2×600MW超臨界抽凝供熱機(jī)組給水RB控制策略優(yōu)化研究

章 凱

（福建鴻山熱電有限責(zé)任公司）

0 引言

福建省鴻山熱電廠采用東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的超臨界抽汽凝汽式汽輪機(jī)，其單機(jī)額定功率為600MW，最大供熱抽汽流量為950t／h。自該廠投產(chǎn)以來(lái)，熱負(fù)荷長(zhǎng)期保持在600t／h以上，最大供熱抽汽流量達(dá)到650t／h。由于鴻山熱電廠為國(guó)內(nèi)首臺(tái)單機(jī)供熱流量達(dá)到600t／h的600MW級(jí)抽汽供熱機(jī)組，沒(méi)有同等參數(shù)機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，更缺乏成熟的供熱工況RB控制策略，筆者在參考其它同類電廠600MW機(jī)組純凝工況下給水RB控制方案，并針對(duì)600MW級(jí)、供熱流量達(dá)600t／h機(jī)組控制對(duì)象的特性，通過(guò)多次模擬實(shí)驗(yàn)論證，提出并改進(jìn)了相應(yīng)的控制策略方案，在之后發(fā)生給水泵RB工況下，控制策略連鎖動(dòng)作成功，避免了全廠對(duì)外供熱中斷事故，極大地提升了供熱機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

1 供熱負(fù)荷需求及供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 鴻山熱電廠地處工業(yè)園區(qū)中心位置，其供熱管網(wǎng)分為南線和北線，兩條供熱管路負(fù)荷相當(dāng)。其電廠廠內(nèi)供熱管網(wǎng)布置如圖1所示：

圖1 2×600MW供熱機(jī)組廠內(nèi)管網(wǎng)系統(tǒng)

從圖1中可以看出，兩臺(tái)機(jī)組的4段抽汽經(jīng)過(guò)噴水減溫后匯流至同一根母管向外供熱。熱負(fù)荷較低時(shí)，采用單臺(tái)機(jī)組供熱，熱負(fù)荷較高時(shí)，則可根據(jù)需要由兩臺(tái)機(jī)組協(xié)同供熱。

沿海三鎮(zhèn)工業(yè)區(qū)熱負(fù)荷特點(diǎn)：沿海三鎮(zhèn)熱負(fù)荷基本穩(wěn)定在600t／h上下，且負(fù)荷基本穩(wěn)定，波動(dòng)較小，由于高參數(shù)、大流量供熱，母管蒸汽流量無(wú)法起到緩沖作用，一旦供熱切除，短時(shí)間熱用戶用汽就會(huì)中斷。按照純凝機(jī)組的RB控制策略，給水RB時(shí)候，RB目標(biāo)負(fù)荷300MW，切除供熱，供熱蝶閥全開，轉(zhuǎn)純凝狀態(tài)，中斷對(duì)外供氣。在這種狀況下，給沿海染整企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，為了解決這種不利的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)困局，在國(guó)內(nèi)沒(méi)有成熟控制策略可供參考的情況下，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)論證數(shù)據(jù)，探索并改進(jìn)優(yōu)化了給水RB控制策略去滿足實(shí)際運(yùn)營(yíng)需求。

2 給水RB控制策略設(shè)計(jì)思路和相關(guān)邏輯

2.1 給水RB控制策略完善和優(yōu)化

由于鴻山熱電廠的供熱機(jī)組同時(shí)存在供熱運(yùn)行和純凝運(yùn)行兩種運(yùn)行工況，且電熱負(fù)荷不同，運(yùn)行方式也不同，RB控制策略最復(fù)雜且最重要的一部分，就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，分清楚各種工況下的運(yùn)行方式，通過(guò)邏輯準(zhǔn)確判斷當(dāng)前處于哪種工況，發(fā)出當(dāng)前工況所對(duì)應(yīng)的控制策略，一旦判斷錯(cuò)誤，直接導(dǎo)致的后果是難于估量的。所以帶著這個(gè)問(wèn)題，筆者思考了大量可能引發(fā)邏輯判斷錯(cuò)誤的因素，包括邏輯組態(tài)互相關(guān)聯(lián)引發(fā)的邏輯交互錯(cuò)誤等一系列偶發(fā)因素等，以下為改進(jìn)優(yōu)化后的給水RB的具體控制策略：

