1 000MW 機組輔機故障減負荷功能設計及試驗

高 升，姚瑛瑛，張緒炎，趙 忠

（1.上海發(fā)電設備成套設計研究院，上海 200240；2.上海上電漕涇發(fā)電有限公司，上海 201507）

RUNBACK（輔機故障減負荷，簡稱RB）的目的是當機組發(fā)生重要輔機故障時，自動快速地將機組負荷降至實際所能達到的相應負荷，并維持機組參數(shù)在允許范圍內(nèi)［1］。RB試驗是新機組投產(chǎn)后需要完成的性能試驗中的一項，對機組控制的快速響應和穩(wěn)定運行是嚴峻的挑戰(zhàn)，存在機組跳閘的風險［2 3］。常熟電廠5 號機組在168h試運結(jié)束后一個月內(nèi)進行了RB 試驗并取得成功。

除磨煤機自動切除和油槍自動投入邏輯由燃燒器管理系統(tǒng)（FSSS）完成外，其余RB 控制邏輯均在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）中實現(xiàn)。筆者介紹該機組CCS設計主要回路的設計思路，并逐一說明RB控制邏輯的設計。

1 CCS的設計

1.1 設計原則

超超臨界機組的CCS設計充分考慮了超超臨界塔式爐和西門子汽輪機的特點和控制要求［4］，實現(xiàn)燃料和給水的動、靜態(tài)平衡，采用分離器出口焓值控制修正給水流量，引入動態(tài)超調(diào)以加快變負荷時的響應，廣泛采用前饋、非線性環(huán)節(jié)和變參數(shù)方法以改善控制品質(zhì)。

1.2 主控系統(tǒng)

1.2.1 主汽壓力設定

超超臨界機組采用滑壓運行方式，主汽壓力設定值是機組指令的函數(shù)經(jīng)三階慣性環(huán)節(jié)和速率限制后得到，分別送至鍋爐主控（BM）和汽輪機主控（TM）。

1.2.2 機組運行方式

根據(jù)鍋爐和汽輪機的不同自動狀態(tài)組合，機組有以下四種方式:

（1）TF方式，鍋爐手動，汽輪機初壓方式投入。

（2）BF方式，鍋爐自動，汽輪機限壓方式投入，但負荷控制（協(xié)調(diào)方式）未投入。

（3）CTF 方式，鍋爐自動，汽輪機初壓方式投入（未調(diào)試，不用）。

（4）CBF 方式，鍋爐自動，汽輪機限壓方式投入，且負荷控制（協(xié)調(diào)方式）投入。

1.2.3 鍋爐主控

設計的基本思路是變負荷時前饋盡量一步到位，反饋調(diào)節(jié)器作為細調(diào)。功率控制器和壓力控制器均設計了變參數(shù)。

在CBF方式下，鍋爐控制主汽壓力同時引入負荷前饋（含壓力設定值微分，一次調(diào)頻指令），汽輪機控制機組負荷。

燃料主控非真自動時，鍋爐主控跟蹤燃料量。

鍋爐主控輸出實現(xiàn)對鍋爐子回路（給水、燃料、送風）的控制。

鍋爐主控框圖見圖1。

圖1 鍋爐主控框圖

1.2.4 汽輪機主控

汽輪機主控的所有設計（功率控制器和壓力控制器）都在數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）中，DEH接受的分散控制系統(tǒng)（DCS）側(cè)的接口信號是壓力設定值和負荷設定值。

鍋爐自動（CTF方式）或RB 或 鍋爐手動時向DEH 發(fā)壓力控制請求。

鍋爐自動（BF 方式）時向DEH 發(fā)負荷控制（協(xié)調(diào)方式）控制請求。

1.3 燃料和給水控制

燃料指令為鍋爐主控輸出對應的函數(shù)加上負荷變化的動態(tài)超調(diào)量，總?cè)剂狭繛?臺給煤機的給煤量乘以熱值修正系數(shù)后與燃油流量折算煤量之和，燃料主控輸出控制6 臺給煤機的轉(zhuǎn)速。動態(tài)超調(diào)是指在負荷變化時根據(jù)負荷指令的實際微分額外增減的一部分燃料量（給水量），以獲得快速響應。

鍋爐進入直流方式以后，給水指令的主導部分為鍋爐主控輸出對應的函數(shù)加上負荷變化的動態(tài)超調(diào)量（扣除過熱器減溫水總量），再經(jīng)過兩階慣性環(huán)節(jié)并進行給水溫度修正后得到。過熱器進口焓值控制器的設定值為分離器壓力的函數(shù)，其輸出疊加到給水指令作為最終的給水指令。

2 RB工況

2.1 RB動作原因

RB動作有以下原因:

（1）機組負荷指令＞600 MW，單臺引風機跳閘。

（2）機組負荷指令＞600 MW，單臺送風機跳閘。

（3）機組負荷指令＞500 MW，單臺空氣預熱器跳閘。

（4）機組負荷指令＞500 MW，單臺一次風機跳閘。

（5）機組負荷指令＞600 MW，單臺給水泵跳閘。

（6）機組負荷指令＞850 MW，單臺磨煤機跳閘。

（7）機組負荷指令＞650 MW，2 臺磨煤機跳閘。

2.2 RB過程控制

2.2.1 基本方法

該機組RB過程控制的方法為:

（1）鍋爐側(cè)，直接將保留運行的給煤機超馳到目標負荷煤量，鍋爐主控指令跟蹤總給煤量，給水和送風根據(jù)鍋爐主控指令自動控制。

（2）汽輪機側(cè)，控制主汽壓力，主汽壓力設定值按照滑壓曲線沿著各種RB特定的速率下降到其目標值。

2.2.2 目標負荷及降壓速率設定

除單臺磨煤機跳閘RB 外，其余類型的RB工況都是剩余3 臺磨煤機運行。目標負荷及降壓速率設定見表1。

表1 目標負荷及降壓速率設定

2.2.3 其他特殊情況的處理

特殊情況下采用以下方法處理:

