660 MW機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的故障分析與改進(jìn)措施

屠士鳳，丁明利

（1.浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 樂清 325909；2.溫州市工業(yè)投資集團(tuán)有限公司，浙江 溫州 325000）

樂清發(fā)電廠二期為2臺(tái)超超臨界660 MW燃煤機(jī)組（3，4號(hào)機(jī)組），分散控制系統(tǒng)（DCS）采用北京ABB貝利控制有限公司生產(chǎn)的SYMPHONY系統(tǒng)。協(xié)調(diào)控制涵蓋了負(fù)荷指令控制、鍋爐主控、汽機(jī)指令控制、壓力設(shè)定、頻率校正、快速減負(fù)荷（RB）等控制回路；數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）的硬件采用Siemens公司的產(chǎn)品，在控制系統(tǒng)中增加了汽機(jī)主控部分，這是與一期600 MW機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)相比最大的區(qū)別。

1 協(xié)調(diào)控制方式簡(jiǎn)介

在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，一般將機(jī)組控制方式分為以下4種：基礎(chǔ)方式（BASE），鍋爐主控和汽機(jī)主控同處在手動(dòng)位置；汽機(jī)跟隨方式（TF），機(jī)前壓力由汽機(jī)控制系統(tǒng)控制，負(fù)荷通常由鍋爐控制系統(tǒng)開環(huán)控制；鍋爐跟隨方式（BF），機(jī)前壓力由鍋爐控制系統(tǒng)控制，負(fù)荷通常由汽機(jī)控制系統(tǒng)開環(huán)控制；協(xié)調(diào)控制方式（CCS），負(fù)荷調(diào)節(jié)同時(shí)由汽機(jī)和鍋爐通過前饋實(shí)現(xiàn)，再通過閉環(huán)控制回路對(duì)機(jī)組功率和機(jī)前壓力分別進(jìn)行校正。一般汽機(jī)側(cè)重控制負(fù)荷，鍋爐側(cè)重控制壓力，當(dāng)壓力偏差大時(shí)共同對(duì)機(jī)前壓力進(jìn)行控制。

樂清發(fā)電廠二期機(jī)組的汽機(jī)主控在DEH中實(shí)現(xiàn)，在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)分為初壓方式和限壓方式兩種，初壓方式為汽機(jī)控制主汽壓力；限壓方式時(shí)，汽機(jī)控制負(fù)荷?？梢院?jiǎn)單地理解為限壓控制負(fù)荷，初壓控制壓力。初壓方式和限壓方式的切換，在DCS邏輯中判斷實(shí)現(xiàn)；汽機(jī)遙控指令請(qǐng)求由DCS送至DEH的負(fù)荷控制信號(hào)也在DCS邏輯中判斷實(shí)現(xiàn)。

2 控制系統(tǒng)異常事件分析

2.1 汽泵出口電動(dòng)門開反饋信號(hào)跳變

2011年4月11日00：11，3號(hào)機(jī)處于自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）模式，負(fù)荷450 MW，5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷跳變（最低跳到350 MW），操作員畫面上汽泵RB觸發(fā)，AGC、協(xié)調(diào)退出，汽機(jī)切至初壓方式，汽機(jī)、鍋爐處于跟隨方式，但大屏RB未報(bào)警，磨煤機(jī)未跳閘，主蒸汽壓力保持在17.6 MPa左右，并切至定壓運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷下滑。00：27運(yùn)行人員手動(dòng)復(fù)歸汽泵RB信號(hào)，機(jī)組負(fù)荷繼續(xù)下滑。00：32機(jī)組負(fù)荷降至327 MW，運(yùn)行人員將鍋爐主控撤至手動(dòng)方式，后手動(dòng)加煤量將機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在350 MW。其間檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)組RB系3B汽泵出口電動(dòng)門開反饋信號(hào)跳變導(dǎo)致3B汽泵運(yùn)行狀態(tài)丟失引起。后將3B汽泵出口電動(dòng)門開反饋信號(hào)強(qiáng)制。01：31汽機(jī)控制切至限壓方式，鍋爐主控自動(dòng)投入，機(jī)組恢復(fù)協(xié)調(diào)方式，見圖1。

