超臨界直流機組RB試驗若干問題探討

張 彪，周 慧，岳 良

（1.國網湖北省電力有限公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077；2.文華學院，湖北 武漢 430074）

0 引言

RB試驗是指當機組發(fā)生部分主要輔機故障跳閘，機組最大理論出力低于當前實際負荷時，機組協(xié)調控制系統(tǒng)（CCS）將機組負荷快速降到所有輔機實際所能達到的相應出力，并能控制機組參數在允許范圍內保持機組繼續(xù)運行。RB試驗是協(xié)調控制系統(tǒng)乃至整個熱工控制系統(tǒng)在調試及運行過程中的一個綜合性項目，是對機組故障工況下運行能力及對控制系統(tǒng)性能的檢驗。RB類型可分為風機跳閘RB、燃料跳閘RB及給水泵跳閘RB，其中以燃料跳閘類中的一次風機RB及給水泵RB的試驗難度最大[1]、[2]。

本文總結了兩臺國產典型超臨界機組的RB試驗，從機組設備特點、控制策略、試驗過程、試驗數據、問題的分析及處理等方面作了分析比較。項目1為配置3臺雙進雙出磨煤機的350 MW超臨界機組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限公司制造；項目2為配置中速磨正壓直吹制粉系統(tǒng)的660 MW超臨界機組，鍋爐由東方鍋爐廠有限公司制造。

1 RB控制策略分析

目前，多數大型超臨界直流機組采用以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調控制，鍋爐主控滑壓控制主汽壓力，汽機主控主調機組功率。水煤比控制采用水跟煤的控制策略，水煤比粗調中間溫度，鍋爐一、二級減溫控制實現(xiàn)主汽溫度的細調[3]、[4]。

1.1 負荷管理控制

RB工況時，機組自動轉入汽機跟隨模式（TF），主汽壓力根據預先設置好的滑壓曲線實行閉環(huán)控制，功率開環(huán)控制。RB目標負荷理論上對應的是單臺輔機的最大出力負荷，而實際上也是由剩余燃料量產生的熱負荷決定的，控制策略上由鍋爐主控目標指令生成邏輯實現(xiàn)。

項目1中的鍋爐主控指令綜合了煤質的變化因素，即鍋爐主控指令=（當前鍋爐主控指令/當前功率）*單臺輔機最大出力負荷，且不同的RB類型對應不同的鍋爐主控指令變化速率。項目2中的鍋爐主控指令直接由單臺輔機最大出力線性對應求得，沒有考慮煤質因素，試驗結果也證實了在動態(tài)過程中水煤比失調較為嚴重，見后文分析。

1.2 主汽壓力控制

如上述，RB目標負荷由剩余燃料量產生的熱負荷決定，而主汽壓力由汽機主控控制。因此，主汽壓力的動態(tài)變化過程決定了功率的變化過程。主汽壓力的控制方式分為定壓控制、滑壓控制和定-滑壓控制等方式。定壓方式減負荷時，優(yōu)點在于汽機調門可持續(xù)關閉降低負荷，主蒸汽流量逐步減小，充分利用了鍋爐的蓄熱能力，有利于主汽溫度的穩(wěn)定；缺點是機組負荷與主汽壓力不匹配，經濟性差，且給水泵RB時可能導致鍋爐上水困難?；瑝悍绞綔p負荷時，優(yōu)點在于汽輪機調門開度較大，利于汽輪機的安全運行；缺點在于機組功率下降緩慢（特別在無汽機調門禁開邏輯時，負荷容易反調），待鍋爐蓄熱釋放完畢之后，物料不平衡的矛盾開始顯露，表現(xiàn)在過熱度波動大、主再熱汽溫下降過快而危及汽輪機安全。

項目1中采用了滑壓降負荷方式，設置了偏小的滑壓速率，增加了汽機調門禁開邏輯，優(yōu)化整定了汽機主控調壓PID參數，使得降負荷過程中盡量與汽機閥門特性曲線大致匹配，綜合了定、滑壓降負荷的優(yōu)點，減少機組在高風險工況的時間，維持了機組主要參數的穩(wěn)定。項目2采用滑壓降負荷方式，未設計調門禁開邏輯，滑壓設定值下降較快，使得負荷一度反調，試驗時間延長，機組參數波動較大。

