亚临界火电机组RB控制策略分析及优化.doc

文章编号： 中图分类号：TP273 文献标识码：B 学科代码：081101亚临界火电机组RB控制策略分析及优化高春雨 周倩 杨尚华北电力科学研究院 热控技术研究所，北京 100045摘要：本文较全面地介绍了亚临界火电机组RB的控制策略；以某电厂300MW机组为例，系统分析了该机组RB控制策略及难点，提出了相应优化方案，经RB试验成功证明该方案能使机组在发生辅机故障时稳定快速减负荷，为亚临界机组RB控制策略设计提供了具有参考意义的理论基础和实践经验，对同类型机组有很好的借鉴意义。关键词：亚临界、火电机组、RB控制RB control strategy analysis and optimization of sub-critical thermal power unitsGAO Chunyu, ZHOU Qian, YANG ShangNorth China Electric Power Research Institute, Beijing 100045, China4Abstract: The paper comprehensive described the sub-critical thermal power units RB control strategy; Take 300MW power plant unit for example, analyse the difficulties of the unit RB control strategy, and present the optimization program be successfully proved that the unit has a steady and rapid load shedding in the RB test. The paper provide comprehensive theoretical and practical base for sub-critical thermal power units RB control strategy and problem identification of the sub-critical thermal power units.Key words: Subcritical Unit; Fire-power plant; Run-back control1 引言辅机故障减负荷1（Runback, RB）即当机组发生部分主要辅机故障跳闸，使机组最大出力低于给定负荷时，机组协调控制系统（Coordinated Control System, CCS）能将机组负荷快速降低到实际所能达到的响应出力，并能控制机组在允许参数范围内的过程。在电网调度及火力发电机组自动控制大量应用的今天，RB控制策略水平直接影响着机组的安全稳定运行，并同时影响着电网的安全运行。因此，RB功能试验是所有火电机组投产前需要完成的重要涉网试验，拥有完善RB功能的机组在自动化水平、机组安全稳定运行、辅机故障后系统恢复、维护电网安全稳定等多方面性能均显著提高。目前，我国火力发电机组分为亚临界、超临界和超超临界三种类型，根据机组运行方式的不同RB控制对象特性及控制策略均有很大不同，因此本文以某火力发电厂300MW亚临界机组为例专门针对亚临界汽包炉火电机组的RB控制策略及控制难点进行了分析及优化，试验证明优化后的RB方案能使机组在发生故障时快速安全减负荷。2 机组概况某火力发电厂300MW机组，锅炉为哈尔滨锅炉有限责任公司生产的亚临界参数、HG-1025/17.5-YM型控制循环汽包锅炉，锅炉型式为型、亚临界、一次中间再热、单炉膛平衡通风、燃煤、固态排渣、汽包炉，配备五台磨煤机，锅炉紧身封闭布置，全钢架悬吊结构；汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的C250/N300-16.7/538/538/0.40型、亚临界蒸汽参数、一次中间再热、单轴、二缸双排汽、单抽供热、凝汽式机组；机组旁路为ROTORK公司生产的30%高、低压两级串联旁路，所有控制功能纳入DCS，阀门电动控制；发电机为哈尔滨汽轮发电机有限公司制造生产，型号为QFSN-300-2型，采用水、氢、氢冷却方式；主蒸汽及主给水系统采用单元制,每台机组配备1台100BMCR容量的汽动给水泵和1台50BMCR容量的电动调速给水泵。一台汽动给水泵为正常运行，一台电动调速给水泵作为启动和备用；DCS为日立H-5000M控制系统。3 RB控制策略机组设计RB逻辑的主要目的是当机组主要辅机发生故障时，为维持锅炉允许出力, 必须使机组快速自动降负荷，同时保证主要调节系统工作正常，维持机组主要参数在允许范围内。火电机组2RB类型主要包括送风机RB、引风机RB、一次风机RB、磨煤机RB、给水泵RB等。其中，送、引风RB同侧联锁跳闸，任意RB均自上而下跳闸磨煤机，因此本机组RB试验进行了送、引风机RB，一次风机RB和给水泵RB三类。下面分别从本机组RB触发条件、动作、复位三方面进行介绍。RB触发条件：机组在协调控制方式，三台以上磨煤机运行，负荷大于180MW（RB触发负荷应根据机组单台辅机最大出力试验而定），RB功能投入，当单台辅机故障跳闸时触发RB。RB触发动作：协调切至机跟随方式；磨煤机自上而下跳至保留三台磨运行；送、引风机RB及一次风机RB压力控制方式切至定压方式，给水泵RB切至滑压方式运行；送、引风RB总燃料指令输出降至50负荷对应燃料量，降燃料速率为180t/Min，一次风及给水泵RB总燃料指令输出降至45负荷对应燃料量，降燃料速率为240t/Min；RB过程中运行人员应严密监视汽包水位、炉膛负压及主气温等重要参数。