RB試驗控制策略研究

陳寶林，華 山，陳 勇，劉立衡

(國電科學(xué)技術(shù)研究院，南京 210031)

0 引言

RB試驗是在鍋爐重要輔機設(shè)備出現(xiàn)故障，鍋爐最大出力低于給定功率時，控制系統(tǒng)自動、快速、平穩(wěn)的將機組負(fù)荷降低到實際所能達(dá)到的相應(yīng)出力，并保證燃燒的穩(wěn)定，控制機組在允許參數(shù)范圍內(nèi)繼續(xù)運行[1]。機組RB功能的實現(xiàn)，對火電站而言，可避免輔機跳閘時因手動處理不及時而引發(fā)機組解列等事故，降低了因停機造成的經(jīng)濟(jì)損失和安全事故概率。對電網(wǎng)側(cè)而言，可減弱對電網(wǎng)的沖擊，意義重大。

1 機組概況

國電肇慶電廠2號機組鍋爐選用東方鍋爐股份有限公司（東鍋）生產(chǎn)的DG1150/25.4－Ⅱ2型鍋爐。本鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運行的直流鍋爐、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、單爐膛、尾部雙煙道；采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣、全鋼架結(jié)構(gòu)，前后墻對沖燃燒方式的全懸吊結(jié)構(gòu)∏型鍋爐；采用等離子方式點火，分別在前、后墻底層各配備1套等離子，5臺磨煤機，4臺運行，1臺備用。汽輪機選用東方汽輪機有限公司生產(chǎn)的C350/284-24.2/1.35/566/566型汽輪機。本汽輪機為是超臨界、一次中間再熱、單軸、高中壓分缸、三缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機。該廠分散控制系統(tǒng)系統(tǒng)采用北京國電智深控制技術(shù)有限公司的EDPF-NT+分散控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)控制功能有：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、燃燒器管理系統(tǒng)（BMS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）等等，另設(shè)公用網(wǎng)、遠(yuǎn)程柜。

針對該機組的RB試驗包括磨煤機RB（單臺、兩臺）、引/送風(fēng)機RB、給水泵RB和一次風(fēng)機RB。

2 RB試驗存在的風(fēng)險及合格標(biāo)準(zhǔn)

RB試驗風(fēng)險較大，在試驗過程中容易出現(xiàn)諸如爐膛負(fù)壓超限、汽包水位超限、輔機過負(fù)荷、一次風(fēng)壓低、啟動給水泵起源失壓等危險情況，從而造成全燃料喪失(MFT)，造成停機停爐。

合格的RB試驗基本過程如下：RB發(fā)生后機組協(xié)調(diào)方式切除，機組采用機跟爐方式運行，汽機主控調(diào)節(jié)壓力，壓力設(shè)定值按預(yù)先設(shè)定的壓力曲線逐漸減小，鍋爐主控自動切除，輸出跟隨實際燃料量，負(fù)荷按一定速率逐漸減少至目標(biāo)負(fù)荷[2]。

在此過程中，機組運行狀況有如下幾個特征：

1）從當(dāng)前負(fù)荷減到RB目標(biāo)負(fù)荷基本自動完成，無人工干預(yù)或較少。

2）RB過程中主要控制參數(shù)（機組負(fù)荷、主汽壓力、爐膛負(fù)壓、給水流量汽包水位、一次風(fēng)壓、燃料量等）變化平穩(wěn)、沒有大的振蕩。

3）機組負(fù)荷快速平穩(wěn)達(dá)到目標(biāo)值動作。

4）主汽溫度和水冷壁、過熱器壁溫不超溫，主、再熱蒸汽降溫幅度、速率不超標(biāo)。

3 邏輯設(shè)計

RB試驗的邏輯實現(xiàn)主要是通過MCS系統(tǒng)和BMS系統(tǒng)來實現(xiàn)的。具體包含如下幾個方面：

1）RB回路須計算不同RB工況發(fā)生時的燃料目標(biāo)值，需通過輔機最大出力試驗確定，在多臺輔機發(fā)生跳閘時，取跳閘后剩余輔機的最小出力折算相應(yīng)的燃料目標(biāo)值。