1.3 水煤比及過熱汽溫控制

從靜態(tài)角度分析，RB目標負荷對應一定的給水量、風量及燃料量，此靜態(tài)關系可根據機組實際情況進行設置。從動態(tài)機理分析角度，RB過程中，鍋爐各物料動態(tài)不平衡，單臺輔機跳閘后，理論上給水量及燃料量可一步降到位，但考慮到鍋爐的蓄熱，機組負荷不可能一步降到位。如何釋放并充分利用鍋爐的蓄熱，實際上是影響RB試驗品質的核心問題，而鍋爐主汽溫受到水煤比及汽機調門的綜合影響[5]。因此，需要設置合理的水、煤的調節(jié)速率，用以匹配鍋爐蓄熱釋放速率（表現(xiàn)為汽機調門動作速率）。對于作為過熱汽溫粗調手段的過熱度而言，給水量對其影響較為快速，RB工況時根據給水調節(jié)特性設置合理的給水調節(jié)速率以保持過熱度的穩(wěn)定；RB工況下一般切除鍋爐上層燃料，因此汽機調門及燃料的變化對主汽溫的先期影響較為快速，而后才會受到過熱度的影響。

項目1中采用RB發(fā)生時，快降燃料慢降給水的原則，保證過熱度的相對穩(wěn)定，并配合汽機調門的前期快速動作，使主汽溫也保持了相對穩(wěn)定。

2 RB試驗分析

2.1 一次風機RB試驗

項目1機組負荷315 MW，主汽壓力22.8 MPa，DEH在單閥控制方式，兩臺一次風機在變頻自動控制方式，3臺磨煤機在運行狀態(tài)。試驗開始后，鍋爐主控切為手動狀態(tài)，機組進入TF（汽機跟隨）控制方式，汽機主控根據滑壓曲線，以0.5 MPa/min的速率自動調節(jié)汽機調門進行降壓、降負荷，目標負荷230 MW。RB觸發(fā)時，切除一臺磨煤機，10 s后切除半臺磨煤機，并投油助燃，給水控制根據實際燃料量進行自動跟蹤。

表1 項目1一次風機RB試驗數據表Tab.1 Primary air fan RB test data of project 1

圖1 項目1一次風機RB試驗曲線Fig.1 Primary air fan RB test figures of project 1

由表1數據及圖1曲線分析可知，減小主汽壓力的滑壓速率有利于汽溫的穩(wěn)定，且機組負荷平穩(wěn)下降（試驗時間約6 min），試驗結束后能夠快速恢復工況。動態(tài)過程中水煤配比合適，過熱度波動幅度較小。

項目2機組負荷620 MW，主汽壓力24.3 Mpa，DEH在單閥控制方式，兩臺一次風機動葉在自動控制方式，5臺中速磨運行。試驗開始后，鍋爐主控切為手動狀態(tài)，機組進入TF（汽機跟隨）控制方式，汽機主控根據滑壓曲線，以1.4 MPa/min的速率自動調節(jié)汽機調門進行降壓、降負荷，目標負荷300 MW。RB觸發(fā)時，由于單臺一次風機跳閘已經相當于切除了部分燃料，而后又迅速切除兩臺磨煤機（間隔3 s），加之鍋爐采用易燃的褐煤，導致鍋爐燃燒不穩(wěn)，爐膛負壓大幅波動，致使鍋爐爐膛負壓低MFT動作，試驗失敗。而后，將切除兩臺磨煤機的時間間隔修改為8 s，再次試驗時合格。

表2 項目2一次風機RB試驗數據表Tab.2 Primary air fan RB test data of project 2

圖2 項目2一次風機RB試驗曲線Fig.2 Primary air fan RB test figures of project 2

由表2數據及圖2曲線分析可知，由于采用了較大的滑壓速率，功率下降較慢，且一度反調，試驗持續(xù)時間較長（約20 min）；切除的一次風機及磨煤機間隔仍較短，鍋爐燃燒不穩(wěn)，爐膛負壓在-1327 Pa～1503 Pa之間波動；試驗過程中動態(tài)水煤比失調，試驗初期給水跟隨煤量迅速下降，導致過熱度上升過快；另外，試驗初期時鍋爐的熱負荷大量減少，機組僅靠蓄熱緩慢降低負荷，主汽溫度應逐步降低，但試驗過程中汽溫不降反升，也進一步印證了水煤比失調。

