600MW发电机组RB控制优化及应用.doc

（题 目: 600MW发电机组RB控制优化及应用目 录第一章 绪 论11.1 问题的提出11.2 国内外的研究情况21.3 主要进行的工作2第二章 RB控制策略优化及试验方案的研究42.1 RB功能的介绍42.2 RB的动作机理42.3 影响RB功能的几点原因及其分析52.3.1硬件设备方面的影响52.3.2控制策略的合理性分析62.3.3参数调整的适宜性分析62.3.4 运行方式不合理72.4 RB控制功能的优化研究72.4.1主汽压力的控制方式72.4.2 燃烧控制系统92.4.3协调控制系统102.4.4 汽温控制问题112.4.5 RB对煤质变化的适应性控制逻辑112.4.6 送、引风机RB132.4.7 给水泵RB162.4.8 一次风机RB172.4.9 凝汽器背压RB182.4.10与其他系统接口的研究212.5 RB控制逻辑实现222.5.1 RB目标负荷产生回路222.5.2 RB启动(激活)以及速率限制232.5.3 协调控制方式切换242.5.4 相应联锁功能完善242.5.5 RB结束回路252.5.6信号跟踪处理25第三章 现场试验263.1试验条件263.2 试验方法263.3 RB试验的步骤及方法263.3.1 试验项目的确定263.3.2 各辅机RB的最大出力的确定263.3.3 确定RB速率273.3.4 进行实际RB试验273.3.5 试验的安全措施273.4 现场试验及分析273.4.1托克托电厂#1机组(600MW机组)RB性能试验及分析283.4.2托克托电厂#3机组(600MW机组)RB性能试验及分析353.4.3托克托电厂#5机组(600MW机组)RB性能试验及分析403.4.4 1机组(600MW机组) 变频改造后的一次风机RB性能试验及分析45第一章 绪 论1.1 问题的提出 目前，随着电力技术进步，火电单元机组的装机容量越来越大，中国几大电网中的主力机组己由300MW逐步转化为600MW，各项运行参数的控制要求也相应提高，机组尤其是处在非正常工况下的机组，如果靠运行人员的手动操作来处理，很难实现系统的协调控制，势必会造成机组和设备的不稳定。在这种形势下，电厂用户就对机组目动调节和故障处理能力提出了更高的要求，其中RB（RUN BACK，简称RB）功能就是当机组正常运行时，突然有一台或两台主要辅机(送风机、吸风机或给水泵)发生故障跳闸的情况下，控制系统不需要人为干预，自动处理事故，能快速减负荷，使机组维持在低负荷下继续运行，保持各项参数在合理的范围内，避免机组停机、灭火而发生非计划停运。它对于提高机组的安全可靠性有非常重要的意义1 。但是目前全国范围内，真正实现该功能的电厂不是很多，而且大家对该功能的理解和认识也存在较大的区别。协调控制系统RB功能设计的目的是保证在锅炉主要辅机故障后，协调控制系统自动迫降负荷至机组所允许的预定负荷，保证机组的安全、经济、稳定运行。RB试验不仅是检验协调控制系统及其它自动控制系统的工作性能和在辅机故障跳闸后的抗干扰能力，而且通过RB试验，可以实现对对其控制回路进行逐步的参数调整和逻辑优化，使控制系统在最佳的状态下运行，实现机组的全程负荷控制。RB试验是协调控制系统乃至整个热控系统在调试及投运过程中一个综合性的重要项目2。CCS（协调控制系统）以及其它热控系统是建立在机组的不同运行工况通过不断调整、优化最终稳定运行的基础上，而RB试验则是建立在CCS及其它热控系统所有调试项目全部完成、投运正常的基础上进行。CCS的RB试验不仅对机组的整体性能及自动化水平的提高有重大的意义，而且从客观上来说具有相当的技术难度。内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司现有8组600MW机组，自动化程度较高，RB的控制功能已经投入，但是由于种种设备和技术方面的原因，该项功能还不是非常完善，只能完成快速的降负荷，保证不灭火、不停机的基本功能，但是不能保证控制系统的全程自动化。因此，组织立项对大唐托电的各机组的RB功能进行逻辑控制的优化和完善，是非常重要和必要的。1.2 国内外的研究情况 RB功能作为机组自动处理事故的重要功能之一，可以减少许多不必要的停机损失，给电厂的安全经济运行提供可靠的保障，所以在国内外各个电厂都非常重视。 从RB的研究趋势来看，主要集中在两方面，一方面就是着手于原热力系统的改造和优化，例如为改善一次风机的串风的问题，对风机的出口挡板执行器进行了电动改气动。但这方面的工作所投入的成本太高，一般情况下不容易进行；另一方面就是进行控制逻辑即软件方面的优化，这方面的投入较小，但需要进行大量的试验来验证，而且根据机组类型的不同，软件的移植性（即通用性）较差，必须根据不同的控制对象进行量体裁衣式的设计。所以总体来说RB功能的研究和实施的难度较大。现在，国内许多电厂和研究机构正在进行研究RB功能，而且部分电厂已经投入运行。但从功能的完善情况看，目前的试验自动化水平偏低，只能保证机组不灭火停机，不能达到全程自动的效果。