燃煤發(fā)電機(jī)組燃料制備能力及給煤機(jī)控制

(神華廣東國(guó)華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司，廣東 臺(tái)山 529228)

某1 000 MW發(fā)電機(jī)組配置6臺(tái)給煤機(jī)，每臺(tái)給煤機(jī)的運(yùn)行信號(hào)在機(jī)組控制邏輯中都被引用38處，用于燃料出力能力計(jì)算、給煤機(jī)和磨煤機(jī)開(kāi)環(huán)控制、給煤機(jī)跳閘判斷、點(diǎn)火能量判斷、火檢信號(hào)判斷、給煤機(jī)閥門(mén)聯(lián)鎖信號(hào)等，從而形成復(fù)雜的局面，需要細(xì)致梳理。給煤機(jī)運(yùn)行信號(hào)來(lái)源為給煤機(jī)就地控制柜中繼電器觸點(diǎn)信號(hào)，頻繁引用帶來(lái)熱工控制系統(tǒng)的可靠性降低。舊型號(hào)的給煤機(jī)本地控制柜擔(dān)負(fù)全部給煤機(jī)的控制任務(wù)，其所處環(huán)境惡劣，柜內(nèi)電路板故障經(jīng)常帶來(lái)發(fā)電機(jī)組的燃料供給階躍擾動(dòng)，導(dǎo)致發(fā)電負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)損失。因此，有必要進(jìn)行給煤機(jī)本地控制設(shè)備技術(shù)升級(jí)。

1 制粉系統(tǒng)工藝流程和控制方案

發(fā)電廠的給煤機(jī)控制進(jìn)入磨煤機(jī)的煤流速率，磨煤機(jī)將煤塊研磨，由一次風(fēng)攜帶煤粉吹入爐膛燃燒。給煤機(jī)的電動(dòng)機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)。在此以型號(hào)為ACS510的變頻器為例。每臺(tái)1 000 MW發(fā)電機(jī)組配置6臺(tái)給煤機(jī)、6臺(tái)磨煤機(jī)、6層油槍點(diǎn)火系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)組的集散控制系統(tǒng)(distributed control system，DCS)采用和利時(shí)MACS V6控制系統(tǒng)。

給煤機(jī)的舊型號(hào)的控制電路包括CPU板、電源板、繼電器電路、觸摸顯示屏。給煤機(jī)皮帶電機(jī)的變頻器看作給煤機(jī)本地柜控制的執(zhí)行器，CPU電路板與變頻器二者構(gòu)成閉環(huán)控制，閉環(huán)控制的目標(biāo)值跟蹤給煤率指令，給煤率指令來(lái)自發(fā)電機(jī)組的燃料主控指令[1-6]。

2 給煤機(jī)控制方案

2.1 給煤機(jī)啟、?？刂?/h3>

2.1.1 給煤機(jī)啟動(dòng)、停止控制

改造后給煤機(jī)啟動(dòng)、停止控制指令直接控制給煤機(jī)的變頻器，不再經(jīng)過(guò)繼電器回路。給煤機(jī)變頻器改為3-線宏模式。DCS輸出信號(hào)送到給煤機(jī)遠(yuǎn)方啟(停)指令信號(hào)，見(jiàn)圖1。圖中DI1瞬時(shí)得電啟動(dòng)變頻器，DI2瞬時(shí)斷開(kāi)停止變頻器。

圖1 給煤機(jī)遠(yuǎn)控啟?；芈穲D

2.1.2 給煤機(jī)模擬量控制

發(fā)電機(jī)組的燃料主控指令直接控制給煤機(jī)的變頻器，不再經(jīng)過(guò)CPU板。給煤率指令信號(hào)接到變頻器2、3端子，電機(jī)工作頻率信號(hào)從7、9端子送出，電機(jī)電流信號(hào)從8、9端子送出，見(jiàn)圖2。

圖2 給煤率指令接線圖

2.1.3 給煤機(jī)保護(hù)停止信號(hào)

給煤機(jī)皮帶上無(wú)煤、給煤機(jī)出口堵煤，以及變頻器的電流、頻率、運(yùn)行、故障、報(bào)警監(jiān)視信號(hào)均接入DCS系統(tǒng)。

