淺析大型機(jī)組高加RB控制策略及其完善措施

陸陸，鄭渭建

（浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州310003）

淺析大型機(jī)組高加RB控制策略及其完善措施

陸陸，鄭渭建

（浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州310003）

分析了目前機(jī)組普遍采用的高加RB（快速減負(fù)荷）控制方式存在的不足，指出高加RB的目的在于快速限制高加解列后汽輪機(jī)的出力以保護(hù)發(fā)電機(jī)，保證機(jī)組在特殊工況下的安全運行。設(shè)計了以鍋爐跟隨和汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的高加RB控制策略，在RB初期利用汽輪機(jī)跟隨有效控制負(fù)荷的上升，待機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定后才轉(zhuǎn)為鍋爐跟隨的控制方式，以保證主汽壓力的平穩(wěn)，這是機(jī)組在高加解列工況下安全運行的有效手段。

高壓加熱器；快速減負(fù)荷；鍋爐；汽輪機(jī)

0 引言

高壓加熱器（簡稱高加）是利用汽輪機(jī)抽汽對給水進(jìn)行加熱的設(shè)備，對機(jī)組運行的經(jīng)濟(jì)性有重要意義[1]。當(dāng)高加由于某些異常原因而解列運行時，會對機(jī)組正常運行造成不利影響，如給水溫度的下降和汽輪機(jī)出力的瞬時上升等。因此，不少機(jī)組設(shè)計了高加RB（快速減負(fù)荷）的功能，以應(yīng)對高加解列產(chǎn)生的問題，提高機(jī)組的可靠性。

高加RB的控制方式與常規(guī)輔機(jī)RB的方式類似，均在RB發(fā)生時采用鍋爐出力決定機(jī)組負(fù)荷、汽輪機(jī)控制壓力的TF（汽輪機(jī)跟隨）控制方式。但就實際情況而言，高加解列對機(jī)組運行安全性、機(jī)組出力的影響程度和RB動作方式與常規(guī)輔機(jī)跳閘造成的影響存在較大的差異。從機(jī)組的運行可靠性，以及設(shè)計RB的目的來看，目前高加RB采用的控制策略和動作方式，有值得商榷的地方。

1 高加RB控制方式

許多機(jī)組設(shè)計的高加RB功能都借鑒了以往的輔機(jī)RB模式，采用的是鍋爐決定機(jī)組輸出功率，汽輪機(jī)控制主汽壓力的方法觸發(fā)機(jī)組快速降負(fù)荷，確保機(jī)組在異常突發(fā)的工況下安全運行。

以某300 MW強(qiáng)制循環(huán)亞臨界參數(shù)中間再熱式單元機(jī)組為例，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在255 MW及以上時，如發(fā)生高加解列觸發(fā)高加RB動作，機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷立即設(shè)為250 MW，并以150 MW/min的速率進(jìn)行快速減負(fù)荷動作。同時主汽壓力目標(biāo)值維持在當(dāng)前主汽壓力，120 s后設(shè)為16 MPa，變化速率為0.22 MPa/min。同時，鍋爐指令直接輸出經(jīng)過限幅限速后的負(fù)荷設(shè)定值，鍋爐主控撤出自動處于跟蹤狀態(tài)。汽輪機(jī)主控則繼續(xù)以自動方式運行，維持主汽壓力在設(shè)定值上。隨著鍋爐出力的減少，機(jī)組出力慢慢下降，待輸出功率降至250 MW以下時，高加RB復(fù)歸，動作結(jié)束。

從以上敘述可知，高加RB動作后機(jī)組的運行方式為汽輪機(jī)跟隨的運行方式，機(jī)組出力由鍋爐燃料量決定，汽壓由汽輪機(jī)調(diào)門控制，這與常規(guī)的輔機(jī)RB動作相同。

2 存在的不足

由以上描述可知，高加RB控制策略與常規(guī)輔機(jī)RB控制策略在本質(zhì)上并沒有區(qū)別。高加解列后的機(jī)組采用這種RB動作方式具有一定的盲目性，僅僅是完成了RB的動作，并沒有真正解決高加解列過程中帶來的不利影響。因此，在設(shè)計高加RB控制策略時，需要分析高加異常解列給機(jī)組運行帶來的后果以及高加RB的目的，再以此為依據(jù)設(shè)計控制策略。

從物質(zhì)和能量平衡的角度看，高加解列之后，原用于加熱給水的高、中壓缸抽汽將返回汽輪機(jī)做功，這將使得汽輪機(jī)的輸出功率在瞬間提高。據(jù)測算，當(dāng)高加切除的瞬間，汽輪機(jī)的輸出功率可能提高10%以上[2]。對于在高負(fù)荷段運行的機(jī)組來說，發(fā)電機(jī)可能在一段時間內(nèi)超負(fù)荷運行，從而威脅到機(jī)組的運行安全。特別是經(jīng)過增容改造后的機(jī)組，擴(kuò)大了汽輪機(jī)做功能力，也相對減少了發(fā)電機(jī)的裕量，在高加解列后發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷量將更大，不利影響也將更為嚴(yán)重。而從較長的一段時間來看，高加的解列勢必造成給水溫度的下降，在鍋爐燃燒率保持不變的情況下，主蒸汽參數(shù)最終將會下降。

