亞臨界機組RB保護(hù)功能及試驗分析

牛樹森，趙長軍

（1.華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204；2.山東沾化熱電有限公司，山東 沾化 256800）

0 引言

輔機故障快速減負(fù)荷（RB）功能的可靠性對防止機組非正常停機、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性具有重要意義。當(dāng)發(fā)生部分主要輔機故障跳閘,機組最大出力低于給定功率時,DCS控制系統(tǒng)將機組負(fù)荷快速降低到實際所能達(dá)到的相應(yīng)出力,并將機組控制在允許參數(shù)范圍內(nèi)安全穩(wěn)定運行稱為RUNBACK（輔機故障減負(fù)荷,簡稱RB）。RB保護(hù)既是對機組健康運行狀況和相關(guān)輔機及其附屬設(shè)備快速響應(yīng)能力的檢驗；是對熱工自動控制系統(tǒng)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)性能的考驗，可以有效避免設(shè)備損壞和減少不必要的停機。

1 系統(tǒng)概述

華電濰坊發(fā)電有限公司Ⅰ期工程裝機2×330 MW亞臨界凝汽式燃煤發(fā)電機組，分別于2002年和2003年進(jìn)行了汽輪機通流系統(tǒng)改造，機組出力能力增容為330 MW。鍋爐由東方鍋爐廠設(shè)計制造的DG-1025/18.2-Ⅱ4型亞臨界、中間再熱、自然循環(huán)汽包爐。燃燒系統(tǒng)原設(shè)計為四角切圓燃燒擺動式燃燒器，共五層煤粉燃燒器。汽輪機由東方汽輪機廠生產(chǎn)的亞臨界330 MW高中壓合缸，中間再熱雙缸雙排汽凝汽式汽輪機，型號為：N330-16.7/537/537，最大連續(xù)出力為340 MW，額定出力330 MW。

濰坊公司Ⅰ期2×330 MW機組設(shè)計有帶100%額定給水流量的汽動給水泵和帶50%額定給水流量的電動給水泵各1臺；送風(fēng)機、吸風(fēng)機、一次風(fēng)機均設(shè)計安裝為離心式。

其中A側(cè)送/吸風(fēng)機出力可調(diào)設(shè)備配置為高壓變頻器與風(fēng)門擋板互為備用，B側(cè)送/吸風(fēng)機和一次風(fēng)機可調(diào)式執(zhí)行機構(gòu)均為擋板，配套日本產(chǎn)GADILIUS氣動執(zhí)行機構(gòu)。變速調(diào)節(jié)風(fēng)機功耗低、運行效率提高、廠用電率降低,節(jié)能效果顯著，但存在雙擋板和單變頻單擋板兩種不能自動切換的運行方式。如何協(xié)調(diào)變頻側(cè)與工頻側(cè)負(fù)荷分配，保證左右側(cè)煙風(fēng)系統(tǒng)及爐膛燃燒平衡給機組自動調(diào)節(jié)和RB工況下的快速保護(hù)提出了嶄新的課題；而且單側(cè)一次風(fēng)機、電泵帶負(fù)載能力弱，如何保障單側(cè)一次風(fēng)機故障狀態(tài)下一次風(fēng)道壓力，保證送粉系統(tǒng)及爐膛燃燒的安全；安全如何保證電泵快速啟動過程中的鍋爐安全，滿足快速并泵的運行要求等都是RB保護(hù)成功的難點。

2 RB保護(hù)功能設(shè)計

2.1 RB保護(hù)原理

RB保護(hù)策略主要由MCS和FSSS、SCS等控制系統(tǒng)共同實現(xiàn)。

MCS系統(tǒng)設(shè)計如下RB控制回路：RB保護(hù)投切及RB判斷邏輯、RB工況下的主汽壓力和燃燒控制邏輯、RB工況下的電泵調(diào)節(jié)控制、RB條件下的送引風(fēng)機及一次風(fēng)機控制邏輯和RB條件下主再熱汽溫度控制邏輯等，主要任務(wù)是將鍋爐負(fù)荷控制到與故障工況大致匹配的水平上，確保燃燒穩(wěn)定。

