摘要：本文首先介紹超臨界機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)和熱工特點(diǎn)，然后提出熱工自動(dòng)控制策略的優(yōu)化方法，最后闡述安全防護(hù)誤動(dòng)的原因及預(yù)防措施。研究表明，優(yōu)化控制方法具有良好的通用性和適用性，可推廣應(yīng)用于其他類(lèi)型的熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)中，可以提高機(jī)組的工作效率和穩(wěn)定性，具有實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：超臨界機(jī)組；熱工自動(dòng)控制；優(yōu)化策略

電廠超臨界機(jī)組熱工自動(dòng)化控制主要采用自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和控制，確保設(shè)備運(yùn)行參數(shù)處于正常范圍，提升電廠設(shè)備運(yùn)行的可靠性。超臨界機(jī)組熱工自動(dòng)控制參數(shù)較高，輸出變量較多，且隨著裝機(jī)容量持續(xù)增加，被控對(duì)象之間耦合性增強(qiáng)，如果依靠人工手動(dòng)調(diào)節(jié)很難達(dá)到理想效果，需要從整個(gè)控制系統(tǒng)出發(fā)進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化控制性能。在降低生產(chǎn)成本、增加熱電廠電力和能源供應(yīng)的前提下，自動(dòng)化控制可以?xún)?yōu)化與調(diào)整相關(guān)參數(shù)，促使機(jī)組運(yùn)行更加平穩(wěn)。

電廠在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中超臨界機(jī)組熱工控制存在參數(shù)非線(xiàn)性耦合現(xiàn)象嚴(yán)重、動(dòng)態(tài)特性受負(fù)荷影響波動(dòng)較大以及水燃比調(diào)節(jié)難以兼顧快速性和準(zhǔn)確性等特點(diǎn)，增加了熱工自動(dòng)控制的難度。對(duì)此，本文提出調(diào)節(jié)水燃比靜態(tài)關(guān)系、優(yōu)化熱值補(bǔ)償回路和優(yōu)化水燃比回路等對(duì)策，旨在提高機(jī)組運(yùn)行可靠性，減少燃料損失，提高經(jīng)濟(jì)效益。

一、火電廠熱工自動(dòng)化的控制與分析

發(fā)電廠火力發(fā)電發(fā)電機(jī)組隔熱機(jī)械自動(dòng)化有自動(dòng)識(shí)別、操縱、警報(bào)及維護(hù)等。發(fā)電廠機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，工業(yè)爐具有平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的主要參數(shù)，當(dāng)主要參數(shù)超出正常范圍時(shí)，必須控制發(fā)電機(jī)組負(fù)載或優(yōu)化設(shè)備參數(shù)。自動(dòng)識(shí)別指的是在發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中檢測(cè)儀器主要參數(shù)，并通過(guò)檢驗(yàn)主要參數(shù)更好地把握運(yùn)行狀況。例如，加熱爐汽輪發(fā)電機(jī)內(nèi)會(huì)設(shè)定很多檢測(cè)儀表記錄控制參數(shù)，隨后調(diào)整水的溫度、水位等主要參數(shù)，確保設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。

自動(dòng)控制系統(tǒng)是嚴(yán)格把控次序完成發(fā)電機(jī)組設(shè)備控制，當(dāng)發(fā)電機(jī)組啟、停和故障排除時(shí)，應(yīng)選用順序方法，根據(jù)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行情況和運(yùn)作要求控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)具有保護(hù)作用和判斷推理作用，在某實(shí)際操作結(jié)束后，要經(jīng)過(guò)確定進(jìn)入下一控制，例如，自動(dòng)報(bào)警等。隨著火電廠裝機(jī)容量的不斷增加，熱力系統(tǒng)構(gòu)成日趨復(fù)雜，自動(dòng)控制的難度也在加大。自動(dòng)報(bào)警功能是指設(shè)備工作時(shí)，當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，多用于熱工系統(tǒng)液位檢測(cè)和溫度測(cè)量。相關(guān)運(yùn)行人員會(huì)依據(jù)系統(tǒng)報(bào)警提示，及時(shí)采取有效措施保障設(shè)備順利運(yùn)行，避免引發(fā)更多意外。自動(dòng)保護(hù)是在機(jī)組設(shè)備工作異?；驘峁?shù)在正常范圍外，系統(tǒng)為了避免更大事故將自動(dòng)實(shí)施聯(lián)鎖指令終止設(shè)備工作，對(duì)設(shè)備有著保護(hù)作用。

