TF控制在火電單元機(jī)組的應(yīng)用

周瓏

（百超（上海）精密機(jī)床有限公司，上海 200135）

在我國(guó)大型火力發(fā)電廠的熱工控制系統(tǒng)中，為解決負(fù)荷控制過(guò)程中內(nèi)外能量平衡問(wèn)題，并依據(jù)單元機(jī)組的負(fù)荷控制特點(diǎn)，單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的概念（Coordinated Ccontrol System，簡(jiǎn)稱CCS）被提出來(lái)。廣義上來(lái)說(shuō)，也可以稱之為單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)，在其綜合控制下，汽輪發(fā)電機(jī)和鍋爐成為一個(gè)整體，根據(jù)內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)及電網(wǎng)負(fù)荷需求，機(jī)組可同時(shí)完成協(xié)調(diào)運(yùn)行。一方面對(duì)內(nèi)可以使得主蒸汽壓力偏差維持在允許范圍內(nèi)，另一方面也可以使其對(duì)外具有良好的調(diào)頻能力及較快的功率響應(yīng)。

1 協(xié)調(diào)控制方式分類

常見(jiàn)的機(jī)組協(xié)調(diào)控制方式有以下幾種方案：

1）以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式（簡(jiǎn)稱BF）

該方式是在汽輪機(jī)側(cè)控制負(fù)荷（輸出電功率）PE、鍋爐側(cè)控制主蒸汽壓力pT的基礎(chǔ)上，讓汽輪機(jī)側(cè)的控制配合鍋爐側(cè)控制pT的一種協(xié)調(diào)控制方式。在實(shí)際應(yīng)用中，它還包括不完全BF方式，即汽輪機(jī)側(cè)控制負(fù)荷，鍋爐側(cè)手動(dòng)調(diào)節(jié)燃燒及主汽壓力。

2）以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式（簡(jiǎn)稱TF）

該方式是在鍋爐側(cè)控制負(fù)荷（輸出電功率）PE、汽輪機(jī)側(cè)控制主蒸汽壓力 pT的基礎(chǔ)上，讓汽輪機(jī)側(cè)的控制配合鍋爐側(cè)控制PE的一種協(xié)調(diào)控制方式。在實(shí)際應(yīng)用中，它還包括不完全TF方式，即汽輪機(jī)側(cè)控制主蒸汽壓力，鍋爐側(cè)手動(dòng)調(diào)節(jié)燃燒及機(jī)組負(fù)荷。

3）綜合型協(xié)調(diào)控制方式（簡(jiǎn)稱CCS）

該方式能較好地保持機(jī)組內(nèi)、外兩個(gè)能量供求的平衡關(guān)系，即具有較好的負(fù)荷適應(yīng)性能，又具有良好的汽壓控制性能，是一種較為合理和完善的協(xié)調(diào)控制方式，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對(duì)主/輔設(shè)備的性能、燃料熱值穩(wěn)定等方面要求較高。

另外，在實(shí)際運(yùn)行中，還有一種手動(dòng)調(diào)節(jié)鍋爐出力和機(jī)組負(fù)荷的方式BASE，該方式對(duì)運(yùn)行人員的操作要求較高，蒸汽參數(shù)及機(jī)組負(fù)荷控制起來(lái)有較大的難度。

2 TF方式的特點(diǎn)

該廠機(jī)組控制方式一般采用BF或 CCS，下面主要分析的是我廠 2×300MW 機(jī)組事故情況下采用較多的TF控制方式，尤其是不完全TF方式，它在機(jī)組的盡快恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行，減少控制人員的操作難度方面具有突出的表現(xiàn)，該廠控制員利用此方式多次化解機(jī)組運(yùn)行險(xiǎn)情。下面先對(duì)TF方式作一下簡(jiǎn)要的介紹。

以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式如圖1所示。

圖1 以汽輪機(jī)跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式

鍋爐的主控制器接受機(jī)組負(fù)荷指令P0（功率給定值）和機(jī)組實(shí)發(fā)功率反饋信號(hào)PE；當(dāng)負(fù)荷指令P0改變時(shí)，產(chǎn)生負(fù)荷偏差ΔP=P0-PE，鍋爐主控制器依照此偏差值調(diào)控子控制系統(tǒng)指令PB，進(jìn)而使鍋爐燃燒率（包括相應(yīng)的給水流量等）得以改變，并最終適應(yīng)負(fù)荷的能量需求。

汽輪機(jī)主控制器接受主蒸汽壓力的給定值p0和機(jī)前實(shí)際主蒸汽壓力反饋信號(hào)pT，當(dāng)鍋爐側(cè)調(diào)負(fù)荷或某些因素導(dǎo)致主蒸汽壓力值pT改變時(shí)，產(chǎn)生汽壓偏差Δp= p0-pT，汽輪機(jī)主控制器依此調(diào)節(jié)其子控制系統(tǒng)的負(fù)荷指令NT，使得進(jìn)汽流量及進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度μT隨之改變，從而保證主蒸汽壓力pT的穩(wěn)定。

