低負(fù)荷工況下超臨界機(jī)組給水泵并列運(yùn)行的控制策略

俞 康， 李卓霖

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司, 廣東珠海 519050)

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低負(fù)荷工況下超臨界機(jī)組給水泵并列運(yùn)行的控制策略

俞 康， 李卓霖

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司, 廣東珠海 519050)

分析了一臺(tái)600 MW超臨界機(jī)組低負(fù)荷工況下發(fā)生給水泵跳閘問(wèn)題，提出在未觸發(fā)RB時(shí)，通過(guò)超馳控制回路提前開(kāi)啟給水泵汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)門(mén)，提升給水泵轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速的控制策略。實(shí)踐表明:采用該控制策略后迅速提升鍋爐給水流量，保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。

火電機(jī)組； 低負(fù)荷工況； 給水泵跳閘； 鍋爐給水流量； 超馳控制

對(duì)于一臺(tái)600 MW發(fā)電機(jī)組，在高負(fù)荷工況下(額定負(fù)荷的60%以上，即360 MW以上)，兩臺(tái)給水泵并列運(yùn)行時(shí)，如發(fā)生一臺(tái)給水泵跳閘，會(huì)觸發(fā)控制系統(tǒng)的快速減負(fù)荷(RB)動(dòng)作[1-4]。但在低負(fù)荷工況下(360 MW以下)，單臺(tái)給水泵跳閘不一定會(huì)觸發(fā)控制系統(tǒng)的RB動(dòng)作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)給水泵的超馳控制，而直接依靠給水流量調(diào)節(jié)PID作用來(lái)提升鍋爐給水流量是非常困難的，往往會(huì)造成鍋爐給水流量低而使機(jī)組跳閘。當(dāng)前火電機(jī)組參與深度調(diào)峰已經(jīng)是常態(tài)，AGC控制的負(fù)荷低限值已經(jīng)降到40%額定負(fù)荷。在常規(guī)控制策略中，低負(fù)荷工況下發(fā)生一臺(tái)給水泵跳閘時(shí)，不一定會(huì)觸發(fā)RB動(dòng)作，若沒(méi)有采取相應(yīng)的控制策略，單靠手動(dòng)操作或給水自動(dòng)調(diào)節(jié)，很難保證機(jī)組的安全，因此需要研究在低負(fù)荷下一臺(tái)給水泵跳閘后，如何快速提升鍋爐給水流量的控制策略。筆者通過(guò)對(duì)一臺(tái)600 MW超臨界機(jī)組在低負(fù)荷工況下發(fā)生給水泵跳閘而造成機(jī)組跳閘原因的分析，提出一種低負(fù)荷工況下兩臺(tái)給水泵并列運(yùn)行的控制策略。

1 故障簡(jiǎn)況

該機(jī)組配置有兩臺(tái)50%容量的鍋爐汽動(dòng)給水泵和一臺(tái)電動(dòng)給水泵備用。

2016年4月19日0時(shí)，機(jī)組在機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式下運(yùn)行，機(jī)組指令本地給定，負(fù)荷指令250 MW，主蒸汽溫度558 ℃，主蒸汽壓力14 MPa，主給水流量700 t/h，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

A給水泵跳閘后鍋爐給水流量變化見(jiàn)圖1。 00：16：36 主給水流量由695.4 t/h開(kāi)始往下降，同時(shí)B給水泵出口流量由393 t/h開(kāi)始往上升；00：16：41主給水流量降至523 t/h(低于跳閘定值539.5 t/h)；00：16：50 主給水流量跌至411.24 t/h，觸發(fā)主給水流量達(dá)低Ⅱ值觸發(fā)MFT(主給水流量低于539.5 t/h延時(shí)9 s觸發(fā)MFT)，機(jī)組跳閘。在此過(guò)程中B給水泵出口流量由393 t/h上升至450 t/h，顯然單純依靠PID的自動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)法快速地將鍋爐給水流量提高至MFT定值以上。因此需要研究在低負(fù)荷下給水泵跳閘后，如何快速提升鍋爐給水流量的控制策略。

