大型火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行輔機(jī)跳閘控制的探討

沈彬 趙陽(yáng) 徐小雷 王文鑫

摘? 要：該文闡述了大型火電機(jī)組低負(fù)荷輔機(jī)跳閘摸底試驗(yàn)的開展過程，對(duì)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行了分析，找出了低負(fù)荷輔機(jī)跳閘的特點(diǎn)以及當(dāng)前控制機(jī)制的不足之處。在此基礎(chǔ)上，圍繞風(fēng)機(jī)、制粉系統(tǒng)兩大輔機(jī)的優(yōu)化跳閘控制方式進(jìn)行了分析，并對(duì)此種優(yōu)化方式是否具備實(shí)用價(jià)值展開了結(jié)果論證。最終結(jié)果表明，該文基于大型火電機(jī)組低負(fù)荷工況下輔機(jī)跳閘發(fā)生原因而提出的解決方式具備可行性。

關(guān)鍵詞：大型火電機(jī)組? ?低負(fù)荷運(yùn)行輔機(jī)? ?跳閘控制? ?風(fēng)機(jī)? ?制粉系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）07（c）-0034-03

Abstract： This paper describes the development process of low load auxiliary tripping test in large thermal power units， analyzes the relevant results， and finds out the characteristics of low load auxiliary tripping and the shortcomings of the current control mechanism. On this basis， the optimal trip control mode of fan and pulverizing system is analyzed， and the practical value of this optimization mode is demonstrated. The final results show that the solution proposed in this paper based on the causes of auxiliary machine trip under low load conditions of large thermal power units is feasible.

Key Words： Large thermal power unit; Low load operation auxiliaries; Trip control; Fan; Pulverizing system

火力發(fā)電機(jī)組是指以煤炭、油類、可燃?xì)怏w等作為燃料，在燃燒的過程中釋放化學(xué)能，將之轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，進(jìn)而對(duì)鍋爐內(nèi)的水進(jìn)行加熱[1]。當(dāng)水轉(zhuǎn)變成水蒸氣之后，通過加壓的方式，引動(dòng)蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最終轉(zhuǎn)化為電能，完成發(fā)電。目前，我國(guó)大型火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行輔機(jī)的跳閘控制水平不甚理想，需圍繞優(yōu)化控制方式進(jìn)行討論。

1? 大型火電機(jī)組低負(fù)荷輔機(jī)跳閘摸底試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

此次試驗(yàn)的主要目的在于：第一，探明低負(fù)荷工況運(yùn)行狀態(tài)下，大型火電機(jī)組輔機(jī)一旦出現(xiàn)跳閘情況，將會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生何種影響。第二，目前使用的低負(fù)荷工況輔機(jī)跳閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)際效果[2]。此次用于試驗(yàn)的機(jī)組當(dāng)量達(dá)到500 MW。

1.2 試驗(yàn)相關(guān)過程及結(jié)果分析

1.2.1 試驗(yàn)相關(guān)過程

此次試驗(yàn)開展過程中，風(fēng)機(jī)、給水泵均進(jìn)行雙側(cè)運(yùn)行，主要開展風(fēng)機(jī)（包含送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)）和制粉系統(tǒng)的跳閘試驗(yàn)。具體內(nèi)容為：第一，實(shí)驗(yàn)開始前，準(zhǔn)備5臺(tái)中速磨煤機(jī)、整個(gè)機(jī)組的負(fù)荷控制在500 MW，遠(yuǎn)小于機(jī)組額定負(fù)荷。第二，跳閘的發(fā)生均由技術(shù)人員手動(dòng)控制（即在保持輔機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，由技術(shù)人員通過切斷電源等方式，迅速使目標(biāo)輔機(jī)設(shè)備跳閘）。第三，自動(dòng)化輔機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)正常啟動(dòng)，在跳閘（技術(shù)人員手動(dòng)）發(fā)生后，自動(dòng)控制系統(tǒng)后續(xù)發(fā)生的所有自主調(diào)節(jié)過程均不再施加人工干預(yù)，無論出現(xiàn)什么樣的調(diào)整均由系統(tǒng)自主運(yùn)轉(zhuǎn)而決定。

