辅机故障快速减负荷调试方案的改进及应用

2013-03-22陆梁

电力与能源 2013年3期

陆梁

（上海电力建设启动调整试验所，上海 200031）

0 引言

火力发电机组主要辅机的配置从经济性上考虑，总容量一般仅略大于机组的最大出力。运行中如果发生辅机设备故障跳闸时，必须迅速将机组负荷减到尚在运行的辅机所能承受的最大负荷，这种工况下如果采取人工操作调整，受运行经验等各种因素影响，往往发生因反应不及时或调整不当引起运行参数超越限值，影响机组安全运行，甚至发生整个机组跳闸事故。

辅机故障快速减负荷（RUNBACK）自动控制的主要作用就是在发生上述工况时，自动将机组负荷快速降低到实际所能达到的相应能力，并控制机组在允许的范围内继续运行。随着国内大型火力发电机组容量（600WM超临界、超超临界，1 000WM超超临界燃煤发电机组，等）不断提升，出于电网安全运行的考虑，在新建机组上网前进行安全性评价时，均要求设计RB功能，并必须在机组投产前完成RB功能试验。

1 辅机故障快速减负荷的内涵

1）RB功能试验的重要性目前，国内大型火电机组的基建工期越来越短，RB功能试验又是一项对机组安全运行风险极高的试验项目。因此，RB功能试验能否一次成功，关系到机组能否按时移交生产，并保证机组移交后安全运行的关键，这就需要采用科学的RB功能试验方法，提高RB功能试验的成功率。

2）RB的工作原理在机组正常运行时，RB最大允许负荷计算回路是根据主要辅机设备如磨煤机、空气预热器、送风机、引风机、一次风机以及汽动给水泵的运行状态计算机组最大允许负荷，并作为负荷指令的上限。当其中的任一辅机设备发生跳闸时，计算的最大允许负荷将小于机组实际负荷，RB发生。

3）RB动作后的任务 RB动作后，除了立即将跳闸辅机与仍在运行的系统、设备隔离外，还将完成：根据跳闸辅机的类型确定负荷下降速率和目标负荷，并以此速率降低最大允许负荷至目标负荷；锅炉自动控制系统将跟踪最大允许负荷折算的锅炉出力同步减少燃料量、给水量、送风量，达到快速降低锅炉出力的目的；汽轮机自动控制系统或汽轮机数字式电液控制系统（DEH）立即切换到主汽压力控制方式，并按照滑压曲线自动调节主蒸汽压力的自动控制。

2 辅机故障快速减负荷的试验流程

2.1 编制试验方案

收集锅炉、汽轮机以及主要辅机设备的参数、运行说明、控制要求、原始设计等资料，策划和编制RB试验方案，主要包括试验目的、RB功能原理、试验应具备的条件、试验程序、试验参与各方的职责和分工、试验安全措施等内容。试验方案应经建设、生产、施工、监理等单位会审，通过后报试运指挥部批准。

2.2 控制逻辑、组态检查和优化

2.2.1 生成辅机设备跳闸信号

1）主要辅机设备跳闸信号，大多来自电气开关节点，并且还用于辅机设备自身的保护、锅炉主燃料跳闸（MFT）保护等系统。因此，在跳闸信号的来源、节点类型、组成方式等方面应该注意与其他系统一致。同时，尽可能地对信号采取三取二等处理方式来防止误动。

2）空气预热器有主、副电动机和用于盘车的气动电动机，应该根据副电动机的作用定义空预器跳闸信号的组成方式。一般定义为主电动机跳闸为空预器跳闸，如以主、副电动机均停为空预器跳闸，则需要设计RB延时动作的时间，以便主、副电动机切换。

3）汽动给水泵应该采用与小汽轮机控制系统（MEH）一致的跳闸信号，避免使用给水泵转速信号低与出口门关闭的组合信号，也不要使用顺序控制系统（SCS）综合性的给水泵停运信号。

