某電廠給煤機運行異常影響機組安全的問題及解決方案

王勁松

(上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，上海 200240)

隨著發(fā)電機組的自動化程度越來越高，對給煤機精準(zhǔn)控制的要求也越來越高。給煤機的運行狀態(tài)是否正常、給煤是否穩(wěn)定將直接影響發(fā)電機組穩(wěn)定和安全，因此各發(fā)電公司對給煤機在生產(chǎn)中運行狀況及自診斷能力也越來越重視。只有當(dāng)集控室能夠收集到給煤機準(zhǔn)確的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)才能保證機組安全平穩(wěn)工作，一旦給煤機失速或集控室無法收集到準(zhǔn)確的給煤機運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，鍋爐就無法得到適配的給煤從而造成機組無法穩(wěn)定運行，甚至造成生產(chǎn)事故。

筆者根據(jù)某電廠600 MW機組投運后給煤機失速造成機組失穩(wěn)的實例，分析其原因，并給出解決方案。

1 機組概況及給煤機運行問題

1.1 機組概況

某電廠一期工程2臺600 MW超臨界間接空冷燃煤發(fā)電機組。鍋爐為超臨界參數(shù)、一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、前后墻對沖燃燒變壓直流爐，設(shè)計效率為93.43%；汽輪機為超臨界參數(shù)、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、表面間接空冷凝汽式汽輪機，汽輪機熱耗率驗收(THA)工況的熱耗率為8 010 kJ/(kW·h)。制粉系統(tǒng)為中速磨煤機冷一次風(fēng)機正壓直吹式系統(tǒng)，每臺鍋爐配6臺磨煤機，每臺磨煤機配1臺給煤機，給煤機安裝在煤倉間17 m處，采用電子稱重式皮帶給煤機，進出口中心距離為2 200 mm，采用變頻調(diào)速，最大給煤質(zhì)量流量為80 t/h，最小給煤質(zhì)量流量為10 t/h，皮帶為800 mm寬的帶裙邊環(huán)形橡膠帶，機組正常運行時用五備一。

1.2 給煤機運行問題

根據(jù)對該電廠一期機組給煤機運行現(xiàn)場的實地調(diào)研，通過現(xiàn)場觀察發(fā)電機組給煤機使用情況并進行了模擬試驗，發(fā)現(xiàn)該電廠的給煤機運行問題主要有：

(1) 給煤機發(fā)生失速故障后集控室無法進行正確的判斷。結(jié)合現(xiàn)場實際情況分析是給煤機運行缺少必要的保護措施，如給煤機轉(zhuǎn)速反饋故障、給煤率達不到要求等問題不能反饋到集控室，也沒有設(shè)置設(shè)備自我保護的功能，集控室對機組運行狀態(tài)給出錯誤的估計，并在此錯誤的基礎(chǔ)上進行調(diào)整，輕則影響機組負荷，重則會影響機組安全。

(2) 給煤機計量問題。每天2臺機組給煤機計量的累計質(zhì)量比上煤系統(tǒng)的累計質(zhì)量多2 000 t。

由實地勘察和試驗得到問題的原因是沒有設(shè)置對給煤機進行故障保護的完善措施，并且缺失的不僅是幾次機組故障中相關(guān)的給煤機狀態(tài)信號，還有很多其他故障報警信號或故障保護信號，只是問題沒有嚴(yán)重到引起運行人員的注意，其中有些問題也是產(chǎn)生計量不準(zhǔn)的原因。

2 原因分析

2.1 給煤機控制系統(tǒng)缺陷

根據(jù)以上故障現(xiàn)象及該電廠提供的原設(shè)備廠家圖紙，經(jīng)過仔細分析和深入探討，筆者認為該機組給煤機在運行中出現(xiàn)的這些問題的根本原因是給煤機控制系統(tǒng)主控制器是一個通用的流量積算儀表，并不是單單針對給煤機設(shè)計的控制系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍較廣，所以其功能還需要適應(yīng)其他類似需要流量積算的設(shè)備。

給煤機設(shè)在機組運行中的特殊位置(入爐煤的咽喉處)，給煤機就地控制系統(tǒng)除了需要接收集控室的給煤機啟停和給煤量控制的指令(4～20 mA直流電)外，還必須向集控室輸出以下常規(guī)信號以便于集控室操作人員合理地進行操作和調(diào)節(jié)：(1)給煤機電流；(2)給煤機轉(zhuǎn)速；(3)順控故障；(4)給煤機故障；(5)皮帶電動機運行、停止?fàn)顟B(tài)；(6)清掃電動機運行、停止?fàn)顟B(tài)；(7)皮帶電動機故障；(8)清掃電動機故障；(9)瞬時給煤量；(10)累計給煤量；(11)給煤機進口側(cè)落煤管內(nèi)煤流的異常情況(堵煤)；(12)給煤率偏差大；(13)皮帶上斷煤；(14)給煤機出口堵煤；(15)給煤機機內(nèi)超溫；(16)就地或遠方控制方式；(17)容積式運行信號；(18)皮帶電動機運行正常信號。