1.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

大型火電機(jī)組輔機(jī)設(shè)備在500 MW的低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行的常態(tài)參數(shù)、制粉系統(tǒng)跳閘后、送/引風(fēng)機(jī)跳閘后、一次風(fēng)機(jī)跳閘后的各項(xiàng)參數(shù)對(duì)比情況如表1所示?？傮w而言，制粉系統(tǒng)、送/引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)跳閘之后，機(jī)組當(dāng)前總負(fù)荷并未出現(xiàn)明顯變化，變化上限為525.25 MW，下限低至492.90 MW，均處于安全范圍內(nèi)。此外，根據(jù)表1下方備注情況可知，某些參數(shù)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)驟然發(fā)生較大變化，但平均值與正常值相比幾乎不存在任何差異。該結(jié)果表明，即使某項(xiàng)參數(shù)發(fā)生了巨大的變化，但此種變化會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速衰減，故對(duì)均值造成的影響幾乎可以忽略不計(jì)。

造成該試驗(yàn)相關(guān)結(jié)果的主要因素可能出現(xiàn)在如下方面：第一，輔機(jī)跳閘后的負(fù)荷變化過程變化趨勢(shì)不明顯，是因?yàn)闄C(jī)組原本便處于低負(fù)荷的工況之下，如風(fēng)煙系統(tǒng)中，單側(cè)風(fēng)機(jī)即使跳閘，其余風(fēng)機(jī)依然能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并保證機(jī)組的整體運(yùn)行不受影響。第二，由表1可知，制粉系統(tǒng)跳閘之后，對(duì)機(jī)組負(fù)荷造成的波動(dòng)最大（相較于風(fēng)機(jī)而言）。可能原因?yàn)椋禾幱诘拓?fù)荷工況狀態(tài)下，單套制粉系統(tǒng)占據(jù)的燃料量比例較大，一旦跳閘，產(chǎn)生的損失也較大，故對(duì)機(jī)組整體負(fù)荷造成的影響也較大。

2? 大型火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行輔機(jī)跳閘控制優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 低負(fù)荷風(fēng)機(jī)的跳閘控制策略

根據(jù)上文試驗(yàn)結(jié)果以及對(duì)RB控制模式進(jìn)行綜合思考后，該文在低負(fù)荷工況下，風(fēng)機(jī)跳閘控制方面提出一種新的流程。具體而言：第一，初始狀態(tài)的第一次判定內(nèi)容保持不變，即“對(duì)側(cè)風(fēng)機(jī)出力是否提升”，如果判定為“是”，則應(yīng)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行如下調(diào)整：（1）即刻對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行整體（超馳）控制;（2）根據(jù)運(yùn)行工況、動(dòng)態(tài)超馳實(shí)際情況，對(duì)風(fēng)機(jī)開度進(jìn)行提升處理;（3）調(diào)節(jié)參數(shù)，并根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際工況完成對(duì)PID參數(shù)的調(diào)整。上述環(huán)節(jié)完成后，針對(duì)判定“對(duì)側(cè)風(fēng)機(jī)出力是否提升”的“是”判定的處理宣告完成，之后的處理機(jī)制與判定為“否”的機(jī)制完全一致。第二，判定為“否”后，需要將協(xié)調(diào)控制方式切換為“汽機(jī)跟隨模式”，之后應(yīng)保持鍋爐側(cè)的出力狀態(tài)不變，對(duì)汽機(jī)側(cè)進(jìn)行氣壓控制，使跳閘后機(jī)組的主要參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)逐漸穩(wěn)定，并逐漸恢復(fù)至跳閘前的狀態(tài)[3]。