2）不同輔機RB后負(fù)荷下降速率不同，應(yīng)根據(jù)具體情況分別設(shè)定。

3）RB發(fā)生后，機組由協(xié)調(diào)方式切換至汽機跟隨方式，汽機主控自動，輸出閉鎖升降30s后自動調(diào)節(jié)壓力，并設(shè)計相應(yīng)的跟隨邏輯，防止RB結(jié)束后運行切換產(chǎn)生擾動。

4）RB工況下滑壓控制曲線和速率設(shè)計。RB工況下的滑壓曲線應(yīng)比正常工況下更為平緩，有利于控制汽機調(diào)閥的關(guān)閉速度，可使功率下降較快，并利于主蒸汽壓力的穩(wěn)定。此外，不同輔機RB應(yīng)設(shè)計不同的壓力變化速率。

5）引/送風(fēng)機的平衡控制。采用引/送風(fēng)機跳閘聯(lián)鎖跳閘同側(cè)引/送風(fēng)機，引/送風(fēng)機通過平衡邏輯，迅速增加出力，維持爐膛負(fù)壓和風(fēng)量[3]。

6）燃料主控邏輯。RB發(fā)生后，非磨煤機RB工況下，跳磨煤機后，閉鎖剩余磨煤機輸出15s鐘后，轉(zhuǎn)入自動控制方式。磨煤機RB發(fā)生后，所有給煤機變頻切為手動并保持當(dāng)前給煤量，啟動等離子點火或油槍穩(wěn)燃。

7）前饋邏輯的設(shè)計。磨煤機RB和給水泵RB中，為防止?fàn)t膛壓力負(fù)壓波動較大，將磨煤機跳閘臺數(shù)折算為一定的開度，作為爐膛負(fù)壓控制回路的前饋。為防止一次風(fēng)壓力過高將磨煤機跳閘臺數(shù)折算為一定的開度作為一次風(fēng)壓控制回路的前饋。一次風(fēng)機RB中，為防止?fàn)t膛負(fù)壓的波動，在爐膛負(fù)壓控制系中，設(shè)計了相關(guān)前饋信號，來維持路負(fù)壓的穩(wěn)定[4]。

8）引/送風(fēng)機RB、給水泵RB和一次風(fēng)機RB中，為了使控制系統(tǒng)能及時調(diào)節(jié)，設(shè)計了防止積分飽和的控制邏輯。

9）RB發(fā)生時屏蔽相關(guān)控制系統(tǒng)（引風(fēng)、送風(fēng)、給水和一次風(fēng)壓控制系統(tǒng)等）偏差報警功能，避免自動控制系統(tǒng)在可控工況下切入手動[5]。

10）不同輔機RB發(fā)生時，跳閘磨煤機的時間間隔不同，其中一次風(fēng)機RB跳磨時間設(shè)置為最短。

11）RB發(fā)生，按一定時間間隔啟動等離子穩(wěn)定燃燒。

12）RB發(fā)生2min內(nèi)保持中間點溫度控制器輸出不變，而后繼續(xù)調(diào)節(jié)。

13）非給水泵RB工況，須限制給水流量的降低速率和最低值。

4 正式試驗前的條件準(zhǔn)備

為了確保試驗成功，正式試驗前應(yīng)完成如下幾項工作。

1）RB控制邏輯修改完畢后，在機組停機檢修時，應(yīng)進(jìn)行RB靜態(tài)試驗，靜態(tài)試驗中輔機打試驗位，通過靜態(tài)試驗研判預(yù)先設(shè)計邏輯動作的正確性。

2）在機組運行時，且協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)已投入的前提下應(yīng)進(jìn)行主汽壓力擾動試驗、爐膛壓力擾動試驗、給水流量擾動試驗等。

3）進(jìn)行變負(fù)荷試驗，考察協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。通過階躍擾動試驗和負(fù)荷拉動試驗，加深對機組性能了解，從而對調(diào)節(jié)品質(zhì)不佳的子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

4）應(yīng)對RB試驗涉及所有輔機進(jìn)行最大出力試驗，包括引風(fēng)機、送風(fēng)機、一次風(fēng)機、電動給水泵，從而對輔機RB發(fā)生的目標(biāo)負(fù)荷做出準(zhǔn)確設(shè)定。