二、超臨界機(jī)組熱工控制特性分析

（一）參數(shù)間非線(xiàn)性耦合

由于各參數(shù)間存在非線(xiàn)性耦合，采用普通控制系統(tǒng)很難滿(mǎn)足人們的要求。以直流鍋爐集中控制目標(biāo)為例，將燃料量、給水流量和汽輪發(fā)電機(jī)閥門(mén)開(kāi)度作為輸出量，供給量以機(jī)前工作壓力、設(shè)備負(fù)載和分離設(shè)備出入口環(huán)境溫度為主導(dǎo)。

隨著鍵入端燃料量增加，輸出端口發(fā)電機(jī)組負(fù)載以及機(jī)前壓力分離設(shè)備出入口環(huán)境溫度也會(huì)隨著升高。當(dāng)鍵入端汽輪發(fā)電機(jī)閥門(mén)開(kāi)度提升后，輸出端口發(fā)電機(jī)組負(fù)載提升但機(jī)前工作壓力降低，分離設(shè)備出入口環(huán)境溫度也會(huì)降低。如果在資金投入以前增加給水量，發(fā)電機(jī)組負(fù)載和機(jī)前工作壓力的產(chǎn)出率將會(huì)升高，而分離設(shè)備出入口環(huán)境溫度會(huì)降低。也正因?yàn)橹饕獏?shù)中間的離散系統(tǒng)耦合給操縱增添了一定難度。輸入?yún)?shù)變化時(shí)，輸出端口參數(shù)與鍵入端主要參數(shù)呈正比或反比關(guān)系，會(huì)增加操縱難度系數(shù)，因此，在操作過(guò)程中借助一個(gè)主要參數(shù)難以達(dá)到提升的目的。

（二）動(dòng)態(tài)特性隨著負(fù)荷的變化波動(dòng)較大

超臨界機(jī)組動(dòng)態(tài)特性參數(shù)存在較大波動(dòng)，主要由機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷決定，動(dòng)態(tài)特性參數(shù)隨機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)的幅度較大。例如，水燃比調(diào)整溫度改變，雖然幅度在50%～80%之間，增益改變可達(dá)6倍，時(shí)間常數(shù)也會(huì)改變3～4倍。另外，超臨界機(jī)組運(yùn)行通常采用變壓運(yùn)行模式，該設(shè)計(jì)的目的是在較大負(fù)荷范圍下提高機(jī)組效率。但此種運(yùn)行模式也會(huì)使超臨界機(jī)組處于亞臨界壓力區(qū)間，且亞臨界與超臨界工質(zhì)物性相差較大，會(huì)使超臨界機(jī)組非線(xiàn)性特性更強(qiáng)，參數(shù)調(diào)整難度更大。

（三）水燃比的調(diào)整難以兼顧快速性與準(zhǔn)確性

超臨界鍋爐的熱工控制難題主要體現(xiàn)在加熱爐水燃比調(diào)整。一般來(lái)說(shuō)，出入口蒸汽溫度能在一定程度上反饋水燃比的改變，但在具體運(yùn)行時(shí)，出入口蒸汽溫度會(huì)有一定的延遲時(shí)間，以蒸汽溫度為例，水燃比的改變難以實(shí)現(xiàn)更好的調(diào)整。由于水燃比發(fā)生變化，蒸汽溫度必須延遲時(shí)間才能發(fā)生改變。如果依據(jù)環(huán)境溫度的主要參數(shù)調(diào)節(jié)水燃比，就不能更快、更準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)。

近年來(lái)，很多科研人員開(kāi)展了很多的科學(xué)研究，旨在提升水燃比的調(diào)整精確度和速率，為水燃比調(diào)節(jié)意見(jiàn)反饋帶來(lái)了更多參考。例如，根據(jù)加溫段水的溫度、微過(guò)熱蒸汽溫度意見(jiàn)反饋水燃比調(diào)整，根據(jù)氣體溫度、加熱爐出入口熱信息和火焰的溫度體現(xiàn)燃料發(fā)熱量，融合主要參數(shù)，產(chǎn)生水燃比調(diào)節(jié)方式，這比單一參照出入口蒸汽溫度主要參數(shù)更快、更準(zhǔn)確。從具體運(yùn)作上看，各種水燃比調(diào)節(jié)方式都存在一些不足，尤其在發(fā)電機(jī)組變壓器運(yùn)作和負(fù)載范疇轉(zhuǎn)變的情形下，調(diào)節(jié)方式的缺陷更加明顯，必須按照實(shí)際的運(yùn)作標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整水燃比。