變頻器檢測(cè)到電機(jī)或電機(jī)電纜接地，將會(huì)自由停車。

變頻器在控制板過(guò)溫時(shí)保護(hù)動(dòng)作，立即停車。

如果給煤機(jī)出口堵煤并且磨煤機(jī)電流小于40 A，遠(yuǎn)方停運(yùn)給煤機(jī)。

與給煤機(jī)對(duì)應(yīng)的磨煤機(jī)停止或跳閘時(shí)，遠(yuǎn)方停運(yùn)給煤機(jī)。

當(dāng)發(fā)電機(jī)組主燃料跳閘(main fule trip,MFT)發(fā)生時(shí)，應(yīng)立即送信號(hào)到給煤機(jī)動(dòng)力電源開(kāi)關(guān)，使開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，停運(yùn)給煤機(jī)。同時(shí)將MFT保護(hù)信號(hào)送變頻器DI2端口。發(fā)生MFT時(shí)聯(lián)鎖關(guān)閉磨煤機(jī)出口門(mén)、關(guān)閉冷熱風(fēng)截止門(mén)、關(guān)閉密封風(fēng)風(fēng)門(mén)等，保證截?cái)噙M(jìn)入鍋爐的燃料。

2.2 變頻器參數(shù)設(shè)置

2.2.1 變頻器模式

設(shè)置參數(shù)項(xiàng)9902為2，選擇應(yīng)用宏為3-線宏。這一設(shè)置與給煤機(jī)啟動(dòng)、停止信號(hào)短指令相配合。

2.2.2 設(shè)置變頻器AI故障報(bào)警

模擬輸入的跳線開(kāi)關(guān)J1置于ON，表示AI1在電流位置。參數(shù)項(xiàng)1301值為20%，表示4 mA是低限電流信號(hào)。

設(shè)置參數(shù)項(xiàng)3001為3，定義用于給定鏈中的模擬輸入(AI1)信號(hào)低于其故障下限時(shí)的動(dòng)作，當(dāng)AI故障時(shí)變頻器維持最后10 s的平均轉(zhuǎn)速運(yùn)行，并發(fā)出報(bào)警。起用恒速激活功能使得燃料自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠耐受給煤機(jī)故障情況。

設(shè)置參數(shù)項(xiàng)3021為20%，模擬輸入1的故障極限20%，20%即4 mA電流信號(hào)。

2.2.3 設(shè)置參數(shù)項(xiàng)3002

設(shè)置參數(shù)項(xiàng)3002為3，當(dāng)變頻器控制盤(pán)故障時(shí)，變頻器維持最后10 s的平均轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

2.2.4 設(shè)置變頻器轉(zhuǎn)速低報(bào)警

設(shè)置參數(shù)項(xiàng)1401為9，低于監(jiān)控值1時(shí)繼電器輸出1動(dòng)作；設(shè)置參數(shù)項(xiàng)3201為103，即監(jiān)視編號(hào)為0103給定的轉(zhuǎn)速值；設(shè)置參數(shù)項(xiàng)3202為3.3 Hz，即編號(hào)為103的信號(hào)的下限報(bào)警限值是3.3 Hz。

2.2.5 設(shè)置變頻器接地故障報(bào)警

設(shè)置參數(shù)項(xiàng)3017為1，變頻器檢測(cè)到電機(jī)或電機(jī)電纜接地，將會(huì)自動(dòng)停車；設(shè)置參數(shù)項(xiàng)3024為1，變頻器在控制板過(guò)溫時(shí)保護(hù)動(dòng)作，立即停車。

2.2.6 發(fā)生變頻器本地故障時(shí)控制方案

當(dāng)變頻器AI故障時(shí)，變頻器將最后10 s的平均轉(zhuǎn)速設(shè)為恒定值。此時(shí)給煤率反饋信號(hào)正常，給煤率調(diào)節(jié)手操器切手動(dòng)，調(diào)節(jié)器輸出跟蹤手操器輸出的變頻器速度指令，并且變頻器運(yùn)行信號(hào)仍在。正確的給煤率反饋仍然用于支持煤水比控制。在啟動(dòng)備用制粉系統(tǒng)后，逐步關(guān)小給煤機(jī)進(jìn)口門(mén)，給煤率反饋信號(hào)隨之減小，直到降低至零，此時(shí)停止給煤機(jī)、停止磨煤機(jī)。

如果變頻器失控達(dá)到最大轉(zhuǎn)速，則值班員關(guān)小給煤機(jī)進(jìn)口門(mén)來(lái)減小給煤率。

當(dāng)變頻器發(fā)生接地故障，或者變頻器控制板溫度故障時(shí)，發(fā)生變頻器本地停車。此時(shí)變頻器運(yùn)行信號(hào)消失，變頻器轉(zhuǎn)速低，引起報(bào)警。

2.3 發(fā)電機(jī)組的RB邏輯

2.3.1 計(jì)算最小允許負(fù)荷

通常的做法是，借助輔機(jī)故障減負(fù)荷(run back，RB)回路處理制粉系統(tǒng)故障跳閘。取給煤機(jī)運(yùn)行信號(hào)計(jì)算燃料最大允許出力，當(dāng)燃料最大允許出力不足則觸發(fā)RB功能[7]。以下運(yùn)算以多變量取代了給煤機(jī)運(yùn)行信號(hào)，作用于發(fā)電機(jī)組RB邏輯。變頻器運(yùn)行或者電機(jī)轉(zhuǎn)速不低，并且磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，累加最小允許負(fù)荷見(jiàn)圖3。