（1）（電負(fù)荷＋熱負(fù)荷）＞480MW，兩臺(tái)汽泵運(yùn)行時(shí)一臺(tái)汽泵跳閘，電泵5s內(nèi)啟動(dòng) （收到電泵運(yùn)行信號(hào)），鍋爐主控目標(biāo)降至480MW，維持供熱，電泵5s內(nèi)未啟動(dòng) （未收到電泵運(yùn)行信號(hào)），鍋爐主控目標(biāo)降至300MW，切除供熱。

（2）480MW≥（電負(fù)荷＋熱負(fù)荷）≥300MW，兩臺(tái)汽泵運(yùn)行時(shí)一臺(tái)汽泵跳閘，電泵5s內(nèi)啟動(dòng) （收到電泵運(yùn)行信號(hào)），鍋爐主控目標(biāo)負(fù)荷維持RB前負(fù)荷指令，電泵5s內(nèi)未啟動(dòng) （未收到電泵運(yùn)行信號(hào)），鍋爐主控目標(biāo)負(fù)荷降至300MW。

（3）熱負(fù)荷包含中壓供熱和低壓供熱兩部分。

（4）負(fù)荷限速率切換為10MW／s。

（5）在電泵和單臺(tái)汽泵并列運(yùn)行正常后，由運(yùn)行人員手動(dòng)退出RB保護(hù)。

2.2 電泵連鎖控制策略

電泵在此控制策略中起著決定性的作用，電泵連鎖啟動(dòng)是否成功？啟動(dòng)成功后是否在第一時(shí)間開啟電泵勺管？是否順利并泵成功？及時(shí)填補(bǔ)另一臺(tái)汽泵跳閘事故工況下缺失的給水量等等，這些都很關(guān)鍵。同時(shí)還要防止在電泵勺管快速開啟的過(guò)程中，引起電泵振動(dòng)過(guò)大，觸發(fā)電泵振動(dòng)保護(hù)，導(dǎo)致電泵跳閘，策略聯(lián)鎖失敗。同時(shí)給水RB工況下勺管開度也很重要，這是匹配兩臺(tái)泵 （電泵、在運(yùn)汽泵）出力及實(shí)際給水量的關(guān)鍵因素，要防止在并泵過(guò)程中兩臺(tái)泵 （電泵、在運(yùn)汽泵）發(fā)生搶水及憋泵。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)論證，緩慢開啟電泵勺管，在40%左右有振動(dòng)臨界區(qū)，停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起振動(dòng)超限，觸發(fā)振動(dòng)保護(hù)跳閘電泵，所以控制策略設(shè)計(jì)應(yīng)改為快速開啟到RB判斷負(fù)荷對(duì)應(yīng)的指定勺管開度，快速過(guò)臨界，防止振動(dòng)超限，同時(shí)也適當(dāng)放寬了振動(dòng)保護(hù) （過(guò)臨界過(guò)程中可能發(fā)生短時(shí)間振動(dòng)超限），采取上述措施后在實(shí)際試驗(yàn)中取得了較好效果。同時(shí)為了防止快速開啟電泵勺管過(guò)程中引起電泵入口流量低，發(fā)生汽蝕，設(shè)計(jì)了電泵入口壓力低保護(hù)。在保護(hù)觸發(fā)的同時(shí)，中止電泵勺管繼續(xù)開啟，保持勺管當(dāng)前開度，待入口流量穩(wěn)定，入口壓力低保護(hù)解除后，轉(zhuǎn)運(yùn)行人員手動(dòng)操作并入汽泵。