5）鍋爐爐膛安全監(jiān)視保護(hù)FSSS、汽機保護(hù)、發(fā)電機保護(hù)等主保護(hù)投入，且動作正確可靠。

5 正式試驗

RB試驗順序原則上是先易后難，通過先前風(fēng)險相對較低的輔機試驗可以獲得對控制系統(tǒng)后續(xù)調(diào)整的參考。一般順序是先做磨煤機RB，磨煤機RB試驗可以考察其跳閘對爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)、主汽壓力、主汽溫度、給水流量等參數(shù)的影響，特別是對爐膛負(fù)壓的影響。其次為引/送風(fēng)機RB、給水泵RB。一次風(fēng)機單側(cè)跳閘后，會造成一次風(fēng)的大量流失，會給爐膛負(fù)壓造成較大的沖擊，影響機組的整體穩(wěn)定性[6]，一般放在最后進(jìn)行。

5.1 單臺磨煤機RB

2013年7月30日20時22分進(jìn)行了單臺磨煤機RUNBACK試驗。單臺磨煤機RB目標(biāo)壓力20MPa，滑壓速率為0.4MPa/min。試驗前機組負(fù)荷300MW，控制方式為協(xié)調(diào)模式，主汽壓力為23.8MPa，A、B、D、E四磨運行。

20時22分，運行人員就地事故按鈕拍停磨煤機B，觸發(fā)磨煤機RB，A、D、E磨切手動保持原煤量。機組總給煤量由138t/h，瞬間降至103t/h。機組由CCS方式切換為TF方式，主汽壓力按0.4MPa/min速率朝20MPa目標(biāo)壓力滑壓。機主要參數(shù)變化見表1所示。

表1 單臺磨煤機RB工況時機組主要參數(shù)情況Table 1 The main parameter of single coal mill RB operation condition

5.2 兩臺磨煤機RB

試驗前設(shè)置參數(shù)為：2臺磨煤機RB后目標(biāo)壓力18Mpa，滑壓速率為0.5MPa/min。

表2 兩臺磨煤機RB工況時機組主要參數(shù)情況Table 2 Main parameters of the unit two sets of coal mill RB conditions

表3 引風(fēng)機機RB工況時機組主要參數(shù)情況Table 3 The main parameters of the unit of wind machine RB conditions

2013年7月31日00時06分進(jìn)行了兩臺磨煤機RUNBACK試驗。試驗前機組負(fù)荷301MW，控制方式為協(xié)調(diào)模式，主汽壓力為24.7MPa，A、B、D、E四磨運行。

00時06分，運行人員就地事故按鈕拍停磨煤機B，觸發(fā)磨煤機RB，A、B、E磨切手動保持原煤量，約40s后拍停磨煤機D。機組總給煤量由132t/h，降至79t/h。機組由CCS方式切換為TF方式，主汽壓力按0.5MPa/min速率朝18MPa目標(biāo)壓力滑壓。

試驗過程中機組主要參數(shù)變化見表2所示。

5.3 引風(fēng)機RB

2013年8月3日12時15分分進(jìn)行了引/送風(fēng)機RUNBACK試驗。試驗前設(shè)置參數(shù)為：引/送風(fēng)機RB后目標(biāo)壓力17Mpa，滑壓速率為0.6MPa/min，目標(biāo)煤量：85t/h。機組負(fù)荷318MW，控制方式為協(xié)調(diào)模式，主蒸汽壓力為24.1MPa，A、B、D、E四磨運行。

12時15分，運行人員就地事故按鈕拍停引風(fēng)機B，送風(fēng)機B聯(lián)停，觸發(fā)引風(fēng)機RB及送風(fēng)機RB，聯(lián)鎖跳閘D磨煤機。A引風(fēng)機動葉超馳開至80%，A送風(fēng)機動葉超馳開至70%。機組由CCS方式切換為TF方式，主汽壓力按0.6MPa/min速率朝17MPa目標(biāo)壓力滑壓。

