明見表3。
表2 TNKR1_n對應(yīng)下的負(fù)荷速率
表3 9種觸發(fā)燃?xì)廨啓CRB至全速空載情況
燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組由于主要設(shè)備故障造成機組實發(fā)功率受到限制時,為適應(yīng)設(shè)備出力,控制系統(tǒng)強制將機組負(fù)荷減到尚在運行的設(shè)備所能承受的負(fù)荷目標(biāo)值。若故障嚴(yán)重時,燃?xì)廨啓C快速降負(fù)荷仍不能維持機組運行,則機組發(fā)自動停機指令自動停機。
燃?xì)廨啓C在轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制模式下,其負(fù)荷變化的速率受控于TNR的變化速率,TNR的變化速率是控制程序預(yù)先設(shè)定好的固定值。通過分析由于上游分輸站中斷供氣造成的一起燃?xì)廨啓CRB事件,展開討論了不同觸發(fā)條件下燃?xì)廨啓C不同的降負(fù)荷速率,并列舉了所有RB條件,論證了實際RB速率和理論降負(fù)荷速率的一致性。