除了以上需要輸出的狀態(tài)信號外，給煤機就地控制系統(tǒng)還必須具有故障的自診斷和保護功能，當(dāng)某些特定故障(如電動機速度控制故障和給煤機出口側(cè)落煤管嚴(yán)重堵煤等)發(fā)生時，進行保護性停機，并向集控室輸出故障停機狀態(tài)信號。但是該電廠機組的集控室僅接入了給煤機電流、給煤機轉(zhuǎn)速、給煤的瞬時量和累計量，以及給煤機就地或遠方控制方式等部分信號，而許多故障狀態(tài)信號僅反映在流量積算儀表的故障清單中，只能在流量積算儀表的面板上查閱卻不能對外輸出，因此也沒有將其接入集控室[1]。由于以上原因造成運行時集控室無法收集到準(zhǔn)確的給煤機運行狀態(tài)信號，造成了集控室可能在錯誤的基礎(chǔ)上調(diào)整鍋爐的給煤量，影響了機組安全[2]。

2.2 給煤機計量失準(zhǔn)

對于電廠給煤機計量失準(zhǔn)的情況，通過閱讀研究原供貨廠家提供的使用手冊，筆者認為該控制系統(tǒng)的計量誤差來源于稱重信號的不合理使用和皮帶轉(zhuǎn)速的不準(zhǔn)確估算，速度和質(zhì)量是構(gòu)成煤量積算的重要因素。稱重傳感器雖然是雙側(cè)布置，但2個傳感器的輸出是并聯(lián)后接入系統(tǒng)的，相當(dāng)于僅接收了1個傳感器的數(shù)據(jù)，只有在理想狀態(tài)下，即稱重平臺的煤層是完全均勻的、2個傳感器的性能(起始狀態(tài)和單位質(zhì)量的輸出)是完全一致的情況下，才能真正反映所稱的質(zhì)量，但實際是不可能達到這種理想狀態(tài)的；而標(biāo)定時需要估算速度，并結(jié)合人工計時，速度估算完全是理論過程，沒有考慮到皮帶張緊度，皮帶張緊度不同會導(dǎo)致皮帶厚度的差異，進而導(dǎo)致計量結(jié)果的差異。以上因素都會造成給煤機校驗得到的控制參數(shù)的失準(zhǔn)，用失準(zhǔn)的控制參數(shù)去進行流量調(diào)整和積算，其結(jié)果的準(zhǔn)確性也就無法保證了[3]。

3 解決方案

要根本解決電廠機組給煤機運行中的諸多問題是比較大的技術(shù)改造工程，而該電廠的實際情況不具備技術(shù)改造的條件，因此只能針對給煤機在運行中對機組安全生產(chǎn)有較大影響的2個主要問題分別進行解決。

3.1 給煤機控制系統(tǒng)改進

采用外掛功能補丁完善給煤機控制系統(tǒng)缺陷是比較切合實際的辦法，筆者對采用外掛功能補丁的方案進行了研究、模擬和試驗，最后產(chǎn)生了以下可行的3個方案。

3.1.1 方案一

方案一是對當(dāng)前給煤機的轉(zhuǎn)速信號進行判別，當(dāng)轉(zhuǎn)速信號為0時跳機并發(fā)送信號至集控室報警或者發(fā)送報警信號至集控室，由操作人員停轉(zhuǎn)給煤機。采用的主要設(shè)備有微型可編程邏輯控制器(PLC)、模擬I/O接口、分路器等，工作原理為：并一路集控室發(fā)出的啟動信號至PLC，將皮帶電動機測速裝置的信號接入分路器分成兩路，一路仍接到流量積算儀表中，另一路作為判斷依據(jù)，由集控室發(fā)出的啟動信號觸發(fā)1個計數(shù)器用以延時3～10 s(視具體情況確定此采樣周期)。當(dāng)計數(shù)器計滿后(延時時間到后)，比較轉(zhuǎn)速信號。當(dāng)轉(zhuǎn)速信號正常(大于0)，則計數(shù)器清零并重新開始計數(shù)；如果轉(zhuǎn)速信號為0，則PLC輸出報警信號用以跳機和集控室報警。當(dāng)接收到集控室停止信號即啟動信號消失時，計數(shù)器清零并停止工作。該方案的優(yōu)點是可以直接判定轉(zhuǎn)速信號是否正常，不正常就直接跳機或報警；缺點是測速信號在傳輸線路上多加了1個節(jié)點，即多了1個故障點，對系統(tǒng)的可靠性會有一定影響。

