9FB燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)鈮毫Φ蚏B事件及RB速率分析

丁建軍，嚴(yán) 強(qiáng)

(廣東粵電新會(huì)發(fā)電有限公司，廣東 江門 529149)

某電廠2×453 MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，燃?xì)廨啓C(jī)由GE公司生產(chǎn)，型號(hào)為PG9371FB，燃?xì)廨啓C(jī)由1臺(tái)18級(jí)的軸流式壓氣機(jī)、1套由18個(gè)低NOx燃燒器組成的燃燒系統(tǒng)、1臺(tái)3級(jí)透平和相關(guān)輔助系統(tǒng)組成。汽輪機(jī)由哈爾濱汽輪機(jī)廠制造，型號(hào)為L(zhǎng)N150/C120-11.00/3.30/0.43/1.40，型式為三壓、再熱、三缸、沖動(dòng)、抽凝式汽輪機(jī)。余熱鍋爐采用東方菱日鍋爐有限公司的三壓、再熱、自然循環(huán)、無補(bǔ)燃、臥式、MHDB-PG9371-Q1型余熱鍋爐。

本文對(duì)該電廠發(fā)生的一起因燃?xì)鈮毫Φ蛯?dǎo)致的快速減負(fù)荷(RUNBACK，簡(jiǎn)稱RB)事件進(jìn)行分析研究，針對(duì)此次RB事件，討論了燃?xì)廨啓C(jī)11種不同情況下的降負(fù)荷速率，并列出了所有RB的觸發(fā)條件，有助于更好的提高運(yùn)行人員專業(yè)技能，提高機(jī)組的控制水平，確保事故發(fā)生時(shí)的處置效率及正確性。

1 燃?xì)庀到y(tǒng)簡(jiǎn)介

天然氣由上游分輸站供至廠內(nèi)，經(jīng)調(diào)壓站過濾、分離和加熱及調(diào)壓后進(jìn)入機(jī)組前置模塊，再經(jīng)雙聯(lián)前置過濾器、性能加熱器、啟動(dòng)電加熱器、過濾洗滌器、流量計(jì)和變送器最終送至燃?xì)庑￠g內(nèi)燃?xì)饪刂崎y組。燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)的作用是以適當(dāng)?shù)膲毫土髁肯蛉紵逸斔腿剂蠚?，以滿足燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)、帶負(fù)荷和停機(jī)的所有要求[1]。

燃料氣控制系統(tǒng)的主要由燃料氣截止閥(VS4-1)、燃料氣速比截止閥(VSR-1)、燃料氣放空閥(VS13-15)、燃料氣控制閥(VGC-1/2/3/4)、燃料氣壓力傳感器、燃料氣溫度傳感器等組成。天然氣系統(tǒng)流程示意圖如圖1所示。

圖1 天然氣系統(tǒng)流程示意圖

GE 9FB燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)中的速比閥(VSR-1)和燃?xì)饪刂崎y(VGC-1/2/3/4)作用類似于三菱燃?xì)廨啓C(jī)的壓力控制閥和流量控制閥[2-3]，VGC閥是用來控制進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的天然氣流量，其設(shè)計(jì)成超臨界流動(dòng)，使得通過閥的天然氣流量與閥后背壓無關(guān)，同時(shí)其閥芯的特殊型線使通流面積的變化與閥門的開度成正比。機(jī)組正常運(yùn)行中，VSR閥則保持VGC閥前的P2壓力在一個(gè)恒定值，同時(shí)其也兼作天然氣的截止閥[4]。

2 事故現(xiàn)象、原因分析及處理

2.1 事故現(xiàn)象

2018年12月02日21時(shí)20分，1號(hào)機(jī)組負(fù)荷300 MW，退出AGC，開始執(zhí)行停機(jī)操作,其中P1壓力3.35 MPa，P2壓力2.95 MPa。21時(shí)26分34秒，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)降負(fù)荷至72 MW，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)滑參數(shù)降至99 MW，機(jī)組總負(fù)荷降至171 MW，P1壓力3.46 MPa，P2壓力2.95 MPa。21時(shí)27分38秒，燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷69 MW，汽輪機(jī)繼續(xù)滑參數(shù)降至94 MW，P1壓力3.02 MPa，P2壓力2.85 MPa，MARK VIe控制系統(tǒng)報(bào)警窗口發(fā)出“P1 AND P2 MAX DECAY RATE EXCEED-RUNBACK(P1和P2最大衰減速率超限-RB)”、 “GAS FUEL SUPPLY PRESSURE LOW(燃?xì)夤鈮毫Φ?”報(bào)警，燃?xì)廨啓C(jī)執(zhí)行RB程序，自動(dòng)降負(fù)荷停機(jī)，汽輪機(jī)跟隨滑參數(shù)降負(fù)荷。21時(shí)28分37秒，燃?xì)廨啓C(jī)降負(fù)荷至5 MW后正常逆功率解列，汽輪機(jī)負(fù)荷71 MW，打閘停機(jī)。