世界上发达电厂自动化水平较高，RB功能比较完善，基本处在一种全自动的运行方式下，在机组重要辅机出现故障时，全部由RB功能自动完成，运行人员只是监视，人为干预的情况非常少3。本文中所设计的优化方案是建立在机组完全自动的情况下，既能保证在各控制系统良好的基础上，机组安全稳定地恢复到正常运行工况，又能保证机组在部分自动不正常的情况下，自动完成切磨减负荷的目的，协助运行人员稳定机组。1.3 主要进行的工作笔者通过对托克托电厂六台机组控制对象的特性进行了认真地分析和研究的基础上，组织立项对其相应的RB控制逻辑进行了优化，并在托克托电厂的三台600 MW机组进行了RB性能考核试验。试验结果证明，经过逻辑优化后，现在RB功能使热控系统能在最佳的工况下运行，从而实现机组的全程负荷控制。其功能检验了协调控制系统及其它自动控制系统工作的完好程度和性能，以及在辅机故障跳闸后的抗干扰能力。经过优化后的RB功能主要解决了以下问题:重点解决了两台汽动给水泵运行，电泵不自启情况下给水泵RB不容易成功的问题。解决了直吹式制粉系统一次风机RB容易发生磨煤机跳闸问题。同时解决了送、引风机RB时，炉膛压力下降幅度较大的问题。解决了在煤质大幅度偏离设计值时，RB不能将机组负荷准确的降到目标值的问题 笔者在这次优化中主要作了如下具体工作 针对空冷机组的运行特性，首先提出了空冷RB的设计理念，并拟将其应用到实践中。 结合现场的实际情况，对磨煤机RB功能实现的必要性进行可行性论证，并提出取消或部分取消磨煤机RB功能的大胆建议。 针对一次风机变频改造后的RB功能的实现，首先根据改造的实际情况对一次风压控制回路的PID参数进行适当的调整，必要时要对其进行超驰控制；完善一次风系统风门热控联锁保护逻辑，避免一次风从停运的一次风机反串；另外，防止一次风机变频器保护的动作是实现一次风机RB功能的主要措施和策略。 对机组RB对煤质变化的适应性控制逻辑重新进行了设计和优化，既保证了机组的正常运行，又解决了在煤质偏离设计值时，RB不能将机组负荷准确降到目标值的问题。第二章 RB控制策略优化及试验方案的研究2.1 RB功能的介绍 当机组正常运行时，突然有一台或两台辅机(送风机、吸风机或给水泵)发生故障而跳闸，机组控制系统能自动快速减负荷，维持机组在允许的负荷下继续运行，控制系统这种事故状态的自动处理功能称为“RUN BACK ,简称RB。根据机组的不同运行工况、燃料种类、跳闸辅机种类，RB的目标负荷一般情况下是不一样的。现在常见的有50%MCR（最大连续蒸发量）, 60%MCR, 70%MCR，具体的目标的设定要根据本机组的来实际情况决定4。RB一般情况下是根据辅机故障的种类不同来进行分类，针对各RB试验项目的性质可分为4类来考虑，具体分析以下几种常见的RB工况5: 燃料跳闸类(包括燃料跳闸和一次风机跳闸)。在通常锅炉联锁保护设计中，一次风机跳闸，切除部分燃料(联跳部分磨煤机或给粉机)。 风机跳闸类(包括送、引风机跳闸)。由于单侧的引风机和送风机是互相联跳的关系，所以根据情况通常只对送风机(或引风机)其中一项进行动态试验。 给水泵跳闸类。对于给水泵通常设计采用二备一的运行方式，而且泵的出力裕度较大，但是由于此类跳闸工况对水位造成的波动较大，再加上一些锅炉制造厂所提供的水位保护定值非常保守，所以此类的试验的成功率通常比较低，必须根据特定的控制对象对控制逻辑作必要的优化。 其它。是指一些非常规的项目，例如本文所提出针对空冷机组背压问题所设计的空冷背压RB。2.2 RB的动作机理 RB发生后，机组控制系统的各部分协调作用，使机组平稳、安全地减少到实现预定的目标负荷，机组维持在负荷状态下运行。根据各厂机炉状况和协调控制设计的不同，RB的动作方式也不相同，但它都包括以下几个重要系统: CCS, FSSS（炉膛安全监控系统）, DEH（汽轮机控制系统）和SCS（顺序控制系统）。 CCS系统是机组控制的核心，RB功能是其逻辑控制中的关键部分。RB动作的条件被激活后，CCS系统要协调机组的各个子系统一起动作来完成该功能。因此完整的RB功能，机组必须处于协调控制方式，锅炉、汽机均能接受CCS的信号。在炉侧:CCS首先要发信号至FSSS完成切除必要的燃料(投油)，同时锅炉主控要按负荷要求将总煤量调整到合适的量，以维持适当的锅炉燃烧率。而在机侧:机组的协调控制自动切换到TF（汽机跟随）方式，由汽机DEH完成调压功能。除此之外的其它的机组子系统仍然而且必须处于自动控制方式，以维持各参数在正常范围内，保证机组的安全稳定运行。 FSSS系统根据各厂的系统不同，功能也不尽相同，但均要接受CCS发的RB信号完成切除必要燃料降低燃烧率的功能。一次风机的RB一般由FSSS中触发，此种RB发出优先级高一些。但是根据不同锅炉的最低稳燃负荷，降低燃烧率的方式不同，对于最低稳燃负荷较高的机组，应设计有投油的功能或则将必要的投油列入运行人员的操作规程中6。 DEH系统在RB过程中也至关重要，在RB发生后，锅炉侧要维持一定的燃烧率，机组的汽压则由汽机通过关小调门，减少负荷来完成调节的任务。