圖3 最小允許負(fù)荷計(jì)算邏輯

2.3.2 計(jì)算最大允許負(fù)荷

當(dāng)變頻器運(yùn)行并且無(wú)故障、磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)定義為燃料制備能力存在，此時(shí)累加最大允許負(fù)荷。當(dāng)變頻器運(yùn)行信號(hào)消失并且電機(jī)轉(zhuǎn)速低，或者磨煤機(jī)停止，定義為燃料制備能力失去。見(jiàn)圖4。

圖4 最大允許負(fù)荷計(jì)算邏輯

2.4 給煤機(jī)電子皮帶秤

2.4.1 電子皮帶秤的構(gòu)成

廢除舊型號(hào)的給煤機(jī)電子皮帶秤，用以下測(cè)量設(shè)備和DCS功能構(gòu)建電子皮帶秤。

稱重探頭采用S型拉力傳感器，配接稱重變送器，S型拉力傳感器安裝在稱重跨輥之間，皮帶兩側(cè)各安裝1個(gè)。

測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的探頭采用磁電測(cè)速傳感器，配接轉(zhuǎn)速模塊。磁電測(cè)速傳感器安裝在電動(dòng)機(jī)同軸的60齒齒輪的側(cè)向，測(cè)量齒輪轉(zhuǎn)速。

用于標(biāo)定時(shí)測(cè)量皮帶速度的脈沖探頭采用光電開(kāi)關(guān)。它只在標(biāo)定給煤機(jī)的電子皮帶秤時(shí)連接，連接兩支光電開(kāi)關(guān)，二者安裝間距為914.4 mm。

用于標(biāo)定電子皮帶秤的按鈕2個(gè)，即標(biāo)定速度和皮重的按鈕、標(biāo)定量程的按鈕，二者安裝在給煤機(jī)本地柜內(nèi)。

2.4.2 計(jì)算給煤率信號(hào)

給煤率信號(hào)為給煤機(jī)單位時(shí)間送給磨煤機(jī)的煤的質(zhì)量，單位是t/h。給煤率信號(hào)由電機(jī)速度信號(hào)、稱重信號(hào)計(jì)算得到。電子皮帶秤的工作原理見(jiàn)圖5。如圖5所示，給煤機(jī)的稱重跨輥間距為914.4 mm。圖中皮帶速度信號(hào)來(lái)自圖6，速度系數(shù)、皮重系數(shù)、量程系數(shù)來(lái)自圖6～8。

式中：Q為給煤率；F1和F2為稱重信號(hào)；F0為皮重系數(shù)；g為重力加速度；L為稱重跨距；n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；D為驅(qū)動(dòng)輪直徑；Δ為皮帶厚度；i為皮帶減速器速比。

圖5 給煤率信號(hào)

為獲得精確的稱重精度，稱重輥和兩個(gè)稱重跨輥應(yīng)在同一平面內(nèi)，其平面度誤差不大于±0.05 mm。稱重輥必須位于稱重跨輥中間位置，各處連接銷子得到良好潤(rùn)滑。皮帶兩側(cè)和滾筒兩端的距離相等，不能有皮帶的隆起。

2.4.3 速度系數(shù)、皮重系數(shù)、量程系數(shù)

運(yùn)行中發(fā)電機(jī)組的給煤機(jī)置于實(shí)驗(yàn)位后，可以標(biāo)定電子皮帶秤。標(biāo)定用標(biāo)準(zhǔn)砝碼為34 kg。在給煤機(jī)皮帶的側(cè)邊等距離地粘貼4片反光紙。在標(biāo)定速度和皮重的按鈕按下期間進(jìn)行第一步標(biāo)定。標(biāo)定的第一步是去除系統(tǒng)的皮重，同時(shí)進(jìn)行速度標(biāo)定。在標(biāo)定量程的按鈕按下期間進(jìn)行第二步量程標(biāo)定。兩個(gè)步驟均是記錄皮帶恰好轉(zhuǎn)動(dòng)兩圈得到的速度系數(shù)、皮重系數(shù)、量程系數(shù)的平均值。

在以下的邏輯圖中應(yīng)注意，每個(gè)除數(shù)為自動(dòng)狀態(tài)時(shí)應(yīng)切換置為1。

必要時(shí)進(jìn)行實(shí)物標(biāo)定給煤機(jī)，以其結(jié)果修正給煤率測(cè)量值。

圖6 速度系數(shù)