由于運(yùn)行狀態(tài)處于低負(fù)荷工況，故當(dāng)輔機(jī)跳閘時(shí)，整個(gè)機(jī)組的出力情況幾乎不會(huì)受到影響。由此導(dǎo)致的后果是，低負(fù)荷工況的常規(guī)RB控制機(jī)制不會(huì)被觸發(fā)。以此為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，因?yàn)榈拓?fù)荷段多個(gè)參數(shù)的穩(wěn)定性不足，且在跳閘時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的變化，故會(huì)對(duì)機(jī)組的整體運(yùn)行產(chǎn)生影響。因此，需要仿照高負(fù)荷工況跳閘時(shí)的RB控制機(jī)制進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)整。具體而言，輔機(jī)跳閘后，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)后，需要在第一時(shí)間將鍋爐方面的控制從“自動(dòng)”轉(zhuǎn)換為“人工”，并維持當(dāng)前的出力情況不變[4]。

2.2 制粉系統(tǒng)跳閘控制策略

根據(jù)表1顯示的數(shù)據(jù)可知，在低負(fù)荷工況下，制粉系統(tǒng)跳閘后，對(duì)機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)造成的影響最大。但有資料顯示，如果在高負(fù)荷工況下，制粉系統(tǒng)跳閘后對(duì)機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)造成的影響卻最小。造成此類差異的直接原因在于：在高負(fù)荷工況下，同時(shí)投入使用的制粉設(shè)備數(shù)量較多，其中一臺(tái)設(shè)備（一個(gè)子系統(tǒng)）跳閘時(shí)，燃料量方面的損失的整體占比較低;而在低負(fù)荷工況下，同時(shí)投入使用的制粉設(shè)備數(shù)量可能僅有2～3臺(tái)，故其中一臺(tái)出現(xiàn)跳閘情況時(shí)，燃料量可能瞬間損失1/3～1/2的占比，故對(duì)機(jī)組設(shè)備整體產(chǎn)生的影響較大[5]。明確原因之后的制粉系統(tǒng)跳閘控制策略在于：（1）必須保證制粉系統(tǒng)出力效果不變;（2）使用邏輯連鎖投運(yùn)底層油槍，幫助輔助穩(wěn)燃[6]。

3? 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上文所述的方式對(duì)大型火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行工況下的輔機(jī)跳閘控制機(jī)制進(jìn)行調(diào)整后，最終結(jié)果顯示（送風(fēng)機(jī)跳閘）：負(fù)荷、主汽壓、主汽溫等參數(shù)在跳閘前后的具體數(shù)值，經(jīng)過SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件行比對(duì)處理后，P>0.5，表明所有參數(shù)的差異極小，沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。由此可見，該文所述的控制調(diào)整方式具備可行性。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸陸，韓峰，鐘文晶，等.大型火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行輔機(jī)跳閘控制策略研究[J].自動(dòng)化儀表，2020，41（11）：70-75.

[2] 吳啟光.火電機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行特性及節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)分析[J].電力設(shè)備管理，2020（2）：70-71，96.

[3] 劉曉慧.火電機(jī)組超低負(fù)荷運(yùn)行穩(wěn)定性分析及控制系統(tǒng)優(yōu)化[D].北京：華北電力大學(xué)，2018.

[4] 虞國(guó)平，張新勝，屠海彪，等.火電機(jī)組深度調(diào)峰工況輔機(jī)安全控制技術(shù)研究[J].浙江電力，2021，40（2）：85-90.

[5] 孔祥華.火力發(fā)電廠重要輔機(jī)油站電源可靠性分析與改造[J].神華科技，2018，16（2）：43-44，51.

[6] 陳歡樂，歸一數(shù)，費(fèi)章勝，等.火電機(jī)組低負(fù)荷磨組運(yùn)行方式及控制優(yōu)化[J].鍋爐技術(shù)，2020，51（6）：63-67.