三、熱工自動(dòng)控制策略的優(yōu)化方法

（一）調(diào)節(jié)水燃比靜態(tài)關(guān)系

在實(shí)際工作中，影響水燃比的靜態(tài)關(guān)系也是煤質(zhì)發(fā)生變化，但這一影響因素可通過(guò)改善煤的品質(zhì)發(fā)生變化，同時(shí)，火電廠運(yùn)行時(shí)對(duì)燃料質(zhì)量的控制較嚴(yán)，整體可排除煤質(zhì)變化而改變水燃比的靜態(tài)關(guān)系。此外，制粉系統(tǒng)調(diào)節(jié)會(huì)影響機(jī)組控制系統(tǒng)，制粉系統(tǒng)調(diào)節(jié)主要通過(guò)調(diào)節(jié)分離器出口擋板實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)擋板開(kāi)合度可影響風(fēng)煤配比，改變風(fēng)煤比，進(jìn)而影響水燃比。

制粉系統(tǒng)容量風(fēng)和給煤量比通常為0.9，通過(guò)調(diào)節(jié)擋板開(kāi)合度，可以使制粉系統(tǒng)容量風(fēng)和給煤量比維持在1.3～1.4。不過(guò)，需要調(diào)節(jié)相關(guān)水燃比，否則當(dāng)機(jī)組處于低負(fù)荷時(shí)，就起不到應(yīng)有的調(diào)節(jié)作用。

所以應(yīng)有調(diào)節(jié)水燃比靜態(tài)關(guān)系可以從以下方面著手：第一，調(diào)整好燃料和給水比例，隨著機(jī)組負(fù)荷的提高，增加燃料量和給水量。第二，當(dāng)燃料增加時(shí)，提高給風(fēng)量，避免出現(xiàn)燃料燃燒不足而冒黑煙的現(xiàn)象。

（二）優(yōu)化水燃比回路

回路優(yōu)化水燃比主要通過(guò)調(diào)節(jié)水和煤的配比關(guān)系，繼而實(shí)現(xiàn)蒸汽溫度調(diào)節(jié)。通常控制水燃比的方式有：第一，向燃料控制回路增加水燃比控制信號(hào)并通過(guò)更改燃料指令調(diào)節(jié)水燃比；第二，將水燃比控制信號(hào)加到給水的控制回路，以調(diào)節(jié)給水量的方式控制蒸汽溫度。綜合考慮，兩種水燃比優(yōu)化調(diào)整策略均具有優(yōu)點(diǎn)和缺陷。

當(dāng)超臨界直流鍋爐給水或燃料變化時(shí)，水蒸氣相變點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的主蒸汽溫度也隨之改變。給水改變時(shí)，蒸汽流量會(huì)增大，而壓力降低，蒸汽溫度推遲后趨于穩(wěn)定。燃料變化時(shí)，鍋爐儲(chǔ)水量會(huì)隨之改變，燃燒率擾動(dòng)存在延遲，該延遲時(shí)間較短，蒸汽量會(huì)逐漸增大，壓力和溫度也會(huì)升高。因此，給水和燃料的改變會(huì)影響蒸汽壓力和溫度。

對(duì)于蒸汽溫度而言，與調(diào)節(jié)燃料相比，改變給水量調(diào)節(jié)蒸汽溫度的反應(yīng)時(shí)間較短，但在較短時(shí)間內(nèi)會(huì)使機(jī)組壓力產(chǎn)生較大波動(dòng)。雖然調(diào)節(jié)燃料變化會(huì)使蒸汽溫度的調(diào)節(jié)速度較低，但不會(huì)增加機(jī)組壓力。所以在優(yōu)化水燃比回路時(shí)，應(yīng)完成水煤粗略配比，再通過(guò)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償使狹義水燃比更合理，從而實(shí)現(xiàn)蒸汽溫度可調(diào)。

因此，回路優(yōu)化控制包括兩個(gè)環(huán)節(jié)：第一，運(yùn)用加熱爐主控芯片命令開(kāi)展給排水和燃料配制操縱，完成理論水燃比調(diào)整。第二，根據(jù)受熱面和分離設(shè)備出入口環(huán)境溫度信號(hào)的功率變化趨勢(shì)，持續(xù)改變?nèi)剂厦?，提升水燃比，以此更好地調(diào)節(jié)蒸汽溫度。