其它系统如SCS系统在给水泵RB时，要通过程序联启电泵和其它的相应操作，在送引风RB时，完成单侧的联跳的功能。所以，从某种意义来说，RB的功能是一个关于机组的系统工程，只有通过以上各个子系统的协调动作，才能使机组自动、平稳地降低负荷至目标值，避免不必要的停机灭火。2.3 影响RB功能的几点原因及其分析 RB功能对于机组的运行，安全作用至关重要，但通常由于原常规软件设计方案不合理、针对性不强、硬件设备性能相对较差及机组运行健康水平低等原因，我国很多大型电站在实现这一功能方面都存在某种程度的问题7。2.3.1硬件设备方面的影响8DEH子系统在RB发生后要完成调压的功能，众所周知，在RB发生后，FSSS按程序很快地完成切除必要的制粉系统合投油的工作。机组的主汽压力下降很快。由于CCS和DEH接口方式的影响会出现DEH 脱离CCS控制和传输速率限制调门的调整速度等问题，致使主汽压力的调节不够及时，会影响影响机组的运行安全。DEH与CCS的接口有多种类型 脉冲接口:该接口的脉冲接收、发出速度、脉冲代表的负荷量，严重限制调门的动作速度，不能快速地关闭调门以稳定压力。这种方式在运龄长的电厂中较多。 脉宽接口：这种接口同样受DEH的脉冲接收速率的限制。在老电厂中较多7 模拟量接口：直接采用4到20MA 信号来进行传输，这种接口可以快速地响应汽机主控的指令，但要求硬件的质量较高，还要根据信号和线路可能出现的问题在逻辑中进行必要的判断。这种接口在近年来投产的机组中得到了广泛的应用，这种接口的设计对于RB功能的实现来说是有利的。2.3.2控制策略的合理性分析 RB发生后，系统的整个动作过程由CCS,FSSS和DEH来协调完成，以保证机组的稳定运行。 锅炉侧改变燃烧率由CCS, FSSS共同完成。FSSS通过一个开关量信号完成燃料的切除(投油)，以固定的速率完成对燃烧率的粗调。与此同时CCS也要根据机组的目标负荷调整燃烧率，使机组稳定在目标负荷上，为保证机组的燃烧稳定，应保持两系统调整的协调一致。汽机侧在RB发生后，控制方式要由协调方式切换到汽机跟随（TF）方式，DEH由原来的调机组负荷改为调机前主汽压力，这个过程应该自动实现，而且汽机应一直处于调节状态9。但在托克托电厂一期的设计中，DEH也接受RB信号，自行动作，这种设计在实践应用中使锅炉和汽机各自为政，很难保证两者的协调统一，会造成主汽压力失控10，影响机组的安全，结果是弊大于利，所以我们在优化的过程中将其取消。2.3.3参数调整的适宜性分析CCS系统中负荷管理控制中心的调整。为保证机组的安全和稳定，目标负荷应以一定的速率变化到目标值，其中方式切换开关的切换速率要调整合适，以保证切换的无扰动。如在最初的托克托电厂1机组的RB设计中，方式开关的切换速率设置太快，没有进行适当的方式闭锁，导致切换过程中负荷指令扰动很大，几乎使该试验无法成功。另外锅炉主控应处于自动方式，为保证炉膛燃烧工况的稳定，要使锅炉主控的调整速率与FSSS的切磨投油的速率要基本保持一致，才能减少炉膛的燃烧波动。其中最关键的参数就是切磨的间隔时间，间隔时间的确定要注意平衡机组快速减负荷的要求和防止机组燃烧工况剧烈变化之间的矛盾11，一般要根据控制对象的实际情况来设置，如果时间参数设置太短，会对炉膛负压造成大的冲击，影响锅炉的稳定燃烧；如果时间参数设置太长，一方面会造成实际的热负荷不能快速的降下来，RB动作不能将实际负荷较快的控制在机组的允许范围内，影响RB的成功率，另一方面在一次风机RB时，如果跳磨不及时，会造成一次风压下降太多，造成运行磨煤机所需风量不足而跳闸，最终锅炉MFT，一次风机RB失败。一般根据锅炉炉型的不同此参数设置从5到15秒钟进行选择。在保证稳定的前提下，汽机调压回路要尽可能地快，以适应RB后主汽压力的稳定和负荷的快速平稳的下降。由于汽轮机的调门对压力的调整几乎没有延迟和惯性，所以此参数的设置首先要保证系统的稳定性，即不要使控制系统震荡起来。这种情况在托克托电厂1机组的调试期间发生过，致使压力大幅摆动，负荷无法稳定下来，经过将该回路的PID（比例、积分、微分）参数放缓，才使系统稳定下来。2.3.4 运行方式不合理 要使机组能自动、平稳地完成RB的功能，首先，发电机组的主、辅机运行正常，而且其相关自动控制系统均处于自动运行方式，以保证在RB工况下，不至于造成某一主要参数失控，影响整个机组的安全12；例如在风机系列的RB中，如果风机不在自动方式下，则当一台风机跳闸时，另一台风机就不会及时地根据被控量的变化增加自己的出力，这种情况非常危险，在这种情况下机组RB几乎不可能成功。其次，所有制粉系统最好全部处于自动方式，否则会造成少数制粉系统的给煤率(给煤机)变化很大，形成新的不稳定的因素；这种情况我们在托克托电厂3机组的调试过程中遇见过，当时5台磨煤机运行，当RB发生时，上层两台磨跳闸，保留3台磨煤机运行，煤量指令继续下降，但由于3台磨煤机中只有一台磨煤机投入自动，导致该磨煤机煤量下降太多而导致振动太大跳闸，使锅炉出现了燃烧不稳定的工况，虽然进行了及时的投油助燃将燃烧稳定了下来，但是负荷却比目标负荷下降的太多，使机组的恢复增加了许多麻烦。