2.2 事故原因分析

造成此次燃?xì)廨啓C(jī)RB的直接原因是“P1和P2最大衰減速率超限”，根本原因是因?yàn)橥C(jī)過程中，上游分輸站供我廠主/備用調(diào)壓線SSV閥同時(shí)誤關(guān)導(dǎo)致1號(hào)機(jī)組天然氣供應(yīng)中斷。

通過查看邏輯，如圖2所示， P1和P2最大衰減速率必須均超限(LFPG1RTZ、LFPG2RTZ)才能觸發(fā)P1和P2最大衰減速率超限(LFPGRTZ)進(jìn)而觸發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)RB至全速空載(L70L_AUX)。

圖2 燃?xì)廨啓C(jī)RB邏輯框圖

查閱歷史數(shù)據(jù)曲線圖3得知，21時(shí)26分39秒，P1最大衰減速率先達(dá)超限動(dòng)作，VSR閥開度為40.79%，由于P1壓力持續(xù)下降，為維持P2壓力恒定，VSR閥開度增加至52.17%，但VSR閥開大速率比P1壓力下降速率慢，最終P2最大衰減速率也達(dá)到了超限值，進(jìn)而觸發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)RB。

圖3 停機(jī)過程中歷史數(shù)據(jù)

與上游分輸站協(xié)調(diào)及檢查后，對(duì)分輸站SSV閥切斷原因分析如下：一是因調(diào)壓閥、指揮器和穩(wěn)壓器老舊，導(dǎo)致閥門調(diào)節(jié)滯后；二是燃?xì)廨啓C(jī)在啟、停機(jī)過程天然氣流量波動(dòng)較大；三是冰堵和穩(wěn)壓過濾器堵塞都可能會(huì)導(dǎo)致調(diào)壓失效；四是廠內(nèi)調(diào)壓站與上游分輸站聯(lián)絡(luò)管線較短，各調(diào)壓閥設(shè)定值間隔較小，導(dǎo)致壓力調(diào)節(jié)失穩(wěn)出現(xiàn)異常波動(dòng)；五是安全切斷閥的連鎖機(jī)構(gòu)是機(jī)械式，易受管道振動(dòng)影響。

2.3 處理

針對(duì)以上情況，進(jìn)行了如下處理措施：一是重新設(shè)定了調(diào)壓撬各閥壓力，主路的安全切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓閥、工作調(diào)壓閥依次設(shè)定為4.2/3.95/3.7 MPa，備用路的各閥依次設(shè)定為4.4/3.95/3.6 MPa；二是定期對(duì)調(diào)壓設(shè)備維保檢修，及時(shí)更換配件；三是加強(qiáng)日常數(shù)據(jù)監(jiān)控，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)壓撬冰堵和穩(wěn)壓過濾器臟污情況。

3 燃?xì)廨啓C(jī)RB速率分析討論

3.1 RB簡(jiǎn)介

燃?xì)廨啓C(jī)電廠由于機(jī)組特性的不同，RB功能和常規(guī)火電機(jī)組有明顯差別。煤機(jī)機(jī)組RB發(fā)生后，控制策略主要由CCS方式切至鍋爐輸入控制方式(或汽輪機(jī)跟隨方式)，鍋爐主控處于手動(dòng)狀態(tài)，汽輪機(jī)主控自動(dòng)切至壓力控制模式，機(jī)組處于滑壓運(yùn)行狀態(tài)，鍋爐主控切為手動(dòng)，燃料主控自動(dòng)維持RB目標(biāo)負(fù)荷對(duì)應(yīng)的燃料量。煤機(jī)因主要輔機(jī)故障跳閘而RB主要有磨煤機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、給水泵、空氣預(yù)熱器等[5]，根據(jù)不同的故障輔機(jī)導(dǎo)致的RB，采用不同的RB速率[6]。

對(duì)于燃?xì)鈾C(jī)組，由于沒有煤機(jī)相對(duì)復(fù)雜的鍋爐系統(tǒng)，只有簡(jiǎn)單的余熱鍋爐，機(jī)組負(fù)荷主要通過燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)調(diào)節(jié)燃料量適應(yīng)負(fù)荷變化。燃?xì)廨啓C(jī)RB主要分為外部RB和內(nèi)部RB兩種。外部RB是指由DCS 經(jīng)過判斷條件后，發(fā)至燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行RB，內(nèi)部RB是指燃?xì)廨啓C(jī)自身判斷條件后觸發(fā)RB。不同廠家的燃?xì)廨啓C(jī)，其RB速率不同，三菱M701F型RB速率包括20 MW/min(正常)和300 MW/min(快速)兩種[7]；因西門子V94.3A型燃?xì)廨啓C(jī)資料有限，未在相關(guān)文獻(xiàn)中查到其RB信息。