FSSS系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)RB動作指令控制主燃料的切除和快速自動投油。

SCS系統(tǒng)首先輸出正確的輔機跳閘信號送到MCS系統(tǒng)作為RB保護(hù)動作的判斷條件，其次通過其聯(lián)鎖保護(hù)邏輯，保證鍋爐風(fēng)/煙/煤及水/汽系統(tǒng)的快速平衡并與機組故障工況下的目標(biāo)負(fù)荷快速匹配，避免爐膛壓力、爐膛氧量、汽包水位和鍋爐汽溫等機組安全參數(shù)的劇烈波動。

2.2 設(shè)計概況

濰坊公司的RB保護(hù)邏輯設(shè)計有送/引風(fēng)機變頻RB、送/引風(fēng)機工頻RB/給水泵RB和一次風(fēng)機RB等4種類型，其RB保護(hù)輸出指令分別送FSSS、SCS、DEH等控制系統(tǒng)，驅(qū)動相關(guān)設(shè)備動作。

根據(jù)濰坊公司的主要輔機及其調(diào)節(jié)設(shè)備的配置特點，送/引風(fēng)機變頻RB、送/引風(fēng)機工頻RB/給水泵RB選用“強制置位”模式，一次風(fēng)機RB則采用常規(guī)的自動控制優(yōu)先方式。

2.3 FSSS系統(tǒng)RB保護(hù)

快速自動投油：RB保護(hù)指令觸發(fā)油槍快投邏輯，AB層油槍自動投入，油槍投運順序1324，油槍程控快投時不進(jìn)行油槍吹掃。

RB保護(hù)強制切粉。RB保護(hù)指令觸發(fā)，送/引風(fēng)機變頻RB、送引風(fēng)機工頻RB，最終保留三層運行給粉機；給水泵及一次風(fēng)機RB，保留兩層半給粉機運行（RB保護(hù)指令切除C2、C4給粉機），一次風(fēng)機RB保護(hù)指令同步強關(guān)聯(lián)跳給粉機對應(yīng)的一次風(fēng)門。層給粉機按照自上而下的先后順序切除，確定切除燃燒器的間隔時間應(yīng)考慮平衡機組快速減負(fù)荷和防止機組燃燒工況劇烈變化之間的矛盾，對于一次風(fēng)機RB及亞臨界機組給水泵RB，燃燒器切除的時間間隔要大大短于其它RB工況。

2.4 MCS系統(tǒng)之RB控制邏輯

2.4.1 RB發(fā)生判斷邏輯

送風(fēng)機變頻RB：機組實際負(fù)荷大于200 MW、A側(cè)送風(fēng)機變頻器運行且B側(cè)送風(fēng)機停止運行。

引風(fēng)機變頻RB：機組實際負(fù)荷大于200 MW、A側(cè)吸風(fēng)機變頻器運行且B側(cè)引風(fēng)機停止運行。

送風(fēng)機工頻RB：機組實際負(fù)荷大于200 MW且A/B側(cè)送風(fēng)機之一停止運行。

引風(fēng)機工頻RB：機組實際負(fù)荷大于200 MW且A/B側(cè)引風(fēng)機之一停止運行。

一次風(fēng)機RB：機組實際負(fù)荷大于180 MW且任一臺一次風(fēng)機停止運行。

給水泵RB：機組實際負(fù)荷大于180 MW且汽泵跳閘。

2.4.2 RB條件下的主汽壓力控制

亞臨界機組主蒸汽壓力的控制有定壓運行控制方式和滑壓運行控制方式。定壓運行控制方式恢復(fù)機組穩(wěn)定運行工況快，但易造成機組負(fù)荷與蒸汽壓力不匹配，導(dǎo)致汽輪機調(diào)節(jié)閥開度過小。對于風(fēng)機RB，上述兩種控制方式對于試驗結(jié)果的影響不明顯；對于給水泵RB，定壓運行控制方式將會出現(xiàn)機組上水困難，滑壓運行機組控制方式將會出現(xiàn)機組降負(fù)荷速率過慢。因此，采用定一滑壓運行控制方式，即先定壓后降壓減負(fù)荷，試驗結(jié)果證明該方式是一個較好的控制方案。