圖1 A給水泵跳閘后鍋爐給水流量變化情況

2 控制策略

2.1 低負(fù)荷下給水泵超馳控制

當(dāng)發(fā)生一臺(tái)給水泵跳閘時(shí)，如未觸發(fā)RB工況，則首先根據(jù)機(jī)組當(dāng)前的負(fù)荷指令，確定單臺(tái)給水泵運(yùn)行的目標(biāo)轉(zhuǎn)速值，通過(guò)超馳控制回路將給水泵轉(zhuǎn)速迅速提升到目標(biāo)值，而不是單依靠PID的調(diào)節(jié)來(lái)提升給水流量，其安全性會(huì)更高。低負(fù)荷下A給水泵跳閘超馳信號(hào)生成梯形圖見(jiàn)圖2。

圖2 低負(fù)荷下A給水泵跳閘超馳信號(hào)生成梯形圖

B給水汽動(dòng)泵超馳強(qiáng)拉信號(hào)觸發(fā)的條件為：(1)給水主控在自動(dòng)狀態(tài)；(2)B給水汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速未強(qiáng)拉到位(B給水泵的實(shí)際轉(zhuǎn)速與B單泵運(yùn)行時(shí)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速偏差大于20 r/min)；(3)B給水汽動(dòng)泵出口流量控制在自動(dòng)狀態(tài)；(4)電泵未投運(yùn)；(5)機(jī)組實(shí)際負(fù)荷低于360 MW；(6)低負(fù)荷給水泵跳閘強(qiáng)拉保護(hù)按鈕投入，并且A給水汽動(dòng)泵跳閘，B給水汽動(dòng)泵超馳強(qiáng)拉信號(hào)觸發(fā)。

B汽動(dòng)泵超馳強(qiáng)拉信號(hào)復(fù)位的條件為：(1)60 s的脈沖信號(hào)，即最多強(qiáng)拉1 min；(2)B汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)拉到位(B汽動(dòng)泵實(shí)際轉(zhuǎn)速與強(qiáng)拉目標(biāo)轉(zhuǎn)速偏差在20 r/min范圍內(nèi))；(3)主給水流量已強(qiáng)拉到目標(biāo)值延時(shí)10 s(實(shí)際主給水流量與設(shè)定值偏差在20 t/h范圍內(nèi))；(4)人為結(jié)束強(qiáng)拉(包括：切給水主控手動(dòng)；切B汽動(dòng)泵出口流量控制器手動(dòng)；退出低負(fù)荷給水泵跳閘強(qiáng)拉保護(hù)按鈕)。

圖3為低負(fù)荷給水泵跳閘超馳控制原理圖。

圖3 低負(fù)荷給水泵跳閘超馳控制原理圖

當(dāng)超馳強(qiáng)拉信號(hào)觸發(fā)時(shí)，選擇由當(dāng)前負(fù)荷指令計(jì)算得到的目標(biāo)轉(zhuǎn)速值，具體計(jì)算用DCS的一個(gè)線性插值函數(shù)f(x)得到，f(x)的設(shè)置見(jiàn)表1。通過(guò)RAMP斜坡塊以2 000 r/min的斜坡升速率由當(dāng)前轉(zhuǎn)速指令快速拉升至目標(biāo)轉(zhuǎn)速。在強(qiáng)拉過(guò)程中給水主控輸出跟蹤B汽動(dòng)泵的出口流量，即B汽動(dòng)泵出口流量控制器的測(cè)量值(B汽動(dòng)泵出口流量)與設(shè)定值(給水主控輸出指令)相同，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)拉結(jié)束后的無(wú)擾切換。

表1 f(x)參數(shù)