最后要避免RB过程中锅炉主控切到手动，不能进行燃烧率的调整，造成RB动作的失败。这是保证RB成功的关键！2.4 RB控制功能的优化研究2.4.1主汽压力的控制方式 由于在RB工况下锅炉维持固定燃烧率，机组压力通过汽轮机进行控制，也就是机组运行在汽轮机跟随方式下，所以主汽压力的控制方式对机组负荷的变化有比很大的影响。一般情况下，主汽压力控制主要有定压、滑压和定一滑压控制方式三种。 大多数情况下机组是以定压方式来进行RB试验的，主要是因为机组恢复稳定工况较快。但在以后的试验研究中发现，RB发生后无论是动态还是静态，采用何种方式，要根据具体的情况来定。以给水泵RB为例，如果以定压方式减负荷，RB试验的成功率较低，其原因主要是:给水泵发生RB时，定压运行使汽包压力太高，导致锅炉上水困难，在一台泵刚跳闸的情况下这无疑是雪上加霜，不利于汽包水位的控制13。 后来笔者改以滑压方式减负荷作给水泵RB试验，优点是汽轮机调门开度较高，有利于汽轮机的安全运行，主汽压力变化缓慢，对汽包水位等参数影响较小。但在其他RB试验中表明，采用滑压方式控制主汽压力也存在弊端，这是因为在滑压方式下机组负荷降低缓慢，造成机组负荷长时间到不了目标值，在给水泵RB尤其是在风机RB的情况下均会造成长时间的物料不平衡，使RB过程中主汽压力、主汽温度和汽包水位等主要参数变化较大，可能会造成汽温和水位太低使试验失败。 在权衡利弊之后笔者决定主汽压力的控制方式选用定一滑压控制，如果设置得当，他既能保证机组快速降负荷，使机炉的物料尽快达到平衡，同时又能保证汽轮机调门开度不至于太低而影响机组安全。但机组必须选择合适的压力变化率，如果速度太慢，汽温、水位可能会降得太低；速率太快，会导致汽机调门大幅开关，对主汽温、水位产生较大影响，如果未对汽机调门设计RB工况闭锁开逻辑，会导致机组负荷反调，导致RB动作失败。一般情况下，压力设定值滑压速率为0. 2-0. 4kpa/min。通常设计中给水泵RB时降压速率应略快以保证汽包上水，但是同时要能够保证给水泵RB能够快速减负荷，减少锅炉蒸发量。通过研究和试验，在给水泵RB发生后，ECR（电负荷，一般指实发有功功率）工况被迫迅速调整为50%能量工况时，锅炉蒸发量大大减少，汽包压力度过其惯性时间(约lOs)后迅速下降，如果下降速率过大，水位容易产生动态扩容现象，从而造成汽包水位高保护动作。因此，实现该RB工况的关键点就是必须限制汽包压力降速率在一个合理安全的范围内。由于汽包压力Pb与主汽压力PO存在单值对应关系，限制了主汽压降速率也就是限制了汽包压力的降速率。经过对ECR工况附近水位动态扩容分析计算，以及运行经验数据，通常当主汽压降速率小于等于1MPa/min时，水位动态扩容较弱，其虚假水位幅量较小。RB速率可以通过以下的计算来确定14。根据能量平衡，对过程作线性分析，建立主汽压函数:P=Pe-KPt （2-1）目标压力:Pmb=14.5MPa负荷函数:N=Ne-KNt （2-2）目标负荷:Nmb=300MW式中Pe, Ne额定压力及额定负荷，Pe=16.5MPa, Ne=600MW； KP取允许主汽压降速率，1MPa/min； KN所求负荷速率； t过程时间（一般大约为2分钟）。根据初始额定参数，RB目标参数，联立（2-1）、（2-2）两式求得RB最小负荷速率为150MW/min。当然，在实际RB过程中，希望主汽压降速率越小越好，相应的降负荷速率越大越好。所以，通常速率选定300MW/min，过程时间2min，降压速率小于等于0.5MPa/min。2.4.2 燃烧控制系统 现在的600MW锅炉的稳燃负荷设计值较低，在50%额定负荷运行时，燃烧状态比较稳定。但是由于在RB的动作过程中，锅炉的热负荷变化比较剧烈，极容易造成灭火，为了避免这种情况的发生，必须对燃烧系统进行必要的优化和评估: 根据机组的负荷确定磨煤机运行台数。 若当时负荷需要三台磨煤机运行时，应保持有二台相邻的磨煤机且给煤机转速50%，三台给煤机都作为调节。 如果目标负荷小于机组最低稳燃负荷，燃烧不稳定应设计投油枪以稳定锅炉燃烧。多数情况下，RB发生后的锅炉目标负荷在50%额定负荷附近，BMS系统可根据上述要求从最上层开始切除制粉系统，并保持下层有相邻磨煤机在运行。 剩余的制粉系统要维持机组目标负荷需要的燃烧率，而且不应出现大幅度的波动，MCS中锅炉的燃料控制要与FSSS切粉(投油)逻辑相适应，使燃料平稳地调整到相应的燃烧率并在RB结束前维持不变，要避免由于燃烧调整造成锅炉燃烧工况大幅度变化，避免可能因为锅炉工况不稳造成不必要的灭火停机。多数情况下，RB发生后的锅炉负荷载在50%额定负荷附近，FSSS系统要根据上述要求从上层开始切磨煤机，并保持下层有相邻磨煤机在运行。如600MW机组RB工况下切磨的策略如下：在送引风机、一次风机、汽泵等RB工况下，如RB前有5台磨运行，则自动依次切除上层两台，保留3台磨煤机运行15。2.4.3协调控制系统 RB控制技术是在试验中进行研究和逐步完善的。