RB發(fā)生后，機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)強制切換到TF方式,壓力定值上限為14 MPa,壓力變化率為0.4 MPa/Min，給水泵RB保護(hù)動作工況下的壓力變化率為0.3 MPa/Min。為防止汽機調(diào)門過開造成機組降負(fù)荷困難，設(shè)置RB保護(hù)動作工況下的汽機主控PID調(diào)節(jié)指令增閉鎖。為防止汽機調(diào)門過關(guān)造成機組上水困難，設(shè)置RB保護(hù)動作工況下的汽機主控PID調(diào)節(jié)指令低限值。

2.4.3 RB條件下的燃燒控制

當(dāng)RB發(fā)生后，鍋爐主控、燃燒主控切手動，RB保護(hù)輸出燃燒率強制控制給粉機出力，強制時間10 s。在多個RB保護(hù)觸發(fā)條件同時存在時，以目標(biāo)負(fù)荷定值最低者為準(zhǔn)。

2.4.4 煙風(fēng)系統(tǒng)RB保護(hù)

單元機組的風(fēng)煙系統(tǒng)為對稱結(jié)構(gòu)，對于平衡通風(fēng)、送引風(fēng)機有單側(cè)聯(lián)鎖跳閘關(guān)系的風(fēng)煙系統(tǒng)，不僅A、B兩側(cè)具有完全的等效性，送風(fēng)機跳閘RB與引風(fēng)機跳閘RB試驗也具有一定的等效關(guān)系。送風(fēng)機跳閘RB控制過程，爐膛壓力變化是瞬間探低再沖高然后逐漸恢復(fù)的過程；而引風(fēng)機跳閘RB控制過程，爐膛負(fù)壓變化是直接沖高然后逐漸恢復(fù)的過程。RB動作瞬間發(fā)生的爐膛壓力不同變化，主要是由于設(shè)備聯(lián)跳邏輯的傳遞與動作時延所造成的。如果熱工保護(hù)系統(tǒng)和被控設(shè)備處于健康狀態(tài)，RB動作造成的爐膛壓力偏離值和偏離時間應(yīng)該是在安全范圍以內(nèi)。因此，對于風(fēng)煙系統(tǒng)同側(cè)設(shè)備要求聯(lián)跳的機組，送風(fēng)機RB、引風(fēng)機RB試驗具有一定的等效性，在滿足一定的條件下可以相互替代。

送引風(fēng)機RB控制邏輯。送引風(fēng)機調(diào)節(jié)原設(shè)計運行方式為雙側(cè)擋板控制，現(xiàn)2A側(cè)調(diào)節(jié)設(shè)備改造為高壓變頻器調(diào)節(jié),正常運行方式為A側(cè)變頻控制B側(cè)擋板控制,備用運行方式是雙側(cè)擋板調(diào)節(jié)。鑒于機組的上述配置，為保證機組全工況下的自動調(diào)節(jié)質(zhì)量和安全穩(wěn)定，送/吸風(fēng)機RB保護(hù)采用強制置位方式。

1）送引風(fēng)機變頻RB保護(hù)。單側(cè)變頻器/單側(cè)擋板控制方式下RB，B側(cè)工頻風(fēng)機跳閘，A側(cè)變頻風(fēng)機運行，對應(yīng)的變頻側(cè)風(fēng)機調(diào)節(jié)指令置位值根據(jù)風(fēng)機變頻器熱態(tài)試驗效果確定，為保證風(fēng)機變頻器實際轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)值，強制置位30 s。

2）送引風(fēng)機工頻RB保護(hù)。送/吸風(fēng)機工頻RB保護(hù)動作，工頻風(fēng)機運行，根據(jù)濰坊公司風(fēng)機配置狀況和熱態(tài)試驗結(jié)論，對應(yīng)的變頻側(cè)風(fēng)機調(diào)節(jié)指令置位值分別強置為，工頻送風(fēng)機調(diào)節(jié)指令強制置位到55%工頻吸風(fēng)機調(diào)節(jié)指令強制置位到85%，強制時間均為5 s。