表4 給水泵RB時機組主要參數(shù)情況Table 4 The main parameters of feed water pump of RB unit

表5 一次風(fēng)機RB時機組主要參數(shù)變化情況Table 5 Changes of main parameters of the unit of a wind turbine RB

試驗過程中機組主要參數(shù)變化見表3所示。

5.4 給水泵RB

給水泵RB中應(yīng)特別注意設(shè)置小汽機允許最高轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速變化率，防止小汽機超速跳閘，同時應(yīng)保證汽泵的汽源壓力，防止汽動給水泵出力降低。

2013年8月3日16時20分進(jìn)行了給水泵RUNBACK試驗。試驗前設(shè)置參數(shù)為：給水泵RB后目標(biāo)壓力15Mpa，滑壓速率為1.0MPa/min；目標(biāo)煤量72t/h。機組負(fù)荷318MW，控制方式為協(xié)調(diào)模式，主汽壓力為23.8MPa，A、B、D、E四磨運行。

16時20分，運行人員就地事故按鈕拍停給水泵B，觸發(fā)給水泵RB，聯(lián)鎖跳閘D磨煤機，3s后聯(lián)鎖跳閘B磨煤機。A給水泵目標(biāo)轉(zhuǎn)速超馳至5800rpm。機組由CCS方式切換為TF方式，主汽壓力按1.0MPa/min速率朝15MPa目標(biāo)壓力滑壓。

試驗過程中機組主要參數(shù)情況見表4所示，圖1為主要參數(shù)曲線。

圖1 給水泵RB時機組主要參數(shù)曲線情況Fig.1 Curve of main parameters of feed water pump RB

圖2 一次風(fēng)機RB時機組主要參數(shù)曲線Fig.2 The main parameters of the unit curve of a wind turbine RB

5.5 一次風(fēng)機RB試驗

一次風(fēng)機RB中，為了防止?fàn)t膛負(fù)壓超下限MFT及全爐膛無火MFT，磨出口門、一次風(fēng)機出口門、聯(lián)絡(luò)門以及空預(yù)器入口一次風(fēng)擋板應(yīng)迅速關(guān)閉[7-10]。同時，盡快提高運行一次風(fēng)機單機出力，加快導(dǎo)葉或變頻的上升速率。

8月4日11時38分進(jìn)行了一次風(fēng)機RUNBACK試驗。試驗前設(shè)置參數(shù)為：一次風(fēng)機RB后目標(biāo)壓力15MPa；滑壓速率為0.8MPa/min；目標(biāo)煤量：76t/h。

機組負(fù)荷為320MW，控制方式為協(xié)調(diào)模式，主汽壓力為24.3MPa，A、B、D、E四磨運行。

11時38分，運行人員就地事故按鈕拍停一次風(fēng)機B，觸發(fā)一次風(fēng)機RB，聯(lián)鎖跳閘D磨煤機，3s后聯(lián)鎖跳閘B磨煤機。一次風(fēng)機A變頻超馳至48Hz。機組由CCS方式切換為TF方式，主汽壓力按0.8MPa/min速率朝15MPa目標(biāo)壓力滑壓。

試驗過程中機組主要參數(shù)情況見表5所示，圖2為主要參數(shù)曲線。

6 結(jié)語

RB試驗通過協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)、相關(guān)子系統(tǒng)等的協(xié)同作用，在機組鍋爐側(cè)輔機出現(xiàn)故障時，將機組負(fù)荷降低到實際所能達(dá)到的相應(yīng)出力并保證燃燒穩(wěn)定?；陔娋W(wǎng)及電廠高度安全性及經(jīng)濟(jì)性的要求，RB功能成為機組正常運行不可或缺的部分。為了減小RB試驗過程的風(fēng)險，提高RB試驗的成功率，試驗前應(yīng)進(jìn)行負(fù)荷變動、子系統(tǒng)階躍及輔機最大出力等試驗，了解機組特性。此外，在邏輯修改完畢后，應(yīng)進(jìn)行靜態(tài)試驗確定邏輯動作的準(zhǔn)確性。最后在試驗次序上應(yīng)遵循先易后難的原則，對試驗過程中注意風(fēng)、煤、水變化的合理匹配，確保試驗成功。

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