2.2 汽動給水泵RB試驗

項目1機組負荷315 MW，主汽壓力23 MPa，DEH在順序閥控制方式，兩臺汽動給水泵在自動控制方式，3臺磨煤機在運行狀態(tài)，機組各主要控制系統(tǒng)投入自動控制。試驗開始后，機組進入TF模式，汽機主控根據滑壓曲線，以0.5 MPa/min自動調節(jié)汽機調門進行降壓、降負荷；切磨投油等連鎖邏輯動作正確；動態(tài)水煤比配比合適，各主參數相對穩(wěn)定；試驗持續(xù)約5 min，機組較快速地脫離危險工況。

表3 項目1汽動給水泵RB試驗數據表Tab.3 Feed water pump RB test data of project 1

圖3 項目1汽動給水泵RB試驗曲線Fig.3 Feed water pump RB test figures of project 1

試驗開始時，一臺汽泵跳閘觸發(fā)RB，由于給水控制的調節(jié)特性，運行汽泵的出力會加大。試驗過程中發(fā)現(xiàn)汽泵在高負荷段推力瓦溫上升過快，易導致給水泵跳閘。因此在控制策略上加以修改，仍然采用水跟煤的控制策略，但在試驗初始階段將給水泵指令在30 s內限制為0.01%/s，避免了運行汽泵突然加大出力造成的推力瓦溫上升過快的問題。

項目2機組負荷600 MW，主汽壓力23.6 Mpa，DEH在單閥控制方式，兩臺給水泵在自動控制方式，5臺中速磨運行。試驗開始后，鍋爐主控切為手動狀態(tài)，機組進入TF（汽機跟隨）控制方式，汽機主控根據滑壓曲線，以1.4 MPa/min自動調節(jié)汽機調門進行降壓、降負荷。

表4 項目2汽動給水泵RB試驗數據表Tab.4 Feed water pump RB test data of project 2

圖4 項目2汽動給水泵RB試驗曲線Fig.4 Feed water pump RB test figures of project 2

RB動作時，燃料量因兩臺磨煤機的切除（間隔7 s）一步到位至239 t/h，給水流量立即跟隨下降。初始控制策略設計為RB工況下取消過熱度的對給水流量的修正作用，導致過熱度在試驗開始后快速上升至91℃，運行人員不得不切除運行泵的自動控制進行手動干預。后將過熱度主調PID限制在±80 t/h，允許其在RB工況的前60 s內起作用，抑制了過熱度的快速上升。

項目2的汽泵RB試驗滑壓速率設置為1.4 MPa/Min，同一次風機RB試驗一致，實踐證明不同輔機RB應設置不同的滑壓速率。特別是汽泵RB的滑壓速率應設置得較小，并在試驗過程中優(yōu)化汽機調壓PID參數，使主汽壓平緩下降，這樣有助于汽機調門的持續(xù)關閉，也有助于控制給水流量的增加。

3 結論

（1）從控制角度來說，超臨界直流機組為一個三輸入三輸出的多變量耦合系統(tǒng)，調節(jié)特性較為復雜。在機組試投協(xié)調及變負荷試驗階段應摸索機組的關鍵控制特性，如動靜態(tài)水煤比、主汽壓控制特性、汽機調門特性等，為RB試驗作準備；從機理角度分析，鍋爐蓄熱為固有特性，應加以合理利用，滑壓速率、調門速率、水煤比等與其息息相關，以上因素協(xié)同作用才能取得較好的試驗效果。

（2）在RB動態(tài)試驗之前，進行靜態(tài)試驗也是必要的。主要檢查RB至MCS、FSSS系統(tǒng)的信號正確性，輔機設備的聯(lián)鎖動作邏輯等。

（3）RB發(fā)生時，鍋爐主控設定值一般由RB目標負荷經“功煤比”生成，需注意量綱的轉換，避免試驗過程中出現(xiàn)煤量設定值的突變。由于機組協(xié)調采用水跟煤的策略，應將給水自動中的切手動條件放寬，避免試驗一開始就造成給水控制切為手動。

（4）為保證試驗成功及機組安全，RB發(fā)生時強制滿足油槍點火條件。對側一運行輔機頻指令設置上限以避免出力過大造成執(zhí)行機構卡死或設備損壞。

（5）針對配置不同制粉系統(tǒng)的機組，或是不同類型的輔機RB試驗，應制定符合設備特點的控制策略。

[參考文獻]（References）

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