2.4.5 一次風(fēng)機RB與給水泵RB控制邏輯

單側(cè)一次風(fēng)機與電動給水泵的帶負(fù)荷能力相近，都比較低，因此其降負(fù)荷速率與切粉時序的設(shè)定基本相同。區(qū)別在于一次風(fēng)機RB成功的關(guān)鍵在于故障工況創(chuàng)下的一次風(fēng)壓保持能力，給水泵RB成功的關(guān)鍵在于電泵的聯(lián)鎖啟動和具備快速最大上水能力的時間。

一次風(fēng)機RB保護(hù)。濰坊公司雙側(cè)一次風(fēng)機及其調(diào)節(jié)機構(gòu)配置完全對稱，故一次風(fēng)機RB保護(hù)采用自動平衡模式。該方式邏輯設(shè)計簡單,只需要考慮單側(cè)風(fēng)機最大出力，防止出現(xiàn)電動機過電流的現(xiàn)象即可，需要進(jìn)行的風(fēng)機試驗少；缺點是不能實現(xiàn)手動工況下的故一次風(fēng)機RB保護(hù)。一次RB保護(hù)成功與否的核心在于如何保證一次風(fēng)系統(tǒng)在故障工況下，杜絕不必要的一次風(fēng)損失，快速關(guān)閉全部一次風(fēng)泄壓渠道，穩(wěn)定一次風(fēng)壓力。

給水泵RB。亞臨界汽包爐的給水泵RB試驗是所有RB試驗項目中風(fēng)險最高的一項試驗，稍有不慎就會造成機組跳閘，尤其是象濰坊公司這樣單電泵單汽泵配置的系統(tǒng)。給水泵RB保護(hù)動作，電泵聯(lián)鎖啟動成功與否是關(guān)鍵，其次準(zhǔn)確把握電泵升速時間非常重要，既要躲過電泵啟動電流，又要保以最快速度把電泵出力發(fā)揮到極致以維持汽包水位。

3 RB試驗分析

3.1 送/引風(fēng)機RB

試驗前機組運行工況：機組負(fù)荷302.76 MW，機前壓力16.79 Mpa。運行方式為協(xié)調(diào)控制方式（滑壓運行）， 給粉機 2A、2B、2C、2D、2E 共 5層粉運行。

2009年11月06日16:44：13，就地停掉2A引風(fēng)機，2A送風(fēng)機聯(lián)鎖跳閘，2B送/引風(fēng)機擋板指令分別強制置位55%和85%。AB層油槍自投成功，聯(lián)跳E層和D層給粉機，燃燒調(diào)節(jié)指令同步到位，穩(wěn)定過程約3 min。機組各主要參數(shù)的變化趨勢見圖1，圖中曲線1為負(fù)荷，曲線2為主汽溫度，曲線3為機前壓力，曲線4為汽包水位，曲線5為再熱汽溫，曲線6為給水流量，曲線7為引風(fēng)RB，曲線8為參考負(fù)荷。

圖1 2號機組引風(fēng)機RB試驗曲線

引風(fēng)機RB保護(hù)試驗期間主重要參數(shù)在正常范圍內(nèi)波動。爐膛壓力變化幅度最高為209.62 Pa,最低為-117.00 Pa。送風(fēng)量最低值58.83%，機組燃燒穩(wěn)定，試驗成功。

3.2 一次風(fēng)機RB

試驗前機組運行工況：機組負(fù)荷302.39 MW，機前壓力16.75 Mpa，運行方式為協(xié)調(diào)控制方式（滑壓運行），給粉機 2A、2B、2C、2D、2E 共 5層粉運行。