2.2 MEH轉(zhuǎn)速控制器控制參數(shù)優(yōu)化

圖3中汽動(dòng)泵出口流量控制器輸出轉(zhuǎn)速指令經(jīng)過(guò)速率限制1 800 r/min得到限速后的轉(zhuǎn)速指令，并除以系數(shù)65(轉(zhuǎn)速量程為0～6 500 r/min，MEH轉(zhuǎn)速控制器測(cè)量值、設(shè)定值化為轉(zhuǎn)速量程的百分?jǐn)?shù))作為MEH轉(zhuǎn)速控制器的設(shè)定值，實(shí)際轉(zhuǎn)速除以系數(shù)65作為測(cè)量值，其輸出指令作為給水泵汽輪機(jī)高、低壓調(diào)節(jié)門(mén)的閥門(mén)總指令。MEH轉(zhuǎn)速控制器應(yīng)采用強(qiáng)比例、強(qiáng)積分的控制參數(shù)，從而能夠快速打開(kāi)調(diào)節(jié)門(mén)，確保泵的實(shí)際升速率。

MEH轉(zhuǎn)速控制器測(cè)量、設(shè)定值量程為0～100%，輸出指令量程0～100%，比例帶為根據(jù)負(fù)荷設(shè)定的變參數(shù)，400 MW以下負(fù)荷時(shí)比例帶為120(即Kp=0.833)，積分時(shí)間為定值0.8 min。假設(shè)轉(zhuǎn)速設(shè)定值階躍增大300 r/min(300/65=4.615，即其輸入變化量為4.615%)，則其輸出閥門(mén)總指令只增大3.85%，顯然調(diào)節(jié)參數(shù)過(guò)慢。

將MEH轉(zhuǎn)速控制器參數(shù)優(yōu)化為：當(dāng)?shù)拓?fù)荷工況發(fā)生給水泵跳閘時(shí)，MEH轉(zhuǎn)速控制器比例帶切換為定值40(即Kp=2.5)，積分時(shí)間切換為0.4 min。

2.3 給水泵汽輪機(jī)高、低壓調(diào)節(jié)門(mén)重疊度函數(shù)優(yōu)化

給水泵汽輪機(jī)多設(shè)計(jì)有兩路汽源：一路是第四段抽汽來(lái)的低壓汽源；另一路是由冷再熱蒸汽母管來(lái)的高壓汽源。兩路汽源分別通過(guò)低壓調(diào)節(jié)門(mén)和高壓調(diào)節(jié)門(mén)進(jìn)入給水泵汽輪機(jī)。

由于在低負(fù)荷段，給水泵汽輪機(jī)的低壓汽源(四段抽氣)壓力極低，例如在250 MW負(fù)荷時(shí)，低壓汽源壓力僅僅為0.4 MPa左右，因此僅僅依靠低壓汽源回路可能已經(jīng)無(wú)法滿足單泵的出力需求，考慮應(yīng)將高壓汽源(由冷再熱蒸汽供)提前投入運(yùn)行，快速提高給水泵汽輪機(jī)負(fù)載，搶回給水。圖4為給水泵汽輪機(jī)閥門(mén)總指令對(duì)應(yīng)的閥門(mén)開(kāi)度曲線。

圖4 給水泵汽輪機(jī)機(jī)閥門(mén)總指令對(duì)應(yīng)的閥門(mén)開(kāi)度曲線

由圖4給水泵汽輪機(jī)閥門(mén)總指令對(duì)應(yīng)的閥門(mén)開(kāi)度曲線可知：優(yōu)化前閥門(mén)總指令60%，高壓調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)始開(kāi)啟，60%～70%為高、低壓調(diào)節(jié)門(mén)的聯(lián)調(diào)區(qū)。當(dāng)?shù)拓?fù)荷出現(xiàn)給水泵跳閘工況，將在運(yùn)給水泵汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)門(mén)的開(kāi)啟點(diǎn)前移至45%(閥門(mén)總指令45%對(duì)應(yīng)的低壓調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度指令為64.29%，對(duì)應(yīng)兩臺(tái)泵并列運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷為320 MW左右)。