RB复位条件：实际负荷小于160MW或RB触发一分钟后允许手动复位。4 RB难点及控制策略优化在亚临界机组中，RB工况下的炉膛压力和汽包水位是重要的被控对象，也是控制的难点，在RB工况快速减负荷过程中这两个参数的平稳控制，是RB功能成功的关键。由于RB工况和非RB工况被控对象特性有很大不同，因此控制回路PID参数应根据RB与非RB工况设计为变参。RB触发后应适当加强机主控调节参数，让调节更为迅速，更利于维持汽包水位稳定。下面对本机组三种RB工况分别进行分析。1. 送风机RB和引风机RB。控制重点是维持炉膛压力稳定。由于送、引风机联锁逻辑中设计有风机跳闸时互为联跳同侧引、送风机逻辑，风量配比合适，从而使 RB触发时通过跳闸磨煤机快速减负荷对炉膛压力的影响大为降低，对机组稳定运行影响不大，如图1所示。总风量控制中设定值函数的选取对RB的成功很关键。若选取代表机组负荷的主蒸汽流量或者电负荷作为总风量设定值函数的参量，对机组动态及稳态运行均有益处，机组运行稳定，但RB发生时总风量设定值下降缓慢，使单台风机动叶开大，配风增多，炉膛压力会同时波动（机组维持正压运行时间长），影响机组稳定经济运行；若选取总燃料量作为总风量设定值函数的参量，在RB发生时总风量设定值动作快速，总风量能很快下降，风机调节裕量增大，有利机组快速稳定，但对机组日常的动态及稳态运行不利（煤质变化引起机组参数波动）。综上，送、引风RB控制逻辑可优化为：将总风量设定值逻辑设计为正常工况时通过主蒸汽流量给定；RB工况时通过总燃料量给定，需经过一阶惯性环节进行合理滤波，如图2所示总风量设定逻辑。同时要对风机动叶指令限幅，避免过流保护动作，注意平衡指令逻辑造成调节过饱和。图1 引风机控制逻辑示意图图2 送风机控制逻辑示意图2. 一次风机RB一次风母管压力在短时间内快速下降，粉管内的大量煤粉无法正常有效吹出，造成炉膛热负荷瞬间降低，是对炉膛压力影响最大的RB过程。一次风RB的控制重点在于维持一次风母管压力的同时稳定炉膛压力，通过设计一次风动叶超驰开回路和炉膛压力优降回路解决，如图3所示优降逻辑。超驰开回路的设定值是负荷的函数，同时对风机动叶指令进行限幅，避免过流保护动作；炉膛压力优降回路的设定值也是负荷的函数，意在当一次风RB触发时，优先将引风机动叶超驰下降一定开度，以克服由于炉膛热负荷降低对炉膛压力的影响。同时一次风系统的相关联锁逻辑要动作正确，设备动作的快速性同样关键，包括冷一次风门、联络风门、风机出口挡板、风机动叶等，为维持一次风压，一次风RB时不联开联络门。如果是轴流风机，注意防止风机失速。如果风机设计裕量小，可考虑增加跳磨台数，缩短跳磨时间，联投油枪。图3 一次风机控制逻辑示意图3. 给水泵RB本机组给水系统采用一台100汽动给水泵和一台50电动给水泵的方式进行控制，启动及低负荷阶段采用电动给水泵给水，高负荷时汽动给水泵投入运行，配有30给水旁路系统。此给水系统只有一种给水泵RB模式，当汽泵跳闸联启电泵时，锅炉给水流量快速下降（相当于100甩负荷），汽包水位也同时快速下降，考虑汽包水容积一定，维持汽包水位异常困难。给水泵RB的控制重点是维持汽包水位，保证给水系统的输入输出平衡也即给水流量和主蒸汽流量的平衡。给水泵RB动作时，给水系统输入输出严重失衡，必须保证汽包的容量（到达汽包水位低保护前的值）满足给水系统物料不平衡的消耗，汽包水容积一定，缩短物料不平衡时间是给水泵RB成功的关键。考虑以上问题，逻辑优化设计了给水泵RB时自动加勺管功能（电泵特性限制了超驰回路的应用，注意速率和限幅防止过流）、自动投汽包水位自动逻辑功能（给水泵RB时，当汽包水位回到一定范围，自动投入汽包水位自动）。快速增加给水流量的同时更要兼顾快速减少主蒸汽流量的消耗，机前压力采取定滑压逻辑设计，使汽轮机主汽门快速回关，快速降负荷（电泵对汽包压力高引起上水困难要求不高）。此外还需注意电泵投备用勺管联启位置的确定问题，密切关注电泵电流及电泵推力瓦温度变化，同时增加炉膛压力优降回路。图4 给水泵RB逻辑示意图5 机组RB试验2011年7月5日6日，分别对#1、#2机组进行了送、引风机，一次风机，给水泵RB试验。在试验前，协调控制系统及各分控制系统均经过认真调试，投入生产。自动投入率100%，各模拟量控制系统调节品质优良，经受了生产各种工况的检验。下文仅以#1机组试验为例进行图例说明。1. 送风机RB和引风机RB11:30运行人员就地按事故按钮停A送风机，A送风机停后，机组协调控制方式由炉跟机协调自动切至机跟随方式，机组负荷由289.3MW以360MW/MIN的速度降至150MW，8分钟后趋于稳定，试验曲线如图4。图4 送、引风机RB趋势图(图中曲线序号与图下方中文相对应，如曲线1为炉膛负压值，2为汽包水位三取中值)2. 一次风机RB21:30运行人员就地事故按钮停A一次风机，A一次风机停后，机组协调控制方式由炉跟机协调自动切至机跟随方式，机组负荷由299.7MW以480MW/MIN的速度降至160MW，6分钟后趋于稳定，试验曲线如图5。图5 一次风RB趋势图3. 给水泵RB22:25运行人员手动打闸汽动给水泵，机组协调控制方式由炉跟机协调自动切至机跟随方式，机组负荷由294.3MW以480MW/MIN的速度降至160MW，9分钟后趋于稳定，试验曲线如图6。图6 给水泵RB趋势图在以上各项试验中，机组始终处于协调运行方式，RB工况无需运行人员进行干预，达到了机组在辅机意外跳闸时自动安全快速减负荷的目的。为机组运行的安全性和稳定性提供了保障，成功完成了试验。6 结论本文以亚临界汽包炉机组为例，对RB试验难点进行了系统分析并提出了控制策略优化方案，优化后的控制策略完善了RB功能，提高了机组自动化水平，使机组在发生辅机故障时能稳定快速