3.1.2 方案二

方案二是對輸出到集控室的瞬時流量進行判定，即當(dāng)輸出瞬時流量為0時，判別給煤機是否在啟動狀態(tài)及皮帶電動機是否在轉(zhuǎn)動，以此判定給煤機的工作狀態(tài)是否正常，采用的設(shè)備除了方案一使用的微型PLC、模擬I/O接口、分路器以外，還必須在皮帶電動機主軸上另裝1套測速裝置，工作原理為：并一路集控室發(fā)出的啟動信號至PLC，將流量積算儀表的瞬時流量反饋接入模擬一拖二分成兩路，一路仍傳輸?shù)郊厥遥硪宦纷鳛榕袛嗟囊罁?jù)，同樣由集控室發(fā)出的啟動信號觸發(fā)1個計數(shù)器用以延時3～10 。當(dāng)計數(shù)器計滿后，檢測瞬時流量反饋是否為0，同時檢測采樣的另一路即加裝的皮帶電動機測速信號。若該皮帶電動機測速信號不為0而瞬時流量反饋為0，則PLC輸出停機或報警信號至集控室；若瞬時流量反饋不為0，則計數(shù)器清零并重新開始計數(shù)，當(dāng)接收到集控室停止信號即啟動信號消失時，計數(shù)器清零并停止工作。為避免加裝的測速信號失效，可增加1個報警信號(流量不為0而加裝的測速信號為0也輸出1個報警信號)，檢修人員可以根據(jù)該信號安排檢修。該方案的優(yōu)點是不影響主控回路的運轉(zhuǎn)，僅通過反饋信號來判別給煤機轉(zhuǎn)速是否消失；缺點是沒有直接檢測主控回路的轉(zhuǎn)速反饋信號，如果2個測速信號同時在運行中損壞(小概率事件)，則無法達到要求的保護功能，并且該方案需要加裝的外部設(shè)備較多，費用也比方案一高。

3.1.3 方案三

方案三是方案二的延伸，但是是對方案二的簡化，主要在集控室的分散控制系統(tǒng)(DCS)中對瞬時反饋量進行甄別，即當(dāng)集控室發(fā)出啟動給煤機指令并接到給煤機就地控制系統(tǒng)皮帶電動機運行的回復(fù)信號后，延時一定時間，也可以是3～10 s，這個延時僅在剛剛啟動時需要，之后隨時監(jiān)測瞬時反饋信號，一旦為0并且就地控制系統(tǒng)回復(fù)的皮帶電動機運行的信號仍然正常，則DCS發(fā)出停止信號停運給煤機。該方案的優(yōu)點是比較簡單，不需要增加外圍線路，只需要在DCS增加1個判別組態(tài)及少量I/O接點，費用也較低，但是通過查閱該電廠的圖紙時發(fā)現(xiàn)就地控制系統(tǒng)沒有給煤機皮帶電動機運行正常的信號(給煤機技術(shù)規(guī)范常規(guī)要求輸出的信號、皮帶電動機運行正常信號)輸出，在該系統(tǒng)中只能借用變頻器的RUNNING信號來替代給煤機皮帶電動機運行正常信號；該方案的缺點在于僅對給煤機轉(zhuǎn)速信號消失進行了保護，通過對比該電廠目前的給煤機控制系統(tǒng)與常規(guī)的給煤機控制系統(tǒng)的要求，發(fā)現(xiàn)缺失的信號還有很多，如果需要增加其他將來可能發(fā)現(xiàn)的故障保護設(shè)備，需要重新考慮方案，而前2個方案可以直接在PLC上進行擴展。

以上3個方案均可以對給煤機控制中出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速反饋消失進行保護，技術(shù)也不復(fù)雜，用戶可自己完成，這些方案也有各自的局限性，電廠可根據(jù)自身機組的要求自主選擇。

3.2 給煤機計量失準(zhǔn)改進

對于給煤機計量失準(zhǔn)的問題，解決方案是采用模擬實煤校驗的方法，即通過在皮帶上計量已知質(zhì)量的砝碼進行比對，通過計算得出實際產(chǎn)生的誤差，以此反推出校驗數(shù)據(jù)的偏差，并逐步修正，得到正確的校驗數(shù)據(jù)，使給煤機能夠在正確的數(shù)據(jù)下運行，得到相對準(zhǔn)確的計量，作為原先技術(shù)性能先天不足的一些彌補[4]，方法[5]如下：

(1) 挑選數(shù)十個能夠仿真與實際物料相似輸送狀況的砝碼(準(zhǔn)確度達到M級)。

(2) 記錄給煤機控制系統(tǒng)顯示的累計量(初值)，然后將砝碼逐個放入運行中的稱重式給煤機入口輸送帶上。

(3) 當(dāng)砝碼全部通過給煤機輸送帶后，記錄在給煤機控制系統(tǒng)顯示的累計量(終值)。

(4) 根據(jù)終值與初值的差和真值(所有砝碼的總質(zhì)量)比較，可得給煤機確切的計量誤差。

(5) 根據(jù)該誤差，通過運算逐步修正給煤機定度得到控制參數(shù)。

4 結(jié)語

通過對該電廠給煤機實際運行情況的調(diào)研和考察，得出采用流量積算儀的給煤機控制系統(tǒng)在實際運行中有諸多不適應(yīng)給煤機這個特殊設(shè)備的缺陷，結(jié)合實際情況實際分析，可以通過采用外掛功能補丁的方式針對性地解決該問題。由于采用流量積算儀系統(tǒng)控制的給煤機在整個電力市場有著一定的占有率，因此該電廠的給煤機運行中出現(xiàn)的問題具有一定的代表性，解決該問題對其他類似的給煤機控制系統(tǒng)具有一定的借鑒性。