為防止高壓調(diào)節(jié)門(mén)在正常運(yùn)行函數(shù)和快拉函數(shù)切換時(shí)出現(xiàn)跳變或波動(dòng)，加入函數(shù)切換時(shí)間設(shè)置：正常運(yùn)行函數(shù)切至快拉函數(shù)約2.5 min，快拉函數(shù)切換至正常運(yùn)行函數(shù)約10 min。

2.4 主給水流量達(dá)低Ⅱ值MFT延時(shí)時(shí)間優(yōu)化

原邏輯為當(dāng)機(jī)組主給水流量低于539.5 t/h延時(shí)9 s觸發(fā)MFT信號(hào)，優(yōu)化為當(dāng)機(jī)組實(shí)際負(fù)荷大于360 MW，延時(shí)時(shí)間9 s不變；當(dāng)機(jī)組實(shí)際負(fù)荷小于360 MW，主給水流量低于539.5 t/h MFT延時(shí)時(shí)間改為15 s。

3 試驗(yàn)結(jié)果

邏輯優(yōu)化完成后，在250 MW工況下完成A給水泵手動(dòng)打閘，B給水泵強(qiáng)拉試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 試驗(yàn)主給水流量變化趨勢(shì)圖

21：32：45 B汽動(dòng)泵超馳強(qiáng)拉動(dòng)作，21：32：47 主給水流量由728.59 t/h開(kāi)始下降，21：32：53 主給水流量跌至MFT保護(hù)定值539.5 t/h以下，21：33：03 主給水流量回升至544.56 t/h高于跳閘值。21：33：45 B汽動(dòng)泵強(qiáng)拉信號(hào)復(fù)位，主給水流量最高升至669 t/h。在此期間機(jī)組主蒸汽溫度，各水冷壁壁溫?zé)o明顯變化。強(qiáng)拉超馳動(dòng)作期間給水主控輸出跟蹤B汽動(dòng)泵出口流量。由圖5可看出在試驗(yàn)過(guò)程中主給水流量低于跳閘值539.5 t/h的時(shí)間為10 s。

圖6為試驗(yàn)過(guò)程中B汽動(dòng)給水泵超馳強(qiáng)拉轉(zhuǎn)速趨勢(shì)圖。21：32：45 B汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速指令3 479.5 r/min開(kāi)始超馳強(qiáng)拉，21：32：53 B汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速指令強(qiáng)拉至目標(biāo)值3 751.07 r/min。B汽動(dòng)泵實(shí)際轉(zhuǎn)速由超馳動(dòng)作前的3 486 r/min先降至3 457 r/min，21：33：01實(shí)際轉(zhuǎn)速升至3 563 r/min，強(qiáng)拉信號(hào)復(fù)位時(shí)21：33：46實(shí)際轉(zhuǎn)速升至3 627 r/min，整個(gè)過(guò)程中B汽動(dòng)泵實(shí)際轉(zhuǎn)速上升170 r/min。從圖6可看出B汽動(dòng)泵超馳強(qiáng)拉信號(hào)是由1 min的脈沖時(shí)間復(fù)位，1 min時(shí)間內(nèi)主給水流量與汽動(dòng)泵實(shí)際轉(zhuǎn)速都未達(dá)到目標(biāo)值范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)拉過(guò)程中，B給水泵汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)門(mén)最大開(kāi)至2.2%，即高壓調(diào)節(jié)門(mén)并未起作用。