（三）改善發(fā)熱量賠償控制回路

根據(jù)發(fā)電機(jī)組的具體運(yùn)行狀況，發(fā)熱量賠償控制回路提升要以自動(dòng)控制系統(tǒng)邏輯性轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)。發(fā)熱量賠償控制回路提升與水燃比控制回路提升緊密聯(lián)系。一般鍋爐制造廠提供的控制策略中包括發(fā)熱量賠償控制回路，經(jīng)具體試投后可以發(fā)現(xiàn)，控制回路計(jì)劃方案與發(fā)電機(jī)組具體運(yùn)作要求的吻合度較低。

主要原因在于控制回路計(jì)劃方案大多采用水燃比供給量作為控制信號(hào)，需要系統(tǒng)之間密切聯(lián)系才能實(shí)現(xiàn)，通過(guò)試投得出的水燃比變化較大，在實(shí)際工作中，易在系統(tǒng)間形成共振而影響機(jī)組工作。機(jī)組的實(shí)際狀況改變了熱值補(bǔ)償回路控制量，主要由給水和燃料指令產(chǎn)生控制偏差的方式，可以較好地消除工況變化帶來(lái)的水燃比變化，實(shí)用新型減少制粉系統(tǒng)可以解決水燃比調(diào)節(jié)變化較大的問(wèn)題。

給水量和燃料量變化會(huì)對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成瞬間擾動(dòng)，該擾動(dòng)可以由水燃比回路調(diào)節(jié)，因?yàn)樗急然芈肥强焖僬{(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以清除發(fā)電機(jī)組負(fù)載改變和外在因素對(duì)整個(gè)系統(tǒng)軟件造成的瞬間影響。同時(shí)，發(fā)熱量賠償回路的相互關(guān)系簡(jiǎn)易，可以隨時(shí)優(yōu)化提升制粉系統(tǒng)，使水燃比的配制一直處于相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，無(wú)需改變水燃比，可以確保水燃比控制回路更加穩(wěn)定。

四、安全防護(hù)誤動(dòng)的原因及預(yù)防措施

隨著科技發(fā)展，在超臨界鍋爐隔熱防護(hù)系統(tǒng)中，DCS系統(tǒng)軟件日趨健全，穩(wěn)定性及多余COU電源開(kāi)關(guān)無(wú)擾性已得到充分保證，該控制板可以確保全部系統(tǒng)優(yōu)化工作中的行為恰當(dāng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)組正常工作時(shí)，要實(shí)時(shí)監(jiān)控一些關(guān)鍵信號(hào)、主要參數(shù)，當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)生報(bào)警或主要參數(shù)超過(guò)設(shè)置程度時(shí)，DCS系統(tǒng)軟件可以發(fā)出指令，讓發(fā)電機(jī)組馬上打開(kāi)或摘除相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)軟件，以保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)作。因此來(lái)說(shuō)，隔熱維護(hù)靠譜的前提條件是維護(hù)邏輯制定。執(zhí)行器、接觸點(diǎn)、檢測(cè)部件等具有高品質(zhì)和可靠性，是隔熱維護(hù)得到良好運(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件。與DCS系統(tǒng)軟件對(duì)比，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器設(shè)備多余、風(fēng)險(xiǎn)分散化等服務(wù)。機(jī)器設(shè)備多余主要包括模件多余和網(wǎng)絡(luò)通訊多余；風(fēng)險(xiǎn)零散的方式也有利于監(jiān)控關(guān)鍵數(shù)據(jù)信號(hào)，傳感器應(yīng)采用單獨(dú)的取樣裝置，將關(guān)鍵裝置分散化到不同類(lèi)型的控制板中，當(dāng)各種機(jī)器設(shè)備處在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況時(shí)，會(huì)由于存有故障現(xiàn)象導(dǎo)致機(jī)器設(shè)備關(guān)機(jī)，即維護(hù)誤動(dòng)。在發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，隔熱防護(hù)系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)異常，即維護(hù)拒動(dòng)。維護(hù)拒動(dòng)帶來(lái)的傷害大于維護(hù)誤動(dòng)，因此，對(duì)于超臨界鍋爐隔熱防護(hù)系統(tǒng)而言，原則是清除拒動(dòng)和誤動(dòng)狀況。

