優(yōu)化330MW 亞臨界火電機組協(xié)調(diào)控制策略的探討與實施

徐坤

（華電淄博熱電有限公司，山東 淄博 255000）

1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分析

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS），是指機組利用分散控制系統(tǒng)的邏輯回路協(xié)調(diào)汽輪機、鍋爐保持高度一致，向鍋爐主控、汽輪機主控分別傳遞指令，保持跟蹤自動發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC）發(fā)出的功率指令，并且維持機組重要參數(shù)運行在正常范圍內(nèi)的系統(tǒng)。

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運行方式包括手動方式、汽輪機跟隨（TF）、鍋爐跟隨（BF）、機爐協(xié)調(diào)控制等四種方式。從機組能量平衡角度對協(xié)調(diào)控制方案進行分類，可分為為間接能量平衡（IEB）和直接能量平衡（DEB）兩種。由于IEB 控制策略采用定壓運行，當主汽壓力偏差較大時，僅依靠鍋爐主控無法在短時間內(nèi)維持壓力，因此需要犧牲負荷兼顧主汽壓力，其本身特點決定了響應(yīng)能力差，存在控制滯后的問題。

直接能量平衡控制是將功率偏差和能量偏差同時送到汽機主控和鍋爐主控控制器。能量偏差信號是由汽機側(cè)能量需求與鍋爐側(cè)熱量信號偏差得到的。

其中：P1 為調(diào)節(jié)級壓力；

PT為主汽壓力；

PS為主汽壓力設(shè)定值；

Pd為汽包壓力；

C 為鍋爐蓄能系數(shù)。

Pd汽包壓力的微分能夠提前反應(yīng)鍋爐內(nèi)部熱量的變化，即蓄能還是放熱。調(diào)節(jié)級壓力P1 在負荷升、降變化過程中與機組輸出功率成正比，可以代表汽輪機DEH 調(diào)閥的開度。因為能量需求和熱量信號是由多個信號源構(gòu)造的，因此直接能量平衡方案需要整定的參數(shù)較多并且調(diào)試難度較大，但熱量信號在相位上比主蒸汽壓力信號超前，可以達到超前控制的目的。

2 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)與AGC 控制

根據(jù)山東省發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細則要求，對AGC 機組的考核包括AGC 可用率考核和AGC 性能考核兩部分。AGC 考核指標包括可用率指標KA、調(diào)節(jié)性能指標K1（調(diào)節(jié)速率）、K2（調(diào)節(jié)精度）、K3（響應(yīng)時間）。

機組月度調(diào)節(jié)性能指標K1、K2、K3參數(shù)采用分項單獨考核，若參數(shù)大于設(shè)定值1，則免于考核；若參數(shù)小于1，則按照參數(shù)大小進行考核。每次AGC 動作調(diào)節(jié)性能KP用于衡量AHC 機組調(diào)節(jié)過程中性能的好壞，其計算公式為：

KP=K1×K2×K3

AGC 調(diào)節(jié)存在主要問題：

某330MW 機組為亞臨界參數(shù)汽包爐，自然循環(huán)，單爐膛，一次中間再熱。汽機采用東方汽輪機廠生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、三缸兩排氣、高中壓分缸、雙抽可調(diào)、凝汽式汽輪機。

機組采用GE 新華XDPS-400e 系統(tǒng)，DCS 與DEH 一體化設(shè)計。閉環(huán)控制系統(tǒng)包括鍋爐和汽機主控為基礎(chǔ)的機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、汽包水位三沖量控制系統(tǒng)、爐膛壓力控制系統(tǒng)、磨煤機料位控制等。

目前該機組AGC 控制方面主要存在以下問題：

（1）AGC 指標較低。查閱AGC 投入指標，K1、K2值偏低，反映了機組調(diào)節(jié)精度和調(diào)節(jié)速率不滿足要求。機組負荷指令和發(fā)電機功率經(jīng)RTU 與DCS 傳輸通訊，由于信號偏差造成精度降低，影響AGC 指標。