經(jīng)過對高加解列后運行全過程的分析可知，前期高加RB最為迫切的任務(wù)應(yīng)當(dāng)是限制汽輪機(jī)的出力，保護(hù)發(fā)電機(jī)的運行安全，而不是單純減少機(jī)組的出力。而當(dāng)汽輪機(jī)出力穩(wěn)定后，控制的重點則應(yīng)放在對主汽壓力的控制上，以免汽壓波動過大影響機(jī)組的運行。這種在RB過程中控制目標(biāo)的改變也是高加RB與常規(guī)輔機(jī)RB重要的不同點，而且從機(jī)組的安全運行角度來說，限制汽輪機(jī)出力的目標(biāo)更為重要。

而從高加RB與常規(guī)輔機(jī)RB的成因來看，簡單套用常規(guī)輔機(jī)RB的控制策略于高加RB的控制也是不合適的。常規(guī)輔機(jī)RB是“被動”減負(fù)荷的過程，是由于機(jī)組的重要輔機(jī)跳閘造成機(jī)組的發(fā)電能力受到限制時，為適應(yīng)剩余輔機(jī)的帶負(fù)荷能力，控制系統(tǒng)強(qiáng)制將機(jī)組負(fù)荷快速減少到目標(biāo)負(fù)荷的過程[3]。當(dāng)輔機(jī)發(fā)生故障跳閘時，鍋爐出力受到限制，此時機(jī)組的帶負(fù)荷能力就由鍋爐的出力決定。而汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)在本質(zhì)上是一個隨動系統(tǒng)，能夠很快地適應(yīng)鍋爐出力的改變，快速地平衡鍋爐和汽輪機(jī)間的能量供求關(guān)系。而且在輔機(jī)發(fā)生RB時，汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的出力隨著鍋爐出力的下降而下降，始終處于安全運行的狀態(tài)，不會出現(xiàn)過負(fù)荷的情況。因此，輔機(jī)RB利用汽輪機(jī)調(diào)門控制主汽壓力，由鍋爐決定出力的方式能夠?qū)崿F(xiàn)快速減負(fù)荷的功能。

而相對來說高加RB則是“主動”減負(fù)荷的過程。當(dāng)高加解列時，大量抽汽返回汽輪機(jī)做功，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的輸出功率上升。在這種情況下，鍋爐的出力并未受到限制，機(jī)組出力的高限是由發(fā)電機(jī)的安全運行條件所決定的，因此如何快速限制發(fā)電機(jī)負(fù)荷的升高是這種工況下需要首先考慮的問題。相對于汽輪機(jī)來說，鍋爐是一個具有大時延和慣性的系統(tǒng)，通過改變鍋爐的燃燒、減少產(chǎn)汽量等手段來限制發(fā)電機(jī)的負(fù)荷需要一個過程，不能滿足快速限制負(fù)荷的要求。汽輪機(jī)對輸出功率的控制則具有快速性，可以通過調(diào)門的調(diào)節(jié)快速控制進(jìn)入汽輪機(jī)做功的蒸汽量，實現(xiàn)對負(fù)荷的快速限制。如在此過程中，鍋爐也將通過各種手段盡快減小出力，匹配汽輪機(jī)對蒸汽量的需求，則能夠很快滿足限制發(fā)電機(jī)出力的要求。當(dāng)鍋爐出力減小到一定程度時，產(chǎn)生的蒸汽量將會下降，此時發(fā)電機(jī)安全運行要求對機(jī)組出力的限制已經(jīng)解除，反而是鍋爐出力限制了機(jī)組的出力。此時，如機(jī)組的控制方式轉(zhuǎn)為常規(guī)的輔機(jī)RB控制方式，以TF方式減負(fù)荷到目標(biāo)值，即可平穩(wěn)地完成對整個高加RB的控制。

3 改進(jìn)措施

經(jīng)過以上分析，可知當(dāng)發(fā)生高加RB時，機(jī)組的控制策略宜以BF（鍋爐跟隨）控制方式為基礎(chǔ)，保證發(fā)電機(jī)出力不超限，待鍋爐出力下降再轉(zhuǎn)為TF方式運行，這樣既能確保發(fā)電機(jī)組的安全運行，又能減少系統(tǒng)的擾動，提高運行可靠性。對此，設(shè)計了如下的高加RB控制策略。

首先，當(dāng)出現(xiàn)“高加水位高高高”信號時，即觸發(fā)高加RB動作。同時，該信號還將觸發(fā)高加進(jìn)水三通閥和各個高加抽汽逆止門的動作，將高加切除運行?！案呒铀桓吒吒摺毙盘柺歉呒咏饬械脑搭^信號，以此信號觸發(fā)高加RB能夠在第一時間實施保護(hù)，提前開始控制汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，以保證發(fā)電機(jī)的安全。