在协调控制系统一般设计有:机组最大出力计算、负荷指令变化速率设定、协调控制方式切换、主汽压力控制方式切换、降压控制速率设定等基本的RB控制策略。部分子系统禁止偏差切手动、汽机调门禁开、减温水调门关超弛控制、自动切磨投油逻辑等RB控制策略则是通过试验总结出的经验，有些逻辑则是专门针对特定机组特点进行的个性化设计。大多数RB试验表明，在成功的RB试验背后，除了对有缺陷的主设备和系统进行改进外，都对原协调控制系统设计做了不同程度的改进。 正常调节工况下，MCS（模拟量控制系统）系统偏差切手动保护是必要的，但在RB工况下，系统主要参数将超出正常的波动范围。协调控制系统尤其是其子控制系统应自动解除其偏差切手动保护功能15，使得协调、燃烧、汽温、汽包水位等主要控制系统能保持在自动模式，将机组的主要参数保持在合理的范围内，同时为了更好的应付这种非正常工况，MCS中所采用的PID调节器应具有抗饱和功能，主要是针对RB后的减温水等控制系统16。 另外在风机类的RB试验过程中，为了防止引风机、送风机、一次风机过电流导致机组灭火，RB工况下应对其指令输出进行速率限制和必要的上限限制。 由于RB功能是机组自动处理事故的，为保证RB结束后机组能自动恢复正常工况，逻辑中的信号跟踪是非常关键的。主要包括主汽压力和机组负荷控制的跟踪，机组发生RB由原来的压力控制方式(定压、滑压)切换到定一滑压控制方式，而且与原滑压曲线也不一致，为保证机组RB结束后，主汽压力要恢复到锅炉控制，同时要保证燃料基本稳定，我们设计确定了信号跟踪方式，如果原为定压运行方式，主汽压力定值应跟踪实际压力;如为滑压控制方式，因为压力定值与负荷相适应，只需限制一定的速率切换到原运行曲线即可。同样机组负荷控制要解除AGC（自动发电控制）功能，目标负荷在RB过程中要时刻跟踪实际负荷，保证机组在现有的负荷工况下，平稳地恢复到机组协控制。 机组发生RB，协调控制由CCS方式转换到TF2-MW（汽机跟随）方式，锅炉主控开环控制锅炉燃烧率，汽机主控由负荷控制转为主汽压力控制，在RB完成后过程与上述过程相反，要做好必要的切换逻辑和信号跟踪的准备。RB过程中主汽压力的巨大波动会影响机组其它主参数的稳定，如汽包水位、主汽温度等，所以主汽压力一般设计为闭环控制，而机组负荷则设计为开环控制，这样设计有利于机组的快速稳定17。另外，为保证RB过程中负荷能够按预定情况降下来，我们将汽机调门控制设计为RB工况闭锁开，否则有可能会造成机组负荷反调、压力波动，影响RB功能的进行18。2.4.4 汽温控制问题 从RB试验的情况来看，无论发生何种原因的RB，主汽温和再热汽温都出现了大幅度迅速下降的现象。如何防止主汽温再热汽温下降幅度过大，对于RB试验的成功与否至关重要。 送、引风机RB试验有两个关键点，一个是对炉膛压力的控制，另一个则是对汽温的控制。给水泵和其它RB也会由于切粉的作用对汽温产生影响，而且由于切粉是自上而下进行，对汽温的影响就更加明显，尤其滑压方式进行RB，由于蒸汽流量降低缓慢，汽温会有大幅度的下降，所以必须对减温水调门进行必要的超驰控制。所谓的超驰控制就是指在RB发生后迅速关闭过热器、再热器减温水调门及隔离门，试验证明，对于提高减温水调门的关闭速度和克服减温水隔离门的漏流影响，超弛控制回路的作用相当明显19。但是对于那些正常运行减温水流量较大的电厂，此项功能要慎用，必须要考虑减温水阀全关后汽温的升高问题。2.4.5 RB对煤质变化的适应性控制逻辑 从前面协调控制系统的研讨中我们得到结论，在机组发生RB时，协调控制系统会由协调方式切换到TF2方式，在这种方式下负荷是通过锅炉主控来进行的，这是一种开环的控制方式，他通过直接将煤量降到目标负荷所对应的值来完成负荷的控制，这种负荷控制方式的好处就在于它的调整非常简单有效，而且不易产生复杂的耦合问题。但这种好处是建立在锅炉的燃煤的热值不大幅偏离设计煤种的基础之上。我们来进行理论分析，以托克托电厂3机组为例，假设机组是一个线性系统，燃用设计煤种时，满负荷600MW对应的总煤量为300T，负荷与煤量的比值为2比1的关系，在机组RB发生的情况下，如果要将负荷降到300MW，那么锅炉主控的输出就应该是150T的指令，即将煤量降到150T；这种关系在协调系统的设计中是比较通用的，而且都是在控制系统中预先设好的。同样是600MW，但如果锅炉燃用煤种热值大幅度的上升，由于协调控制回路的积分作用，煤量会远小于300T，据统计，在3机组600MW所曾经对应的最大煤量为220T，这种情况下，负荷和煤量的实际对应关系已经发生了变化，由2变为了2.72。但是由于控制系统中2比一的关系已经设好，在此时发生RB，如果要将负荷降到300MW，那么锅炉主控的输出仍然是是150T的指令，即将煤量降到150T，但按照线性原则，此时150T的实际对应负荷为1502.72=408MW，即实际上负荷只能降到408MW，比预定的300MW整整多出100MW，这种情况非常危险，非常容易使运行辅机发生过出力导致锅炉灭火。而另外一个极端就是在煤质比较差的情况下发生RB，会使负荷降的太低，出现锅炉燃烧不稳定甚至灭火的问题。