具體的控制策略如下：

（1）汽泵RB后，根據(jù)電熱負(fù)荷和RB發(fā)生時(shí)刻的主汽壓，勺管指令由25%超馳至折線對(duì)應(yīng)值折線點(diǎn)，閉鎖時(shí)間為5s，閉鎖解除后勺管切手動(dòng)控制，電熱負(fù)荷與電泵勺管開度函數(shù)關(guān)系曲線：（350MW，45%）（400MW，50% ）（450mw，60%）（600MW，65%）。

（2）發(fā)2s脈沖將電泵再循環(huán)門投入自動(dòng)狀態(tài)。

（3）若電泵入口壓力＜1.4MPa或入口流量＞600t／h，延時(shí)3s，勺管鎖定實(shí)際開度，2s后釋放，切手動(dòng)由運(yùn)行操作。

（4）電泵振動(dòng)跳閘保護(hù)，修改為一個(gè)軸承振動(dòng)超過(guò)15mm／s與上另一軸振超過(guò)10mm／s，延遲5秒觸發(fā)。

2.3 汽泵RB搶水控制策略和相關(guān)邏輯

汽泵RB搶水，前提是電泵正常連鎖啟動(dòng)成功，若連鎖失敗則RB目標(biāo)負(fù)荷設(shè)定為300MW，機(jī)組轉(zhuǎn)純凝工況。在汽泵RB搶水發(fā)生時(shí)，由于給水量急劇減少，水煤比嚴(yán)重不匹配，過(guò)熱度快速上升，為了在電泵并入前盡可能地抵消這種異常工況的影響，防止水冷壁超溫，需要加大在運(yùn)汽泵出力，最大限度地緩解電泵并入前給水量的缺失，所以考慮采取超弛控制策略，同時(shí)防止超弛過(guò)程中，指令轉(zhuǎn)速偏差大切除遙控，引起RB連鎖失敗，同步考慮放大了轉(zhuǎn)速偏差切除遙控邏輯。

具體的控制策略如下：

（1）（電負(fù)荷＋熱負(fù)荷）＞480MW，兩臺(tái)汽泵運(yùn)行時(shí)一臺(tái)汽泵跳閘，在運(yùn)汽泵指令超馳至97% （對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速5900轉(zhuǎn)，給水流量1200t／h，指令速率設(shè)有一階慣性環(huán)節(jié)，滯后時(shí)間為0.04min。超馳閉鎖時(shí)間4s），超馳結(jié)束后釋放為自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（2）480MW≥（電負(fù)荷＋熱負(fù)荷）≥300MW，兩臺(tái)汽泵運(yùn)行時(shí)一臺(tái)汽泵跳閘，在運(yùn)汽泵指令超馳至76.5% （對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)，給水流量1000 t／h，指令速率設(shè)有一階慣性環(huán)節(jié)，滯后時(shí)間為0.04min。超馳閉鎖時(shí)間2s），超馳結(jié)束后釋放為自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（3）自動(dòng)控制狀態(tài)，給水公用指令采用與300MW給水RB一樣的指令變化速率。

（4） “汽泵轉(zhuǎn)速指令和反饋＞500轉(zhuǎn)退出遙控”改為 “汽泵轉(zhuǎn)速指令和反饋＞1500轉(zhuǎn)退出遙控”邏輯。

2.4 汽機(jī)主控控制策略和相關(guān)邏輯

汽機(jī)主控控制考慮到RB觸發(fā)時(shí)刻為異常工況，為了使電泵順利并泵，降低閥前壓力，增強(qiáng)滑壓控制，同時(shí)防止主汽壓偏差大切除汽機(jī)主控。同時(shí)解除RB后調(diào)門禁增指令。