本次燃?xì)廨啓C(jī)因P1和P2最大衰減速率超限發(fā)生RB后，燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷從69 MW降至5 MW，用時(shí)59秒，降負(fù)荷速率約為64 MW/Min，比機(jī)組正常停機(jī)降負(fù)荷速率要快很多。MARK VIe邏輯由于其復(fù)雜性及保密性往往成為運(yùn)行人員的專業(yè)短板，為了解GE燃?xì)廨啓C(jī)更多關(guān)于快速降負(fù)荷的觸發(fā)條件，更好的提高運(yùn)行人員專業(yè)技能，提高機(jī)組的控制水平，確保事故發(fā)生時(shí)的處置效率及正確性，特查閱熱控相關(guān)控制邏輯。

3.2 燃?xì)廨啓C(jī)燃料控制

燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)速控制有兩種方式，有差轉(zhuǎn)速控制(Doop Speed)和無差轉(zhuǎn)速控制(Isoch Speed)。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)用作帶動(dòng)發(fā)電機(jī)時(shí)，選用有差控制方式。

燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷變化是通過當(dāng)前實(shí)際輸出燃料沖程基準(zhǔn)(FSR)的變化體現(xiàn)的，F(xiàn)SR的變化正比于轉(zhuǎn)速控制基準(zhǔn)(TNR)與實(shí)際轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)(TNH)之差，即△FSR∝(TNR-TNH)[8-9]。若燃?xì)廨啓C(jī)未并網(wǎng)，則TNH隨燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速變化而變化；若燃?xì)廨啓C(jī)在并網(wǎng)狀態(tài)下，TNH保持不變，燃?xì)廨啓C(jī)出力大小實(shí)際由TNR決定，而TNR的值最終通過轉(zhuǎn)速控制基準(zhǔn)邏輯塊(TNRV1)計(jì)算得知，如圖4所示。Z-1與加法器組成數(shù)字積分器，L83JDn(0-11)決定了升降速率常數(shù)TNKR1_n的某個(gè)值，也就是通過不同的邏輯選擇了不同的積分速率常數(shù)。L70R和L70L決定了積分的方向，L70R=1且L70L=0時(shí)，積分值上升，TNR增加； L70L=1時(shí)，積分值下降，TNR減?。籐70R=0且L70L=0時(shí)，積分中止，TNR保持不變。

圖4 TNRV1轉(zhuǎn)速控制基準(zhǔn)邏輯

3.3 速率分析

升降速率常數(shù)TNKR1_n為固定值，如表1所示，L83JDn(0-11)決定了選擇哪個(gè)常數(shù)，針對(duì)不同的情況，對(duì)應(yīng)不同的負(fù)荷速率，也就是通過不同的邏輯選擇了不同的積分速率常數(shù)，而最終反映在輸出不同的TNR值。

表1 轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)TNR變化率

單位時(shí)間內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷變化量，計(jì)算公式如下：

(1)

式中：ΔQ為燃?xì)廨啓C(jī)每分鐘負(fù)荷變化量；TNKRX為燃料基準(zhǔn)變化率；DWKDG為負(fù)荷與轉(zhuǎn)速指令的增益系數(shù)，固定值0.014%/MW(轉(zhuǎn)速不等率(3.99%)=DWKDG*BASE(285 MW))。

通過公式1可計(jì)算不同速率常數(shù)下對(duì)應(yīng)的負(fù)荷速率如表2所示，得知不同的觸發(fā)條件下，燃?xì)廨啓C(jī)會(huì)以不同的速率降負(fù)荷。

3.4 RB觸發(fā)條件

由圖2可知，RUNG_36邏輯快中有9種可以觸發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)RB至全速空載的情況，詳細(xì)說明見表3。

表2 TNKR1_n對(duì)應(yīng)下的負(fù)荷速率

表3 9種觸發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)RB至全速空載情況

4 結(jié)論

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組由于主要設(shè)備故障造成機(jī)組實(shí)發(fā)功率受到限制時(shí)，為適應(yīng)設(shè)備出力，控制系統(tǒng)強(qiáng)制將機(jī)組負(fù)荷減到尚在運(yùn)行的設(shè)備所能承受的負(fù)荷目標(biāo)值。若故障嚴(yán)重時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)快速降負(fù)荷仍不能維持機(jī)組運(yùn)行，則機(jī)組發(fā)自動(dòng)停機(jī)指令自動(dòng)停機(jī)。

燃?xì)廨啓C(jī)在轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制模式下，其負(fù)荷變化的速率受控于TNR的變化速率，TNR的變化速率是控制程序預(yù)先設(shè)定好的固定值。通過分析由于上游分輸站中斷供氣造成的一起燃?xì)廨啓C(jī)RB事件，展開討論了不同觸發(fā)條件下燃?xì)廨啓C(jī)不同的降負(fù)荷速率，并列舉了所有RB條件，論證了實(shí)際RB速率和理論降負(fù)荷速率的一致性。