为了解决RB控制系统对煤种的适应性问题，可以根据燃煤发热量的变化对锅炉主控指令(或给煤指令)进行必要的修正,但由于煤种的变化往往是无法准确预测的,因此该问题实际解决起来比较困难。不过从煤种的变化到最终反应到机组实际出力的改变往往是一个较为缓慢的过程,这样就可以通过对过去一段时间内煤量与负荷的比值来推测未来的给煤发热量,当然在负荷变动过程中该功能应停止运算,否则会造成大的误差。具体逻辑见图2-1图2-1 BTU逻辑图Chart2-1 the logic chart of BTU将这个校正系数与RB的负荷指令相乘，就可以得出实际的指令信号。但由于此校正回路逻辑设计方面还存在一些瑕疵，所以一般情况下对他的大小做了一定的限制，一般为0.8到1.1之间。此项优化在托克托电厂已经投入应用，效果较好。2.4.6 送、引风机RB 从理论上来讲，实现引、送风机RB的基本出发点是炉膛风量平衡原理。前提是保证炉膛压力高低保护不动作，然后根据风量一燃料对应关系调整燃烧降负荷处理。这也是人工顺利完成这两种RB工况的基本原则。 引风机RB时，联跳同侧送风机有利于炉膛压力的平衡20。根据我以前作引风一送风出力工况试验和运行经验表明，此时炉膛压力瞬间突降，但其动态特性是具有自平衡能力，经过运行引、送风机的调节，炉膛压力很快被调至正常范围。下面是利用炉膛压力的数学模型进行的试验情况21。图2-2是利用炉膛内爆的数学模型模拟的内爆时炉膛压力的变化情况。从图中可以看出:在切断燃料的最初，温度曲线的变化率很陡，压力由一19. 6 P a降到一4300 P a左右，这是当燃料突然切断时，平衡关系被破坏，炉内高温烟气在几秒钟内被送入的热风所代替，炉内的温度和压力司时一急剧地下降，此时两者的关系近似符合理想气体定律。图2-2 瞬间切断燃料参数变化曲线Chart2-2 The parameter change curve of instantaneous fuel cutoff 上述是锅炉MFT时炉膛压力的变化的情况。机组发生送、引风机RB时可以参照图2-3分析，该试验与RB试验有一定区别，主要表现在RB工况下，燃料并非全部切除，一般保留大于50%的燃烧率，而且切燃料速度也要比图2-3所示试验的变化缓慢，所以风机RB时的炉膛压力变化要比图2-3小，从我已经进行的试验看出，仅仅利用现有的自动调节功能炉膛压力一般情况下要下降到一1000Pa左右，趋势与图中所示一致。由图2-3可看出，压力内线降到最低点后，又逐渐回升，温度曲线变化率由陡渐缓，由于这时送风机至炉膛的压差增加，送风量自动加大，引风量自动减小，使炉内储气量增加，又使温度和压力趋于新的平衡。但总的说来，在切断燃料一的最初，由温度降低而引起的炉膛压力降低是主要的，虽然空气流量大于烟气流量，但炉内负压仍不断降低，这是由于在切断燃料的初期，由温度引起的压力降低幅度要比因储存量引起压力增加幅度更大的缘故。图2-3 2.5-7.5S等速减少燃料参数变化曲线Chart2-3 The parameter change curve of 2.5-7.5s reduce fuel in constant speed 由于RB工况下炉膛压力的变化的情况与MFT时炉膛压力的变化趋势相似，唯一不同的是压力的变化幅度要小许多，但RB工况要求锅炉维持稳定燃烧，炉膛压力不能大幅度波动，所以可以根据炉膛防内爆的设计对RB工况下炉膛压力进行相应的大偏差控制，加快RB过程引风机挡板的调节速度，使锅炉燃烧维持在尽可能好的工况。图2-4是实施炉膛防内爆控制的炉膛压力变化情况。注:试验中烟风系统的总容积主要包括:炉膛容程、水平烟道和转弯室的容积。把炉膛容积，再加上水平烟道和转弯室容积作为烟风系统集中容积。理由是:这两相邻区域压差很小，压力可以统一，两者的容积可以合并处理，锅炉熄火时，两区域内的气温下降幅度，压力下降速度和其它区域相比为最大，二者的容积之和占了系统总容积相当大的份额，就“内爆”过程而一言，炉膛容积对炉内部气体压力变化的影响起主要作用，其余容积所起的作用都是次要的。图2-4 2.5-7.5S等速减少燃料、5-15S等速减少引风机挡板100%参数变化曲线Chart2-4 the parameter change curve of 5-15s reduce ID damper from 100% to 0% in constant speed确定送风、引风RB速率 燃料量调整 根据运行经验，制粉系统层数与负荷对应关系成线性关系。我们通过试验表明，单台引、送风机最大出力完全可满足350MW负荷(600MW机组)，其燃料调整及RB速率均可比一次风机与给水泵RB小。由于RB过程很短，低氧燃烧状态完全允许，同等负荷下，氧量值更是得到提高。从运行角度看，只要有可能，燃烧调整与RB速率越小越好，这有利于汽压、汽温和水位调节。 RB速率确定 与一次风机RB比较，此时燃料调整为其一半，能量变化较小，导致的主汽压下降速率较小，但仍应避免汽包水位动态扩容作用过大。 根据经验，一般整定引、送风机RB速率300MW/min，降压速率小于等于0. 