2009年11月06日17:20：47，手動停止2A一次風(fēng)機運行，2B一次風(fēng)機調(diào)節(jié)指令迅速達(dá)到87%。RB保護(hù)切除2E、2D層粉嘴和2C1、2C3粉嘴，同步聯(lián)關(guān)對應(yīng)的一次風(fēng)門，AB層油槍同步自投成功。汽包水位等主要參數(shù)變化正常。機組主要參數(shù)的變化趨勢見圖2，圖中，曲線為1負(fù)荷，曲線2為機前壓力，曲線3為汽包水位，曲線4為參考負(fù)荷，曲線5為主汽溫度，曲線6為給水流量，曲線7為再熱汽溫，曲線8為一次風(fēng)機RB。

圖2 一次風(fēng)機RB試驗曲線

爐膛壓力最低達(dá)-451.14 Pa；一次風(fēng)壓力最低達(dá)2.64 KPa，2B一次風(fēng)機開度指令只有87%；RB動作后期給水流量及汽包水位出現(xiàn)了輕微振蕩，調(diào)節(jié)參數(shù)優(yōu)化后消除；2號機組RB保護(hù)動作后燃燒基本穩(wěn)定，2B一次風(fēng)機開度指令如果達(dá)到92%以上（控制組態(tài)邏輯偏置設(shè)置有誤），效果會更好，試驗基本成功。

3.3 給水泵RB試驗

試驗前機組運行工況：機組負(fù)荷298.98 MW，機前壓力16.04 Mpa，運行方式為協(xié)調(diào)控制方式（滑壓運行），給粉機 2A、2B、2C、2D、2E 共 5層粉運行。

2009年11月06日18:00:30，手動停止2號機組汽動給水泵，給水泵RB保護(hù)動作。電泵聯(lián)啟成功，5s后，電泵轉(zhuǎn)速指令強置90%，34s后，電泵轉(zhuǎn)速反饋達(dá)到90%，電泵實際轉(zhuǎn)速達(dá)到5925.25 RPM。AB層油槍自投成功，RB保護(hù)跳E層和D層給粉機，機組控制方式由協(xié)調(diào)自動切至TF控制方式，燃燒率指令同步到位。燃料量由147.36 t/h迅速下降到62.02 t/h。機組負(fù)荷迅速上升321 MW然后下降到201.16MW，汽包水位由-9.01mm下降到-221.29mm，主汽壓力由16.04MPa下降到12.74MPa，爐膛壓力最低-487.70 Pa，高再出口汽溫下降到474℃。機組各主要參數(shù)的變化趨勢見圖3，曲線1為電泵轉(zhuǎn)速，曲線2為轉(zhuǎn)速指令，曲線3為轉(zhuǎn)速反饋，曲線4為負(fù)荷，曲線5引為風(fēng)RB，曲線6為機前壓力，曲線7為 爐膛壓力，曲線為8汽包水位。

圖3 給水泵RB試驗曲線

電泵聯(lián)鎖及置位動作準(zhǔn)確，升速合適；汽包水位最低達(dá)-221.39 mm，達(dá)到高Ⅱ值報警；除氧器水位、凝汽器水位接近或達(dá)到高Ⅰ值報警；爐膛壓力最低達(dá)-487.70 Pa；為保證穩(wěn)燃效果，增加給水泵RB保護(hù)功能切除C2、C4粉嘴邏輯（不強關(guān)聯(lián)跳給粉機對應(yīng)的一次風(fēng)門）；試驗證明給水泵RB與一次風(fēng)機RB具有局部等效性。

4 結(jié)語

試驗證明，濰坊公司RB保護(hù)系統(tǒng)邏輯設(shè)計合理、功能完善、動作正確，參數(shù)設(shè)置符合實際，能夠適應(yīng)RB保護(hù)動作工況變化的考驗。

［1］李華東,牛樹森,唐宜強.華電國際濰坊發(fā)電有限公司1號機組RB性能試驗報告［R］.2009.

［2］李華東,牛樹森,唐宜強.華電國際濰坊發(fā)電有限公司2號機組RB 性能試驗報告［R］．2009.

［3］李華東,李艷.RB技術(shù)探討及其在300MW機組的應(yīng)用［J］．山東電力技術(shù),2005（4）.

［4］李華東．超臨界與亞臨界機組RB控制策略比較［J］．熱力發(fā)電,2009（7）.