如上所述，整個高加RB的動作過程將分為2個階段進(jìn)行：第1個階段主要目標(biāo)是控制機(jī)組負(fù)荷不超過上限，保護(hù)發(fā)電機(jī)的安全；第2階段的主要目標(biāo)是控制機(jī)組的主汽壓力，防止汽壓下降過多，使機(jī)組能夠較快地恢復(fù)正常運行。

高加RB觸發(fā)后，將立即減少鍋爐出力，必要時1臺磨煤機(jī)跳閘，鍋爐開始快速減負(fù)荷，減少產(chǎn)汽量，防止過量蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功。汽輪機(jī)通過控制調(diào)門開度維持汽輪機(jī)出力不過快上升，保證發(fā)電機(jī)的輸出功率不超限。此時機(jī)組的運行狀態(tài)類似于鍋爐跟隨方式運行，由汽輪機(jī)控制負(fù)荷的大小。在此過程中，由于鍋爐具有較大的熱慣性，即使在發(fā)生高加RB時立即進(jìn)行磨煤機(jī)跳閘動作，依然在一段時間內(nèi)會產(chǎn)生過量的蒸汽。而此時如果汽輪機(jī)調(diào)門只負(fù)責(zé)控制負(fù)荷大小，蒸汽量的增加將使得調(diào)門進(jìn)一步關(guān)小，可能短時出現(xiàn)主汽壓力過高的現(xiàn)象。在必要時還需要汽輪機(jī)調(diào)門兼顧汽壓的控制，以保證其在安全范圍內(nèi)。

在鍋爐減少燃料量一段時間后，產(chǎn)汽量逐漸減少，主汽壓力也將隨之下降。若此時依然保持汽輪機(jī)調(diào)門控制機(jī)組負(fù)荷的運行狀態(tài)，則汽輪機(jī)調(diào)門將會不斷開大，從而導(dǎo)致主汽壓力進(jìn)一步降低，不利于機(jī)組的運行。因此當(dāng)主汽壓力下降到某一定值之后，機(jī)組的控制方式將發(fā)生改變。主汽壓力將由汽輪機(jī)調(diào)門進(jìn)行控制，而機(jī)組的負(fù)荷則按照一定的速率降低到剩余運行磨煤機(jī)能夠帶的負(fù)荷量。此時機(jī)組的運行方式類似于常規(guī)輔機(jī)RB后的汽輪機(jī)跟隨運行方式，機(jī)組負(fù)荷由鍋爐決定，主汽壓力由汽輪機(jī)控制。當(dāng)機(jī)組出力減至目標(biāo)值時，整個高加RB動作過程即告結(jié)束。

當(dāng)高加RB結(jié)束之后，高加只有在負(fù)荷降低到設(shè)定值以下之后才允許再次投入，以減少對機(jī)組正常運行的擾動。高加RB的整體流程如圖1所示。

圖1 高加RB動作流程

4 結(jié)語

從高加解列后對機(jī)組運行的影響和特點著手，明確了高加RB的目標(biāo)，并以此為出發(fā)點，提出了一種高加RB控制策略。其控制特點在于RB初期采用汽輪機(jī)調(diào)門控制機(jī)組負(fù)荷，保證負(fù)荷不超限，在鍋爐出力下降之后再轉(zhuǎn)為TF方式控制負(fù)荷，使發(fā)電機(jī)輸出功率在高加RB全過程中維持在限值之下，發(fā)電機(jī)始終處于安全運行的狀態(tài)，提高了機(jī)組運行的可靠性。

[1]謝誕枚，劉勇，戴義平.發(fā)電廠熱力設(shè)備及系統(tǒng)[M].北京∶高等教育出版社，2008.

[2]錢進(jìn).高加切除對汽輪機(jī)影響的經(jīng)濟(jì)性及安全性分析[J].貴州電力技術(shù)，2001，4（6）∶13-15.

[3]朱北恒.火電廠熱工自動化系統(tǒng)試驗[M].北京：中國電力出版社，2006.

（本文編輯：陸瑩）

Analysis on RB Control Strategy of High Pressure Heater for Large Capacity Units and Its Improvement

LU Lu，ZHENG Weijian
（Zhejiang Energy Group Research and Development，Hangzhou 310003，China）

This paper analyzes shortcomings of RB（runback）of high pressure heater widely used for present units and points out that RB aims to limit output power of steam turbine after high pressure heater disconnection to protect generators and guarantee operation safety of units in special operating condition.The paper designs RB control strategy of high pressure heater on the basis of boilers and steam turbines following successively. In the early stage of RB，the steam turbine following is used to effectively control load rise；after the units load gets steady，the control strategy is transferred to turbine following mode to stabilize main steam pressure.It is an effective way for operation safety of units in operating condition of high pressure heater disconnection.

high pressure heater；runback；boiler；steam turbine

TK323

：B

：1007-1881（2014）11-0035-03

2014-09-11

陸陸（1987-），男，浙江寧波人，碩士，從事發(fā)電廠熱控專業(yè)技術(shù)工作。