由于RTU 無法實現(xiàn)實時參數(shù)顯示和歷史數(shù)據(jù)查詢，因此解決信號偏差問題需在DCS 側(cè)增加AGC 指令修正函數(shù)，通過與調(diào)度核對指令和機組功率反饋，設(shè)置函數(shù)參數(shù)，使其抵消信號偏差導(dǎo)致的精度降低的問題。

（2）主汽壓力控制超調(diào)。由于機組運行工況和煤質(zhì)的影響，主汽壓力升壓滿。主汽壓力長時間低于設(shè)定壓力，導(dǎo)致總?cè)萘匡L指令不斷增加至上限。由于鍋爐主控繼續(xù)增加容量風門開指令,造成指令繼續(xù)累積。期間大量燃料進入爐膛，增加了鍋爐蓄能。當機組負荷快速減小，造成燃料過剩，主蒸汽壓力快速上升，造成爐側(cè)超壓。

機組AGC-R 模式運行，負荷250MW，主蒸汽流量762t/h，一次風壓力7.5kPa，主汽壓力設(shè)定值14.76MPa, 實際主汽壓力為14.8MPa，機組滑壓運行(壓力設(shè)定值跟蹤主蒸汽流量自動設(shè)定），給煤量115t/h，壓力變化率為0MPa/min，燃料供給平衡，主汽壓力穩(wěn)定。

機組負荷升至321MW 后開始下降。主汽壓力設(shè)定值跟蹤主蒸汽流量逐漸升高。實際主汽壓力變化率為-0.1MPa/min,呈緩慢下降趨勢。機組負荷降至302MW，主汽壓力設(shè)定值升至16.1MPa。機組負荷降至297MW，主汽壓力設(shè)定值15.8MPa，實際壓力17.02MPa，壓力變化率升至0.54MPa/min(最高）后開始下降。主蒸汽壓力繼續(xù)升至18.08MPa，PCV 閥動作，主汽壓力開始下降。

3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化策略

單元機組的負荷控制由CCS 完成，CCS 通過改變鍋爐的燃料率和汽機調(diào)門開度來完成對負荷和主汽壓調(diào)節(jié)。為使機組AGC 控制負荷考核指標，需根據(jù)機組AGC 指標和運行情況對汽機主控和鍋爐主動邏輯進行完善。

3.1 鍋爐主控優(yōu)化（PID 超調(diào)、一次風滑壓曲線）

3.1.1 一次風壓自動邏輯優(yōu)化。一次風的作用是為制粉系統(tǒng)提供與風粉比合適壓力的一次風，一次風壓力母管壓力的設(shè)定值是根據(jù)不同工況下熱一次風母管壓力合適的要求范圍進行設(shè)置。影響磨煤機出力的因素除了容量風門開度外，還有一次風量的調(diào)節(jié)。由于一次風量調(diào)節(jié)響應(yīng)較慢，運行人員在機組燃料調(diào)整時，采用手動設(shè)置一次風自動目標值。因此在機組燃料負荷快速變化的工況下，如果不能及時改變一次風量，易造成一次風與容量風開度的不匹配。為提高一次風壓與機組負荷變化的及時調(diào)整，達到快速響應(yīng)負荷的目的，增加一次風滑壓曲線，采用容量風門平均開度作為參考值。減小運行人員操作頻次，提高變負荷工況下，鍋爐燃料調(diào)整效率。根據(jù)試驗結(jié)果，為保證安全運行，其最低風壓設(shè)定值為7kPa。