圖6 試驗(yàn)B汽動(dòng)泵強(qiáng)拉轉(zhuǎn)速趨勢(shì)圖

圖7為試驗(yàn)中B給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制趨勢(shì)圖。轉(zhuǎn)速指令強(qiáng)拉過(guò)程中閥門(mén)總指令由31.92%增大至41.84%，其低壓調(diào)節(jié)門(mén)指令由45.8%增大至60.42%，MEH轉(zhuǎn)速控制穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)現(xiàn)象?？梢赃M(jìn)一步加快MEH轉(zhuǎn)速控制器調(diào)節(jié)速度，低負(fù)荷工況下給水泵跳閘比例帶由40改為30(即Kp=3.33)。由圖7可見(jiàn)，21：34：11至21：35：00時(shí)間內(nèi)閥門(mén)總指令由47.95%增大至54.58%，給水泵汽輪機(jī)低壓調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度由68.74%開(kāi)大至78.5%，轉(zhuǎn)速保持3 625 r/min不變。低壓調(diào)節(jié)門(mén)在此調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)存在死區(qū)，必須進(jìn)一步優(yōu)化高、低壓調(diào)節(jié)門(mén)的重疊度函數(shù)，使高壓調(diào)節(jié)門(mén)進(jìn)一步提前參與調(diào)節(jié)，以防止給水泵汽輪機(jī)閥門(mén)總指令在47%附近運(yùn)行時(shí)發(fā)生給水泵跳閘工況。圖8為進(jìn)一步優(yōu)化后的給水泵汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)啟對(duì)比圖。當(dāng)給水泵汽輪機(jī)閥門(mén)總指令37%高壓調(diào)節(jié)門(mén)就開(kāi)始開(kāi)啟，高壓調(diào)節(jié)門(mén)最大開(kāi)度為30%(閥門(mén)總指令37%對(duì)應(yīng)的低壓調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度指令為52.86%，對(duì)應(yīng)兩臺(tái)泵并列運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷為270 MW左右)。

圖7 試驗(yàn)B給水泵汽輪機(jī)MEH轉(zhuǎn)速控制趨勢(shì)圖

圖8 試驗(yàn)前后高壓調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)啟對(duì)比圖

4 結(jié)語(yǔ)

低負(fù)荷下，單臺(tái)給水泵跳閘不會(huì)觸發(fā)RB動(dòng)作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)給水泵的超馳控制，直接依靠PID的調(diào)節(jié)來(lái)提升鍋爐給水流量是非常困難的。筆者提出的一種低負(fù)荷工況下發(fā)生給水泵跳閘而沒(méi)有觸發(fā)RB時(shí)，根據(jù)當(dāng)前負(fù)荷確定給水泵目標(biāo)轉(zhuǎn)速值，通過(guò)超馳控制回路迅速提升給水泵轉(zhuǎn)速設(shè)定；并通過(guò)給水泵汽輪機(jī)高、低壓調(diào)節(jié)門(mén)重疊度函數(shù)的切換使高壓調(diào)節(jié)門(mén)提前參與調(diào)節(jié)，使在運(yùn)給水泵汽輪機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速快速到達(dá)目標(biāo)轉(zhuǎn)速的控制策略。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，取得了顯著的效果。在低負(fù)荷工況下發(fā)生給水泵跳閘，在超馳控制作用下，迅速提升運(yùn)行給水泵到相應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，從而迅速提升鍋爐給水流量，避免發(fā)生鍋爐因給水流量低MFT，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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Parallel Running Control Strategy of Feed Pumps at Low Load of a Supercritical Unit

Yu Kang, LI Zhuolin

(Guangdong Zhuhai Jinwan Power Generation Co., Ltd., Zhuhai 519000, Guangdong Province, China)

To solve the problem of feed pump trip occurring at low load of a 600 MW supercritical unit, a method is proposed by opening the high-pressure governing valve of the feed pump turbine in advance through override control when the RB function is not triggered, so as to raise the pump speed to the target value. Results show that the feed water flow of boiler can be prompted rapidly after the control strategy is applied, which helps to secure the safety of unit operation.

thermal power unit; low load condition; feed pump trip; boiler feed water flow; override control

2016-06-16；

2016-07-21

俞 康(1986—)，男，工程師，從事超臨界火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的維護(hù)工作。E-mail: yukang552200@163.com

TK223.7

A

1671-086X(2017)03-0209-04