（一）數(shù)據(jù)信號(hào)不穩(wěn)定

超臨界鍋爐隔熱系統(tǒng)內(nèi)因一部分感恩回饋數(shù)據(jù)信號(hào)為單一感恩回饋，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，易引起數(shù)據(jù)信號(hào)誤動(dòng)。例如，某工廠熱電廠增壓風(fēng)機(jī)的顫振維護(hù)會(huì)發(fā)生姿勢(shì)跳閘推不上去的現(xiàn)象，主要原因是增壓風(fēng)機(jī)是點(diǎn)射的，穩(wěn)定性較弱，加上維護(hù)數(shù)據(jù)信號(hào)工作壓力取樣管設(shè)計(jì)日趨完善，未能改裝吹洗控制回路。取樣管積塵會(huì)造成壓力失調(diào)，導(dǎo)致增壓風(fēng)機(jī)的顫振安全防護(hù)誤動(dòng)。

防范措施：通過(guò)邏輯性提升、機(jī)器設(shè)備維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)選擇、完成感恩回饋數(shù)據(jù)信號(hào)“三取二”等舉措，提升超臨界鍋爐隔熱維護(hù)的穩(wěn)定性。

（二）硬件配置出現(xiàn)異常，監(jiān)控點(diǎn)設(shè)定不科學(xué)造成維護(hù)誤動(dòng)等

某工廠有7臺(tái)加熱爐螺旋鋼管由于壁溫異?，F(xiàn)象造成變電器跳電，根據(jù)清查，為卡件基座異常現(xiàn)象造成安全事故，拆換結(jié)束后，發(fā)電機(jī)組可以恢復(fù)。但深入調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，鍋爐爐膛安全管理系統(tǒng)（FSSS）的七個(gè)環(huán)境溫度監(jiān)控點(diǎn)都坐落于一個(gè)卡構(gòu)件上，符合安防監(jiān)控“82選7”的基本原則，當(dāng)七個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的環(huán)境溫度出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)發(fā)生跳電狀況，即使DCS系統(tǒng)軟件具備速度分辨、常見(jiàn)故障摘除等服務(wù)，也存在誤動(dòng)狀況。

防范措施：一些發(fā)電廠歷年來(lái)重視邏輯性提升、數(shù)據(jù)信號(hào)“三取二”，而堅(jiān)持采用風(fēng)險(xiǎn)分散化標(biāo)準(zhǔn)，可以選用多一點(diǎn)檢測(cè)，防止隔熱系統(tǒng)保護(hù)誤動(dòng)。

（三）人為要素造成維護(hù)誤動(dòng)

某電廠汽輪機(jī)防護(hù)系統(tǒng)ETS是配備兩機(jī)多余的PLC進(jìn)行服務(wù)器維護(hù)作用，其發(fā)電機(jī)組發(fā)覺(jué)PLC的RUN電源燈不亮，處于REM方式。經(jīng)討論，發(fā)電廠維修工把REM模式轉(zhuǎn)換到RUN，變換后造成AST電磁閥的姿勢(shì)而造成關(guān)機(jī)，主要原因是PLC在REM模式轉(zhuǎn)換到RUN情況后，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)程序執(zhí)行復(fù)位掃描儀而造成DO點(diǎn)瞬間旋轉(zhuǎn)，PLC選用兩機(jī)配備，只能在兩套PLC得出AST電磁閥的作用數(shù)據(jù)信號(hào)，繼電器才能發(fā)出功效導(dǎo)致關(guān)機(jī)。

防范措施：這宗安全事故說(shuō)明發(fā)電廠維修工人對(duì)PLC工作特性、維護(hù)命令去向較為生疏，人為因素轉(zhuǎn)換造成運(yùn)營(yíng)停滯。因此，需要提升維修工人的工作能力，按時(shí)培訓(xùn)維修工人，讓維修工人充分把握機(jī)器設(shè)備的工作原理與工作性能。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，火電廠熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)，包括不同的子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)又都由許多設(shè)備共同組成，各子系統(tǒng)之間的配合可以得到熱工自動(dòng)控制所需的各項(xiàng)參數(shù)，有效檢測(cè)與調(diào)節(jié)機(jī)組運(yùn)行。超臨界機(jī)組熱工控制具有動(dòng)態(tài)過(guò)程迅速、參數(shù)較高、參數(shù)非線(xiàn)性耦合等特點(diǎn)，需要不斷提升控系統(tǒng)控制的性能。

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