圖1 汽泵RB時(shí)的控制系統(tǒng)曲線

汽泵出口電動(dòng)門開反饋是汽泵運(yùn)行狀態(tài)需要滿足的條件之一，該信號(hào)跳變?cè)斐善眠\(yùn)行信號(hào)的跳變，從而導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷跳變。當(dāng)汽泵運(yùn)行信號(hào)消失時(shí)間大于0.5 s時(shí)，就觸發(fā)汽泵RB動(dòng)作。汽泵RB觸發(fā)后由汽泵運(yùn)行信號(hào)復(fù)歸，所以觸發(fā)的時(shí)間非常短，RB信號(hào)直接將DEH控制由限壓方式切至初壓控制方式。由于控制器掃描周期的影響（掃描周期為250 ms）爐側(cè)RB控制回路沒有觸發(fā)，因此鍋爐控制回路未走RB回路。在汽機(jī)切至初壓方式后，機(jī)組協(xié)調(diào)撤出，負(fù)荷指令控制回路撤出自動(dòng)，鍋爐主控還在自動(dòng)方式，所以鍋爐控制處于跟隨方式，大屏沒有RB報(bào)警。汽機(jī)在初壓方式時(shí)控制壓力，而此時(shí)鍋爐主控也處于跟隨方式控制壓力，因此造成了機(jī)爐控制上的混亂，汽機(jī)鍋爐控制系統(tǒng)同時(shí)控制主汽壓力。由于測(cè)量通道上的誤差，主汽壓力機(jī)側(cè)顯示值比爐側(cè)偏低0.2 MPa，在協(xié)調(diào)撤出時(shí)機(jī)側(cè)實(shí)際壓力低于壓力給定值0.1 MPa左右，汽機(jī)緩慢關(guān)閉調(diào)門；爐側(cè)實(shí)際壓力在17.7 MPa，大于給定值0.1 MPa，鍋爐主控緩慢減煤量。因此機(jī)組負(fù)荷一直下滑，直至鍋爐主控撤至手動(dòng)運(yùn)行。

由于二期機(jī)組的汽機(jī)主控在DEH中實(shí)現(xiàn)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)不同于一期超臨界機(jī)組的控制方式。DEH的汽機(jī)控制方式只有限壓方式（負(fù)荷控制方式）和初壓控制方式（跟隨方式），正常情況下限壓方式控制負(fù)荷，初壓方式控制壓力，沒有手動(dòng)方式，汽機(jī)在初壓方式時(shí)就處于汽機(jī)跟隨方式。鍋爐控制方式有協(xié)調(diào)方式、跟隨方式和手動(dòng)方式。汽機(jī)處于初壓方式時(shí)，鍋爐主控將自動(dòng)切至鍋爐跟隨方式，直接控制壓力，因此會(huì)同時(shí)出現(xiàn)跟隨方式。其控制方式如表1所示。

表1 二期機(jī)組協(xié)調(diào)控制方式

2.2 AGC方式下機(jī)組加負(fù)荷過程中DEH關(guān)閉調(diào)門

2011年3月10日13：20，4號(hào)機(jī)處于AGC方式，負(fù)荷420 MW，在加負(fù)荷時(shí)，實(shí)際負(fù)荷低于負(fù)荷指令，壓力偏低，當(dāng)壓力低于給定值2 MPa時(shí)，DEH不再控制負(fù)荷增加，引起負(fù)荷偏差的進(jìn)一步增大，但機(jī)組仍為協(xié)調(diào)方式。后運(yùn)行人員將機(jī)組退出AGC方式，協(xié)調(diào)撤出，待主汽壓偏差＜1 MPa，實(shí)際負(fù)荷上升后重新投入?yún)f(xié)調(diào)控制。DEH中汽機(jī)控制方式的切換邏輯如圖2所示。

限壓方式下，當(dāng)（Ps-2.0 MPa）-Pt＞0 時(shí)，切至限壓方式下的壓力控制回路，汽機(jī)主控控制壓力，即通過開關(guān)調(diào)門直接控制壓力，壓力定值為（Ps-2.0 MPa）。