5MPa/mi n，过程时间4min。经过作试验，结果相当成功。2.4.7 给水泵RB 汽水系统工作基本出发点是物质平衡原理，即单泵最大出力时所保证的给水流量与锅炉蒸发量之间的物质平衡。该RB对汽包水位影响最大，也是最直接的。从以往在现场机组实际运行情况发现，在额定工况发生给水RB时，人工干预根本无法成功实现，必然会出现水位低保护动作。在所有RB工况中，给水RB控制难度是最大的22。 经过试验的结果表明，电泵最大出力可稳定负荷180MW( 30%MCR )，给水流量600t/h，汽泵最大出力可稳定负荷300MW（50%MCR），给水流量1000t/h，均已达到最大转速5900r/min左右，工作情况恶劣。另外，汽包压力较高，会影响给水泵的出力。故以下分析中，取单泵最大出力1000t/h，目标负荷300MW。2.4.7.1 RB速率确定根据现场经验，一般给水RB速率整定为300MW/min。另外，给水RB还存在以下问题： 过热器泄压阀整定动作压力为17. 9Mpa，回座压力17.7MPa。另有一组对空排汽阀手动控制，显然，以300MW/min速率降负荷有可能会造成主汽压上升，若安全阀被迫开启，将加速水位工况的扰动，以致无法实现RB工况。因此允许主汽压上升的空间限1.4MPa左右。 与一次风机RB比较，给水泵RB速率大很多，其燃料调整程更大，除了必要切除的制粉系统外，仍应通过减压回路，适当减少剩余几台制粉系统的出力。即首先根据物质平衡出发确定了该RB速率与目标负荷后，仍应考虑允许的超压空间限制。 由于汽包压力突升，对水位有动态压缩过程，会加剧水位下降，这是实际存在的现象。 汽动给水泵供汽压力降低。为提高机组效率，大型发电机组一般在正常运行时采用汽动给水泵上水，利用汽轮机抽汽带动小汽动给水泵上水。如果设计两台给水泵在一台给水泵故障停机情况下发生给水泵RB。机组根据控制逻辑要求变负荷率降低机组负荷到目标负荷，使蒸汽流量与给水流量达到物料平衡。同时由于机组负荷下降，汽轮机抽汽压力也随机组负荷降低而降低，即使在给水泵指令最大的情况下也不能达到在机组满负荷工况下单台小机的供水量，致使在长时间内给水量小于蒸汽量，导致汽包水位过低而跳机，RB试验不成功。为解决这个问题，我主要着手从两方面进行了处理: (1)机组压力控制曲线采用定-滑-定的控制方式，同时在RB发生初期在设定值基础上增加偏置，使机组负荷快速降低蒸汽流量，减少蒸汽流量与给水流量的不平衡，RB过程中减少降负荷速度，尽量使抽汽压力不致降得太低，保证给水泵供水。 (2)小机供汽汽源由汽轮机抽汽改为辅助蒸汽提供，保证供汽压力的稳定，不致于由于供汽压力下降而影响小机出力。但要注意汽源切换时出现的给水泵转速超速和超流量的现象，如果有可能最好使用逆止阀进行汽源无扰切换。2.4.7.2 给水控制方式切换 机组正常运行为保证汽包水位的控制效果，都采用三冲量控制方式(即汽包水位、蒸汽流量、给水流量)，利用蒸汽流量的前馈作用使给水控制系统满足机组变负荷运行工况，使蒸汽流量和给水流量能够快速平衡，维持汽包水位在设定值。但在RB工况下，试验为保证主汽压力不超压，机组负荷不能降得太快，所以蒸汽流量与给水流量长时间不平衡，为弥补给水流量的缺口，输出给水泵指令时，考虑到一方面由于汽包压力做了闭锁减的逻辑处理，另一方面由于机组负荷下降蒸汽流量跟随机组负荷快速下降，如给水控制系统继续维持在三冲量运行方式，由于蒸汽流量前馈的快速作用，致使给水控制指令快速下降，不利于汽包水位的保持，因此在RB发生后，应该将给水控制系统切换到单冲量控制方式，给水控制指令只根据汽包水位的变化而变化，这种方式的切换对于给水的RB是有利的。2.4.8 一次风机RB一次风机主要是保证一次热风的母管压力，对于无一次风机的控制系统无此项设计。在单侧的一次风机跳闸后，系统设计的主要目的就是在不使运行侧风机过电流跳闸的前提下，快速的增大运行风机的出力，为达到这个目的，要采用以下措施 一般情况下不采用一次风机增益平衡控制功能，即一台风机跳闸后，将另外一台风机的指令迅速增加到最大，然后进行风压的调节。这种调节方式的危险性非常大，极易造成风机过电流跳闸使试锅炉发生灭火。实际上在RB发生的过程中，采用常规的PID调节就可以解决这个问题，不过参数要进行适当的调整，输出指令要进行速率限制和上限限制。 一次风机跳闸后，要迅速的将出口门及导叶关闭，防止由于风机互相串风造成风压长时间建立不起来。 由于在RB过程中，FSSS要切除几台制粉系统，为了快速的恢复风压，在FSSS系统中要设计将跳闸制粉系统出入口门快速关闭的逻辑，以减少一次风量的损失。 在一次风压自动控制系统中，在RB过程中要将变差切手动的逻辑屏蔽掉，防止系统切手动造成风压的调节不及时。 对于直吹式中速磨，一般都设有一次风量低的保护逻辑，在RB状态下，要考虑将保护的动作时间适当的延迟。