（1）控制方式切到TF模式，自動(dòng)投入汽機(jī)主控自動(dòng)和滑壓運(yùn)行。

（2）主汽壓變化限速率切換為1.5Mpa／min。

（3）解除主汽壓指令反饋偏差大于2Mpa切除汽機(jī)主控自動(dòng)的邏輯。

（4）主汽壓指令函數(shù)按照RB曲線跟蹤。

（5）解除RB后汽機(jī)調(diào)門禁增指令。主汽壓將隨著調(diào)門開度加大而降低。

2.5 制粉系統(tǒng)控制

制粉系統(tǒng)為了配合RB事故工況下快速減煤，避免水冷壁超溫，同時(shí)需要煤主控投入自動(dòng)，而煤主控自動(dòng)的前提條件就是給煤機(jī)自動(dòng)和磨熱風(fēng)調(diào)門自動(dòng)（考慮到熱風(fēng)調(diào)門運(yùn)行工況惡劣，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中存在取樣管堵煤造成風(fēng)量不準(zhǔn)的情況，長(zhǎng)時(shí)間在此方式下自動(dòng)運(yùn)行可能會(huì)引起風(fēng)溫控制不好及堵煤的情況發(fā)生，但短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)投入則影響不大，且RB工況下有報(bào)警提示運(yùn)行人員加強(qiáng)監(jiān)盤）所以設(shè)計(jì)為強(qiáng)制投入所有磨自動(dòng)。

具體邏輯修改如下：

（1）發(fā)2s脈沖將所有在運(yùn)給煤機(jī)、磨冷熱風(fēng)門投入自動(dòng)狀態(tài)，煤主控投入自動(dòng)，由鍋爐主控控制。

（2）解除RB后15秒內(nèi)，閉鎖煤主控輸出的邏輯，使煤主控減煤更加迅速。

3 給水RB實(shí)際動(dòng)作情況解析

鴻山熱電廠在改造完此控制策略，于機(jī)組正常供熱運(yùn)行期間，10：02：37，汽泵B跳閘觸發(fā)RB，汽機(jī)調(diào)門開度從92%關(guān)小至86%，主汽壓力偏差最大為1.5Mpa。10：02：37給水流量最大時(shí)為 1778t／h，直到10：02：46減小至1030t／h，RB過(guò)程中主蒸汽和再熱蒸汽溫度均未超溫，個(gè)別水冷壁溫度出現(xiàn)超溫現(xiàn)象；總?cè)剂?10：02：47最大為 246t／h，10：03：03迅速減小至196t／h，16s內(nèi)減少50t；過(guò)熱度從17度最高上升至36.8度；負(fù)壓從－65Pa開始變化，最低下降至－403Pa。

在運(yùn)汽泵A目標(biāo)指令在3s內(nèi) （一階慣性的延遲時(shí)間）目標(biāo)轉(zhuǎn)速超弛升至 5895r／min（設(shè)定值為5900r／min），給定轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò) 22s，由 5613r／min升至5895r／min，實(shí)際升速率為每分鐘為 769r／min，電泵10：02：40聯(lián)啟成功，電泵的勺管開度從10：02：43開始，在3s內(nèi)由25%迅速開至65%，10：03：01，電泵出口流量達(dá)到最大，為672t／h。

單臺(tái)汽泵跳閘后，在運(yùn)汽泵、電泵、汽機(jī)調(diào)門、制粉系統(tǒng)等設(shè)備均正確運(yùn)作。觸發(fā)汽泵RB 110s后，給水流量已穩(wěn)定在1400t／h，機(jī)組電負(fù)荷473MW，供熱流量481t／h，各參數(shù)趨于穩(wěn)定。成功實(shí)現(xiàn)了 “單臺(tái)汽泵跳閘后，機(jī)組少減負(fù)荷甚至不減負(fù)荷，不切除供熱”的目標(biāo)，避免了全廠對(duì)外供熱中斷的事故。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)600MW供熱機(jī)組在供熱或者純凝工況下發(fā)生給水泵RB，根據(jù)輔機(jī)運(yùn)行狀況及當(dāng)前方式下的電熱負(fù)荷，最優(yōu)選控制方式，能夠最大限度地確保機(jī)組在純凝工況下不減負(fù)荷或者少減負(fù)荷，在供熱工況下保障供熱運(yùn)行，不切除供熱，通過(guò)優(yōu)化控制方式及策略，解決了供熱機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的困難，保證了熱電機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也很好地兼顧了該地區(qū)熱用戶的需求，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。