圖2 DEH系統(tǒng)汽機(jī)控制方式的切換

在DEH控制系統(tǒng)的限壓控制回路中，當(dāng)實(shí)際主汽壓力低于壓力定值2 MPa時(shí)，DEH的汽機(jī)控制壓力保護(hù)回路起作用，調(diào)門控制壓力，不參與負(fù)荷調(diào)節(jié)。此時(shí)如果負(fù)荷指令繼續(xù)上升，根據(jù)滑壓曲線，主汽壓力給定值也將繼續(xù)上升，造成主汽壓力測(cè)量值與給定值偏差的進(jìn)一步擴(kuò)大，汽機(jī)處于控壓方式，負(fù)荷偏差也將進(jìn)一步增大。因此機(jī)組在AGC方式下，要求當(dāng)機(jī)組DEH側(cè)的壓力保護(hù)回路起作用時(shí)，爐側(cè)閉鎖負(fù)荷指令增，待壓力測(cè)量值與給定值偏差小于2 MPa時(shí)，恢復(fù)負(fù)荷控制回路。

2.3 低負(fù)荷時(shí)一臺(tái)汽泵跳閘導(dǎo)致MFT

2011年10月1日15：31，3號(hào)機(jī)準(zhǔn)備停機(jī)，機(jī)組負(fù)荷330 MW，4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，給煤量127 t/h；2臺(tái)汽泵并列運(yùn)行，汽泵轉(zhuǎn)速4 600 r/min左右，給水流量927 t/h。3B小機(jī)因速關(guān)油壓低低保護(hù)動(dòng)作跳閘，機(jī)組主燃料跳閘（MFT）動(dòng)作，首出信號(hào)為給水流量低低（定值為573.2 t/h）。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，由于當(dāng)時(shí)機(jī)組負(fù)荷低于RB動(dòng)作的負(fù)荷值（370 MW），因此3B小機(jī)跳閘后未觸發(fā)RB動(dòng)作。機(jī)組負(fù)荷控制回路和鍋爐主控控制回路保持不變，未切至RB方式下的控制回路，因此爐側(cè)經(jīng)過焓控修正后的給水指令根據(jù)鍋爐主控指令保持在925 t/h。如果汽泵RB動(dòng)作觸發(fā)，鍋爐主控將走RB控制回路，給水指令走RB方式，水量起初會(huì)增加。3B小機(jī)跳閘4 s后，實(shí)際給水流量開始快速下降，這時(shí)3A汽泵轉(zhuǎn)速指令上升，在給水流量低于MFT值后，延時(shí)9 s，觸發(fā)機(jī)組MFT動(dòng)作，給水流量最低至548 t/h。

在控制邏輯中，當(dāng)一臺(tái)汽泵跳閘后，機(jī)側(cè)給水控制回路中沒有將跳閘信號(hào)直接疊加到運(yùn)行中的汽泵輸出指令上，而是根據(jù)流量測(cè)量值低于給水指令的偏差，按調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理計(jì)算控制輸出值，指令增加以提高轉(zhuǎn)速，因此在時(shí)間上相對(duì)較慢。加上當(dāng)時(shí)機(jī)組負(fù)荷低，給水流量小，單臺(tái)汽泵出力低于機(jī)組MFT定值，因此引起機(jī)組跳閘。此次事件暴露出在低負(fù)荷時(shí)，單臺(tái)汽泵跳閘后，另一臺(tái)汽泵的響應(yīng)速度太慢。因此在汽泵指令輸出回路中將原來(lái)5 s慣性環(huán)節(jié)，改成2 s。

3 協(xié)調(diào)系統(tǒng)改進(jìn)措施

3.1 鍋爐主控的改進(jìn)

將鍋爐主控跟隨方式的控制器輸入信號(hào)由主汽壓力計(jì)算的偏差值改為常數(shù)0，同時(shí)將控制前饋信號(hào)改為常數(shù)0。當(dāng)機(jī)組在協(xié)調(diào)方式時(shí)，鍋爐主控跟隨方式控制器跟蹤鍋爐主控輸出；機(jī)組協(xié)調(diào)退出，汽機(jī)控制處在初壓方式控制機(jī)組主汽壓力，鍋爐主控處在自動(dòng)時(shí)的跟隨方式，此時(shí)由于跟隨控制器的輸入偏差信號(hào)為0，鍋爐主控控制器輸出保持不變。如有需要，運(yùn)行人員手動(dòng)撤出鍋爐主控自動(dòng)。