（1）單臺設備跳閘后，保留運行的另一臺設備自動先開到允許的最大負荷，再釋放為自動調(diào)節(jié)。

（2）除給水泵RB 外，其余RB 工況發(fā)生后，主汽壓力設定值先跟蹤實際壓力，60s后再以各自降壓速率降至目標值。

（3）給水指令的主導部分中兩階慣性環(huán)節(jié)的滯后時間比正常工況要長，這是由于機組將符合過程中需要克服鍋爐金屬的蓄熱量［5］。

RB發(fā)生后，主再汽溫的調(diào)節(jié)閥先關(guān)閉60s，再釋放為自動調(diào)節(jié)，這樣可以提高汽溫。

2.3 RB試驗過程

2.3.1 引風機RB試驗

在完成RB 預備性試驗［6］和磨煤機RB（單臺、2臺）試驗后，該機組進行了引風機RB、一次風機RB、給水泵RB試驗。

引風機RB 試驗開始前機組在CBF 方式下運行，機組負荷為900 MW，5 臺磨煤機運行，總給煤量為357.6t/h，給水流量為2 521.7t/h。手動跳閘引風機B，觸發(fā)RB。RB發(fā)生后，另一臺引風機開至88%；同側(cè)增壓風機跳閘，另一臺增壓風機開至75%；同側(cè)送風機跳閘，另一臺送風機開至76%；先跳閘A 磨煤機，10s后跳閘E 磨煤機，保留B、C、D 磨煤機運行，單臺煤量設為70t/h；給水流量滯后于總煤量，初始時由于減溫水門全關(guān)，給水流量有所增加，最低下降至1 647.3t/h，隨后又在焓控制器的作用下回升。過程中，主汽壓力按照前面所述的方法滑壓控制到18 MPa，主汽溫度下降30K，爐膛壓力最高達到900Pa，并在下一波回到正常，機組負荷最終穩(wěn)定在700 MW，見圖2。

圖2 引風機RB試驗曲線

2.3.2 一次風機RB

一次風機RB 試驗共進行了兩次，第一次由于一次風壓控制不穩(wěn)定，導致爐膛壓力無法穩(wěn)定，后改為手動操作，在一次風壓參數(shù)調(diào)整后進行了第二次試驗。

試驗開始前機組在CBF方式下運行，機組負荷為900 MW，5 臺磨煤機運行，總給煤量為356.0t/h，給水流量為2 521.7t/h。手動跳閘一次風機B，觸發(fā)RB。RB發(fā)生后，另一臺一次風機開至88%；先跳閘A 磨煤機，10s后跳閘E 磨煤機，保留B、C、D 磨煤機運行，單臺煤量設為65t/h；給水流量滯后于總煤量，最低下降至1 610.0t/h，隨后又在焓控制器的作用下回升。過程中，主汽壓力按照前面所述的方法滑壓控制到17 MPa，主汽溫度下降24K，爐膛壓力最高達到1 300Pa，最低達到－1 300Pa，并振蕩收斂，機組負荷最終穩(wěn)定在660 MW，見圖3。

圖3 一次風機RB試驗曲線

2.3.3 給水泵RB

試驗開始前機組在CBF方式下運行，機組負荷為900 MW，5 臺磨煤機運行，總給煤量為355.0t/h，給水流量為2 478.0t/h。手動跳閘給水泵B，觸發(fā)RB。RB發(fā)生后，另一臺給水泵開至5 800r/min；先跳閘A 磨煤機，10s后跳閘E 磨煤機，保留B、C、D 磨煤機運行，單臺煤量設為65t/h；給水流量最低下降至1 593.0t/h，隨后又在焓控制器的作用下回升。過程中，主汽壓力按照前面所述的方法滑壓控制到16 MPa，主汽溫度下降20K，爐膛壓力正常，機組負荷最終穩(wěn)定在580 MW，見圖4。

圖4 給水泵RB試驗曲線

3 結(jié)語

RB 試驗已成為新建機組必備的一項功能，試驗成功的關(guān)鍵在于完善的控制系統(tǒng)設計和切實可行的試驗方案。該項目協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的可靠投運為RB試驗奠定了良好的基礎，基于各大輔機特性的RB 工況目標負荷（燃料量）、目標壓力及其變化率的準確設置是RB 準備工作的重點。該項目1 000 MW 機組RB方案經(jīng)過了實踐的檢驗，試驗的成功為機組的穩(wěn)定運行和事故處理提供了可靠的保障，對同類型機組的RB 試驗具有很好的借鑒作用。

［1］朱北恒.RB控制技術(shù)試驗研究［J］.中國電力，2004，37（6）:71－74.

［2］尹峰，朱北恒，項謹，等.火電機組全工況自動RB控制策略的研究與應用［J］.浙江電力，2008，27（4）:5－8.

［3］殷立寶.1 000 MW 超超臨界燃煤機組一次風機RB過程分析［J］.電站系統(tǒng)工程，2011，27（1）:18－20.

［4］劉瀟，曹冬林，丁勁松.外高橋1 000MW 超超臨界機組閉環(huán)控制系統(tǒng)設計［J］.中國電力，2006，39（3）:70－73.

［5］陳小強，尹峰，羅志浩.1 000 MW 超超臨界燃煤機組RUNBACK 功能試驗及其分析［J］.浙江電力，2008，27（1）:23－26.

［6］姚遠，吳松，宋圣軍.600 MW 超臨界機組RB功能試驗研究［J］.東北電力技術(shù)，2008，29（1）:12－14，38.