該協(xié)調(diào)方式是以加大汽壓動(dòng)態(tài)偏差為代價(jià)來(lái)?yè)Q取負(fù)荷響應(yīng)速度的提高的。由于這種協(xié)調(diào)控制方式直接由負(fù)荷指令控制燃燒率，可以說(shuō)它是通過(guò)加快鍋爐側(cè)的負(fù)荷響應(yīng)速度，使機(jī)爐之間的動(dòng)作達(dá)到協(xié)調(diào)的。

而不完全TF方式屬于TF控制應(yīng)用的一種擴(kuò)大型，在該廠300MW 機(jī)組也應(yīng)用較多，即汽輪機(jī)側(cè)控制主蒸汽壓力，鍋爐側(cè)手動(dòng)調(diào)節(jié)燃燒及機(jī)組負(fù)荷，相比完全TF方式，后者在機(jī)組鍋爐側(cè)主/輔設(shè)備故障、鍋爐子控制系統(tǒng)故障、RB保護(hù)動(dòng)作的情況下，對(duì)于機(jī)組控制員更好的掌控機(jī)組運(yùn)行，使機(jī)組盡快恢復(fù)穩(wěn)定方面的作用尤為突出。因?yàn)樵趯?shí)際發(fā)電生產(chǎn)中，鍋爐子系統(tǒng)出故障及主要輔機(jī)故障的機(jī)率較高，諸如制粉系統(tǒng)、空預(yù)器、給水泵、引送風(fēng)機(jī)等故障跳閘，一旦出現(xiàn)這些情況，鍋爐主控制器將無(wú)法投入自動(dòng)，鍋爐燃燒、水位、主蒸汽參數(shù)極易大幅波動(dòng)，機(jī)組負(fù)荷也難以穩(wěn)定，一旦控制不好就可能造成鍋爐MFT，機(jī)組跳閘。由于現(xiàn)在廣泛推行全員值班制度，一臺(tái) 300MW 機(jī)組僅兩人控制，在事故面前，如何合理分工，抓住主要參數(shù)，才能騰出手來(lái)盡快明晰故障類型及危險(xiǎn)點(diǎn)，將機(jī)組控制穩(wěn)定。而主汽壓力就是這個(gè)主要參數(shù)，只有這個(gè)參數(shù)盡可能穩(wěn)定，才能為鍋爐燃燒、水位等調(diào)整創(chuàng)造良好條件，控制員才不至于受忙腳亂，顧此失彼，不完全TF方式正好適應(yīng)了這種工況，雖然犧牲了機(jī)組負(fù)荷（可由值長(zhǎng)及時(shí)向調(diào)度申請(qǐng)機(jī)組負(fù)荷調(diào)頻減少不合格電量），但穩(wěn)住了主汽壓力，有利于控制員專心調(diào)整燃燒和水位，盡快將機(jī)組穩(wěn)定下來(lái)，下面舉一個(gè)該廠發(fā)生的機(jī)組跳閘案例來(lái)印證不完全TF方式的合理利用對(duì)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的作用。

3 案例分析

3.1 事故經(jīng)過(guò)

2006年04月25日17：06，#4機(jī)帶負(fù)荷240MW，A送風(fēng)機(jī)突然跳閘，A送風(fēng)機(jī)跳閘后，機(jī)組RB保護(hù)動(dòng)作，E層給粉機(jī)跳閘，主汽壓力下降，機(jī)組自動(dòng)快速減負(fù)荷至142MW，控制員立即增大天然氣流量以穩(wěn)定鍋爐燃燒，同時(shí)手動(dòng)調(diào)整引、送風(fēng)機(jī)維持負(fù)壓和正常風(fēng)量，鍋爐燃燒得以維持。17：12 A送風(fēng)機(jī)投運(yùn)正常，此時(shí)機(jī)組負(fù)荷在142MW，主汽壓力回升，立即投負(fù)荷控制，目標(biāo)負(fù)荷200MW，負(fù)荷率15MW/min，機(jī)組開(kāi)始加負(fù)荷，同時(shí)繼續(xù)增加汽泵轉(zhuǎn)速，17：14主汽壓力上升趨勢(shì)加快，汽包安全門動(dòng)作，汽包水位迅速下降，給水流量下降，最后到零，繼續(xù)增加汽泵轉(zhuǎn)速仍不見(jiàn)給水流量回升，17：16水位降至－350mm鍋爐MFT動(dòng)作，汽機(jī)跳閘，發(fā)電機(jī)解列。