3.2 負(fù)荷指令控制回路的改進(jìn)

升負(fù)荷過程中機(jī)組處于欠壓方式時(shí)，如果負(fù)荷指令繼續(xù)上升，將造成主蒸汽壓力偏差的進(jìn)一步擴(kuò)大。實(shí)際壓力與給定壓力偏差小于2 MPa時(shí)，汽機(jī)控制壓力保護(hù)回路起作用，由限壓控制負(fù)荷方式切換至限壓控制壓力方式。在DEH處于限壓方式的控壓方式時(shí)，送“汽機(jī)處于限壓方式下控壓方式”信號(hào)至DCS，作為負(fù)荷閉鎖增的判據(jù)，閉鎖機(jī)組負(fù)荷指令增，待實(shí)際壓力小于定值2 MPa時(shí)，恢復(fù)閉鎖信號(hào)，并在操作員站畫面上報(bào)警顯示。

3.3 汽泵運(yùn)行狀態(tài)判斷邏輯修改

汽泵原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)判斷為：汽泵沒有跳閘信號(hào)、汽泵轉(zhuǎn)速大于2 200 r/min、汽泵出口電動(dòng)門全開、汽泵出口電動(dòng)門關(guān)信號(hào)無(wú)。或者另一種判斷依據(jù)：汽泵沒有跳閘信號(hào)、汽泵轉(zhuǎn)速大于2 200 r/min、前置泵進(jìn)口電動(dòng)門已開、前置泵沒在合位。這兩種不同的判斷汽泵運(yùn)行狀態(tài)方法統(tǒng)一為（以下任一條件丟失時(shí)，汽泵運(yùn)行狀態(tài)丟失）：無(wú)汽泵跳閘信號(hào)、小機(jī)轉(zhuǎn)速大于2 200 r/min、汽泵出口電動(dòng)門已開或前置泵出口流量10 s內(nèi)下降 250 t取“非”。

3.4 增加高加手動(dòng)撤出時(shí)給水指令切換判斷條件

在手動(dòng)撤出2臺(tái)高加時(shí)，給水溫度低于210℃，符合給水指令控制回路和焓控回路中高加出系的判據(jù)。給水指令控制回路切換至高加撤出計(jì)算回路，給水量增加50 t左右，焓控受限于給水指令，無(wú)法修正過熱度，使得過熱度過低，長(zhǎng)期維持在10℃左右。因此在高加運(yùn)行畫面中增加按鈕“手動(dòng)撤高加”，未投入按鈕的信號(hào)和原邏輯中給水溫度低于210℃信號(hào)相“與”作為焓控系統(tǒng)中高加自動(dòng)撤出、給水指令曲線切換的邏輯判據(jù)；運(yùn)行畫面按鈕“手動(dòng)撤高加”未投入，閉鎖運(yùn)行人員手動(dòng)操作1，2，3號(hào)抽電動(dòng)門，但高加水位三高時(shí)高加自動(dòng)出系優(yōu)先；投入“手動(dòng)撤高加”，則閉鎖給水溫度低于210℃作為焓控系統(tǒng)中高加未撤出、給水指令曲線不切換的邏輯判據(jù)。原邏輯中高加水位三高使高加自動(dòng)撤出時(shí)燃料主控減煤3%～5%及給水系統(tǒng)控制增加水量2%，現(xiàn)改為減煤值保持不變，增加水量1%。

4 結(jié)語(yǔ)

樂清發(fā)電廠二期工程機(jī)組是浙能集團(tuán)下最先投產(chǎn)的2臺(tái)超超臨界機(jī)組，DCS側(cè)的協(xié)調(diào)控制方式與其他機(jī)組控制方式相比發(fā)生了很大的變化。經(jīng)過對(duì)機(jī)組運(yùn)行中暴露問題的不斷分析和深入探討，對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行了多方面的完善和修改，使協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)不管在調(diào)節(jié)品質(zhì)還是在穩(wěn)定性上都有了很大的提高，更好地適應(yīng)了負(fù)荷變化的需要，發(fā)揮了機(jī)組調(diào)頻、調(diào)峰的能力，機(jī)組的安全性能得到了進(jìn)一步的提升。

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