優(yōu)化后一次風壓設(shè)定值生成邏輯采用機組容量風指令均值，通過容量風指令反映機組磨煤機運行情況和鍋爐燃料量，見圖1。

圖1 優(yōu)化后一次風壓自動調(diào)節(jié)邏輯組態(tài)圖

優(yōu)化后，一次風壓跟蹤容量風門開度自動增減，可實現(xiàn)負荷的快速響應(yīng)，穩(wěn)定壓力。

3.1.2 鍋爐指令控制邏輯優(yōu)化。燃料主控采用串級PID 控制，通過計算鍋爐熱量需求和熱量信號偏差，通過主控PID 輸出鍋爐主控指令。鍋爐主控指令與總?cè)萘匡L反饋的偏差輸入副控PID，得到燃料主控指令，經(jīng)過平均分配模塊控制每臺容量風門開度，見圖2。

圖2 鍋爐指令控制邏輯SAMA 圖

當進入爐膛的燃料熱量較低，機組負荷升高時，負荷調(diào)整出現(xiàn)幾個階段：（1）負荷上升初期，鍋爐熱量指令大于熱量信號，主汽壓力長時間設(shè)定壓力，鍋爐主控PID 輸出持續(xù)增加，容量風門開度增加，鍋爐燃料增加；（2）鍋爐燃料指令達到上限，容量風門開度至最大，由于鍋爐熱量持續(xù)建立，鍋爐熱量指令仍大于熱量信號，鍋爐主控PID 持續(xù)增加，出現(xiàn)“積分飽和”現(xiàn)象；（3）隨著燃料累計，鍋爐熱量信號與鍋爐熱量指令一致，鍋爐主控PID 指令出現(xiàn)“調(diào)頭”下降，由于前段時間的“積分飽和”現(xiàn)象，燃料主控指令未調(diào)整，容量風門仍在全開位；（4）隨著鍋爐主控指令持續(xù)降低，燃料指令開始減少，容量風門開始關(guān)小，由于前期加入了過量燃料，導(dǎo)致主汽壓力迅速升高，導(dǎo)致PVC 閥動作，鍋爐過熱器壓力高報警。

為避免CCS 調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)超壓情況，對燃料主控指令進行優(yōu)化：一是增加磨煤機運行臺數(shù)對應(yīng)鍋爐主控指令上限邏輯，經(jīng)過磨煤機最大處理試驗確定，磨煤機容量風指令為66.74%時，達到最大出粉能力。因此當三臺磨煤機運行時，鍋爐主控指令限值應(yīng)設(shè)置為200；當兩臺磨煤機運行時，其鍋爐主控指令上限應(yīng)為145。二是增加鍋爐主控PID 閉鎖增功能，當鍋爐主控指令達到磨煤機運行臺數(shù)對應(yīng)的上限時，閉鎖PID 指令增加，消除“積分飽和現(xiàn)象”，當鍋爐出現(xiàn)滿負荷時，不再增加PID 輸出指令，避免當負荷指令降低時，由于PID 輸出大于實際主控指令，導(dǎo)致給煤量未及時調(diào)整，大量燃料進入爐膛，引起機組超壓。

優(yōu)化后，控制邏輯圖如圖3。

圖3 鍋爐主控PID 閉鎖邏輯組態(tài)圖

3.2 汽機主控優(yōu)化（閉鎖負荷率）

主汽壓力偏差反映機組熱量信號和負荷調(diào)整之間的對應(yīng)關(guān)系。當主汽目標值持續(xù)與實際壓力存在偏差時，機組負荷連續(xù)調(diào)整，影響CCS 系統(tǒng)穩(wěn)定性。設(shè)計增加主汽壓力目標值與實際壓力偏差大于1.5MPa，閉鎖負荷變化率邏輯，可有效保證機組穩(wěn)定性要求。

4 結(jié)論

通過增加一次風壓滑壓控制曲線、鍋爐主控調(diào)節(jié)上限和閉鎖邏輯、機組負荷變化率閉鎖邏輯，不斷改善機組負荷響應(yīng)能力和控制機組壓力的可靠性。使機組的協(xié)調(diào)系統(tǒng)更加適應(yīng)不同工況下快速完成爐、機能量需求的平衡控制，有效提升了機組協(xié)調(diào)控制穩(wěn)定性，避免了機組超壓等不安全事件發(fā)生。