3.2 原因分析及處理過(guò)程

分析認(rèn)為：17：06分，A送風(fēng)機(jī)突然跳閘，RB保護(hù)動(dòng)作。由于鍋爐、燃料、汽機(jī)的主控均以手動(dòng)方式控制，DEH處于負(fù)荷控制方式（即不完全BF）。RB動(dòng)作后，汽機(jī)主控隨之自動(dòng)強(qiáng)切，機(jī)組處于汽機(jī)跟隨方式。也就是說(shuō)，當(dāng)主汽壓力增大時(shí)，調(diào)節(jié)汽機(jī)調(diào)門用以阻止主汽壓力提高；相反，當(dāng)主汽壓力下降時(shí)，使汽機(jī)調(diào)門關(guān)小，以保證主汽壓力平衡。通過(guò)歷史曲線不難看出，RB發(fā)生后，在約3min的時(shí)間內(nèi)，DEH負(fù)荷從240 MW迅速下降到145 MW，同時(shí)，主汽壓力從16.59 MPa跌至16.066 MPa，而后趨于穩(wěn)定。整個(gè)TF控制期間，主汽壓力的波動(dòng)不是十分明顯?？梢钥闯觯跊](méi)有采取其它的穩(wěn)壓方式時(shí)，若不能快速減小負(fù)荷，就不能保證主汽壓力維持在允許范圍。保證主汽壓力，雖然是以犧牲功率為代價(jià)，但同時(shí)也保障了其他的參數(shù)的穩(wěn)定。17：10：03，工作人員切除TF運(yùn)行方式，DEH處于負(fù)荷控制，這種情況下，升負(fù)荷率影響負(fù)荷的增減。據(jù)廠家資料，DEH和MCS中升負(fù)荷率范圍處于 0～15MW 之間，超出范圍的設(shè)定則無(wú)效。17：11min，主汽壓力上升，2min后呈快速上升趨勢(shì)，工作人員進(jìn)行增加負(fù)荷，因受升負(fù)荷率限制，快速開(kāi)大汽機(jī)調(diào)門不能使鍋爐壓力維持平衡，導(dǎo)致主汽壓力持續(xù)上升。17：15：54，安全門動(dòng)作發(fā)生，DEH負(fù)荷為158.7 MW，主汽壓力18.66 MPa，低于其最大限19.633 MPa。

另外還需指出，TF方式下鍋爐壓力的穩(wěn)定過(guò)程是十分快速的，其中DEH控制器不受升負(fù)荷率的限制，MCS中汽機(jī)調(diào)門受汽機(jī)主控輸出直接控制。我們知道，在汽包的壓力突然下降時(shí)，爐水的飽和溫度隨壓力相應(yīng)下降，從而放出大量熱進(jìn)行自行蒸發(fā)，引起爐水內(nèi)汽泡增多，體積膨脹，致使水位上升，形成一個(gè)虛假的水位。而在汽包的壓力突然提升時(shí)，使得與之對(duì)應(yīng)的飽和溫度也隨之提高，其中產(chǎn)生的一些熱量被用來(lái)對(duì)爐水進(jìn)行加熱，減少蒸發(fā)量，因此爐水內(nèi)汽泡減少，體積減少，從而使得水位下降，同樣形成一個(gè)虛假水位。因此，RB動(dòng)作發(fā)生，汽機(jī)主控強(qiáng)投維持主汽壓力，有其相應(yīng)的理論支持。此次RB觸發(fā)后3min，工作人員切除TF方式，DEH進(jìn)入負(fù)荷控制，在恢復(fù)A送風(fēng)機(jī)以后，由于未采取其它有效措施將主汽壓力得以有效控制（注：鍋爐主控、燃料主控在手動(dòng)），致使安全門動(dòng)作，給水位控制帶來(lái)很大難度。分析任為：引起鍋爐汽包水位低Ⅲ值MFT動(dòng)作機(jī)組跳閘的主要原因是作為控制員在恢復(fù)送風(fēng)機(jī)時(shí)未注意鍋爐燃料的投入，送風(fēng)量的匹配，引起主汽壓力回升，加之又將TF方式切除，投入負(fù)荷控制，使得加負(fù)荷受限，從而主汽壓力升高，鍋爐安全門動(dòng)作。造成鍋爐進(jìn)水困難，機(jī)組因汽包水位低跳閘。

4 結(jié)論

通過(guò)上述分析，筆者認(rèn)為作為運(yùn)行人員，特別是機(jī)組控制員要進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)習(xí)，特別是要了解熱工保護(hù)動(dòng)作邏輯，掌握不同工況下機(jī)組的控制方式并加以合理應(yīng)用，加強(qiáng)在事故處理中的溝通和聯(lián)系，要經(jīng)常做好各類事故預(yù)想，提高事故處理能力。當(dāng)前，我國(guó)火電機(jī)組發(fā)電小時(shí)數(shù)大幅下降，運(yùn)營(yíng)成本持續(xù)上漲，在川火電機(jī)組發(fā)電形勢(shì)更為嚴(yán)峻，因此切實(shí)抓住難得的發(fā)電機(jī)遇，練好內(nèi)功，保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行顯得尤為重要。

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