另外，许多厂出于节能降耗的考虑，将一次风机改为了变频器控制，因此，一次风压的调节由挡板（导叶）调节改为了变频调节，这种改动对机组一次风机RB功能影响非常大，必须对原有的控制系统和设备进行修改，主要有以下几个方面： 一般情况下，经过变频改造的风机电流非常不稳定，很容易发生过流的现象，这就要求重新对风压控制的PID参数进行调整，在安全的前提下使运行风机的出力尽可能的增大，以期恢复风压。 由于经过变频改造的风机有速率上的限制，所以必须在减少漏风和串风的方面来下功夫，一方面要进行设备的改造，减少风烟系统尤其是空预器的漏风，另一方面，要对风机的出口门执行器进行改造，使其能够在风机跳闸后快速关闭，减少风机通过母管的串风量23。 要对变频器的电流进行必要的监控，防止过流保护动作。2.4.9 凝汽器背压RB目前我国火力发电厂多采用水冷技术，面对越来越紧迫的水资源缺乏问题，新建大型火力发电厂都在利用直接空冷技术代替传统的湿冷技术。直接空冷系统是利用空气直接冷却汽轮机排汽，汽轮机排汽经布置在空冷岛顶部的散热器后，在散热器下部轴流风机的冷却风的作用下，压力降低，温度下降，凝结成水回到凝结水箱，未凝结的蒸汽和空气从散热器顶部有真空泵抽走。空冷机组的核心在于控制汽轮机背压，通常情况下直接空冷机组多采用变频技术来控制这轴流风机转速，来达到调节汽轮机背压的目的。由于火力发电是一个十分复杂的能量转换过程，汽轮机背压受多种因素影响 ，其中直接空冷系统收不同风向和风速的影响比较敏感，特别是当风速超过一定值（一般为3.0m/s）时，对空冷系统散热效果影响较大，不同风向会对空冷系统造成热回流，导致风机效率降低，散热器冷却效果下降，机组的运行背压升高，会向跳机值接近。一般情况下厂家提供有背压保护曲线，见图2-5：图2-5 空冷机组背压保护曲线Chart2-5 the protection curve of backpressure for air cooing unit 从厂家提供的背压曲线可以看出，当机组小于大约420MW时，背压报警后会有一段滞后停机线，有大约15分钟的延迟；而当机组负荷大于420MW后，背压报警后的停机线没有延迟时间，这就是说，当机组处于高负荷时，如果遭遇非正常的气象工况，凝汽器背压会快速下降，如果不及时采取措施将负荷降下来，机组会处于非常危险的状况。以山西漳山发电厂的一次事故为例：20XX年6月22日，漳山电厂2号机组带满负荷运行，当时天气炎热，气温38，机组背压为45KPa，空冷风机全速运行。17：30左右，东边的天边突然变黑，霎时狂风大作，风力估计在10m/s以上，风向为偏东风，2机组的背压快速上升，平均上升速度为1.78KPa/min，当运行人员发现，快速降负荷时已经为时已晚，机组背压上升到65KPa而保护动作停机24。同样的情况在山西大同二电厂也发生过，同样造成了机组停运。内蒙地区的气象情况和山西较为相似，为了在托克托电厂避免发生类似的情况，我们对山西两个厂发生事故的数据进行了研究，研究的结果如下： 目前直接空冷机组当外界起大风时，机组的背压升高这种工况来势凶猛。目前最有效的方法就是减少进入空冷岛的蒸汽，以平衡空冷岛瞬间失去的冷却能力，防止背压上升过快25。 其实在大风天气，空冷的背压的升高早就有这个趋势了，但是往往当运行人员发现时，已经失去了及时降负荷的时机。综合以上情况，经过再三的研究得出，要及时地处理这种非正常的工况，只有通过逻辑设计来达到第一要及早的判断出背压的变化情况，第二要根据背压的变化情况进行快速的降负荷，实现机组负荷的快速返回，即实现机组RB。这就是本文中所提出的空冷机组凝汽器背压RB的概念。具体的逻辑体如下图2-6：图2-6 凝汽器背压RB逻辑图Chart2-6 the logic chart of condenser backpressure以上逻辑设计中要注意以下问题 此RB功能会导致负荷大幅的下降，要确保其不能误发，所以在逻辑中对背压的模拟量信号进行了选择后又进行了质量判断，如果信号的质量有问题，将闭锁此功能。 背压的变化是否符合条件是根据两个条件来判定的，一是负荷要大于420MW，这是因为从背压保护曲线上可以看出，当负荷大于420MW后，一旦有异常情况导致参数越限，机组跳闸没有延迟；再一个就是就是当机组的背压大于55KPa，从背压曲线上同样可以看出，此压力距离跳闸值有一定的裕度，这也为真空RB的动作提供了缓冲时间。 速率要根据具体机组的情况来定，最好有具体的案例来进行分析。2.4.10与其他系统接口的研究我认为，RB功能是一个系统功能，虽然主要功能由机组协调控制系统实现，但要牵扯到机组控制系统中各控制子系统的协调动作，各系统均需进行相应的优化和修改。2.4.10.1 FSSS系统FSSS系统主要作用是根据机组工况完成燃料的切除功能，达到快速降低锅炉热负荷，使之与相应的辅机负荷能力相适应。根据不同的RB条件和锅炉运行给煤配置，按顺序切掉相应的燃料，同时考虑不同机组的煤质和最低稳燃负荷等限制条件，确定是否需要投油助燃26。接口信号有:CCS至FSSS系统信号:机组RBFsss至CCS信号:一次风机RB、送风机RB、引风机RBFSSS锣辑实现见图2-7:图2-7 RB FSSS逻辑图Chart2-7 the logic chart of FSSS