3 給煤機(jī)模擬量控制

給煤機(jī)的控制功能包括給煤率自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，根據(jù)發(fā)電負(fù)荷功率值輸送適當(dāng)?shù)慕o煤量給磨煤機(jī)。圖9為給煤率閉環(huán)控制邏輯圖。給煤率控制器的設(shè)定值是發(fā)電機(jī)組的燃料主控指令加上給煤率手操器的偏置值。給煤率控制器的輸出信號(hào)為變頻器轉(zhuǎn)速指令。給煤率控制器的過(guò)程信號(hào)為給煤機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速、稱重信號(hào)計(jì)算得到的給煤率反饋信號(hào)。

圖7 皮重系數(shù)

圖8 量程系數(shù)

圖9 給煤率閉環(huán)控制邏輯圖

若給煤機(jī)皮帶上無(wú)煤，會(huì)造成給煤率指令與反饋偏差超過(guò)5%，應(yīng)發(fā)出報(bào)警，同時(shí)給煤率手操器切入手動(dòng)狀態(tài)，給煤率控制器跟蹤手操器輸出信號(hào)。

可靠的給煤率反饋信號(hào)應(yīng)同時(shí)滿足給煤機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速正常、稱重信號(hào)正常、磨煤機(jī)電流正常。

給煤率反饋信號(hào)不可信時(shí)應(yīng)當(dāng)使磨煤機(jī)出口溫度、磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)流量自動(dòng)控制器切入手動(dòng)狀態(tài)。

給煤機(jī)跳閘信號(hào)應(yīng)送給發(fā)電機(jī)組的煤水比自動(dòng)控制回路，作為一個(gè)前饋信號(hào)，用來(lái)減少與燃煤相對(duì)應(yīng)的給水量[8-10]。

兩個(gè)稱重信號(hào)偏差超過(guò)限值，應(yīng)發(fā)出報(bào)警，同時(shí)給煤率控制器切入手動(dòng)狀態(tài)。

4 緊急情況的處置

變頻器故障信號(hào)發(fā)生時(shí)，聯(lián)鎖啟動(dòng)備用制粉系統(tǒng)，油槍點(diǎn)火系統(tǒng)。

變頻器故障信號(hào)發(fā)生時(shí)，若電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)正常，值班人員應(yīng)在燃料供給能力達(dá)到發(fā)電負(fù)荷的要求值后緩慢關(guān)閉故障給煤機(jī)的進(jìn)口門(mén)，逐步退出故障給煤機(jī)。

必要時(shí)，在變頻器本地控制盤(pán)操作。

對(duì)于配置助手型控制盤(pán)的變頻器，按變頻器面板LOC/REM鍵，停止變頻器。按住LOC/REM鍵直到先出現(xiàn)LOCAL CONTROL(本地控制)，再顯示LOCAL KEEP RUN(本地控制，保持運(yùn)行)。

1)當(dāng)顯示LOCAL CONTROL時(shí)釋放按鍵，會(huì)將控制盤(pán)給定設(shè)置為當(dāng)前的外部給定。當(dāng)外部給定變0時(shí)則變頻器停車。

2)當(dāng)顯示 LOCAL KEEP RUN(本地控制，保持運(yùn)行)時(shí)釋放按鍵，可根據(jù)用戶當(dāng)前的I/O設(shè)置保持原來(lái)的運(yùn)行/停止?fàn)顟B(tài)和給定。

5 結(jié)論

發(fā)揮變頻器恒速功能，維持給煤機(jī)的出力，可以減少發(fā)電機(jī)組燃料量的階躍型擾動(dòng)。通過(guò)將給煤機(jī)閉環(huán)控制切換到手動(dòng)控制的方法，完全可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)擾地耐受變頻器輸入信號(hào)故障、變頻器控制盤(pán)故障。變頻器恒速功能給出緩沖時(shí)間，借此期間投入備用制粉系統(tǒng)支撐發(fā)電機(jī)組出力。準(zhǔn)確、全面地起用變頻器的控制能力的做法，適用于閉環(huán)控制系統(tǒng)、暖通空調(diào)、風(fēng)機(jī)、泵的控制等多種場(chǎng)合。

給煤機(jī)的舊型號(hào)的監(jiān)視測(cè)量設(shè)備的功能移交給DCS采集單元和控制單元完成，減少測(cè)量?jī)x表的重復(fù)配置。

通過(guò)梳理發(fā)電機(jī)組燃料制備能力的概念，使得新的RB控制邏輯動(dòng)作準(zhǔn)確。發(fā)揮給煤機(jī)變頻器恒速功能后，給煤機(jī)故障觸發(fā)發(fā)電機(jī)組輔機(jī)故障減負(fù)荷動(dòng)作次數(shù)明顯減少，有助于提高發(fā)電機(jī)組自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。