2.2.2 投入和切除逻辑

1）RB投入条件应该包括负荷大于50%，并且给水和燃料均处于自动控制方式。

2）RB切除条件应该包括RB负荷目标到位、RB发生10min后、RB发生3～5min后手动切除、RB未发生时手动切除和MFT切除。

2.2.3 计算最大允许负荷和负荷下降速率

应该考虑不同辅机设备先后跳闸或同时跳闸的工况，保证计算回路能够输出最低的允许负荷和最大的下降速率。

2.2.4 设置主蒸汽压力设定值的变化速率

RB工况时的主蒸汽压力设定值变化速率与正常运行或变负荷工况有很大的不同，而且不同的辅机设备RB时的速率也不相同，推荐一次风机、汽动给水泵RB时变化速率为1.5～2.5MPa／min；磨煤机RB时变化速率为1.0MPa／min左右；其他性质RB时变化速率为1.0～1.5MPa／min。变化速率应该能提供在线调整，试验时要综合考虑给水流量和主蒸汽温度的控制情况进行调整，并要防止汽轮机的抽汽压力下跌过大，影响汽动给水泵的安全运行。

2.2.5 停运磨煤机的顺序和间隔时间

1）超临界锅炉为了减少RB时的汽温下跌，应该尽可能保留上层制粉系统运行，但是等离子（或微油）点火装置一般设置在从下往上的第二层，为了在极端的情况下能够点火助燃，也应该尽量保留该层制粉系统运行。因此，停运磨煤机的顺序一般是先最底层，然后从最上层往下，尽量采用能保证炉膛稳定燃烧的磨煤机运行模式。除了磨煤机RB外，其他性质的RB一般最终保留3层制粉系统运行。

2）RB发生后立即停运1台磨煤机，间隔时间指停运第2台磨煤机的延时时间，延时时间与负荷下降速率有关，推荐汽动给水泵RB的间隔时间为5～10s、一次风机RB的间隔时间为3～5s、其他性质RB的间隔时间为10～15s。

3）一次风机RB时，停运磨煤机的隔离需要一定的时间，一次风压以及仍在运行磨煤机的一次风量较难维持。因此，最终保留3台还是2台磨煤机需要在试验时根据一次风压和风量动态变化过程确定，逻辑组态时应该留有相应的功能，方便试验时的调整。

2.2.6 其他控制逻辑

1）送、引、一次风机的调节系统应该设置过电流闭锁增逻辑或最大输出限制，给煤机、汽动给水泵转速的调节系统同样应该设置最大输出限制，避免RB发生后仍在运行的辅机设备过载，导致跳闸和运行参数越限发生MFT。

2）应该有送、引、一次风机RB动作时的超驰动作回路，并且正确设置超驰动作的大小和速率。

3）MEH的转速偏差大切除遥控的保护，在RB时推荐放大至1 000r／min，建议对汽动给水泵转速调节系统的转速指令增加速率限制，正常运行工况增减速率为300r／min2，RB时为600～900r／min2，但同时要采取防止调节系统积分饱和的措施。

4）RB发生后的十几秒内，运行参数波动较大，各控制系统的调节作用也较强，应该对送风、引风、一次风压、燃料、给水、主汽压、汽温等调节系统的设定值与被控量、输出指令与实际反馈偏差大切手动控制的保护在RB期间予以暂时屏蔽，保持调节系统自动调节。

5）除一次风机、磨煤机RB外，其他RB发生时，建议停运磨煤机的出口门和冷风门、冷风调节门保持打开，用以防止该工况下2台运行的一次风机抢风，产生喘振。

6）检查磨煤机点火能量逻辑，在发生RB特别是一次风机RB减负荷时考虑是否会由于煤量过低导致仍在运行的磨煤机点火能量丧失或火焰检测信号不稳定的可能性，考虑是否需要等离子拉弧（点微油枪）或点油枪助燃，防止仍在运行的磨煤机跳闸。

7）相关辅机设备的联锁保护在设备跳闸或停运时，能有效地与仍在运行的设备或系统进行隔离。

8）RB发生后，要从逻辑上防止高压旁路在跟踪模式下打开。

2.3 冷态试验

通过强制信号等方法模拟机组运行中发生RB的工况，检查实际控制过程是否符合要求。由于RB涉及的控制系统较多，控制过程快速，检测信号众多，可以分块分别进行模拟试验。另外，重点关注各控制系统之间的接口信号，进行收发试验，保证正确、及时发送和接受。此外，同样的功能模块在不同的控制装置中有不同的设置方法，在试验中应该确认参数设置的正确性。

2.4 RB试验前的准备

2.4.1 单辅机的最大出力试验

在锅炉最大出力、断油最低稳燃负荷、燃烧调整等试验结束的基础上，进行单侧风机、单台磨煤机、单台汽动给水泵等辅机设备的最大出力试验，达到最大出力时辅机设备的电流、温度等运行参数没有超限，机组其他的运行参数如风量、一次风压、炉膛负压、氧量、给水量、汽温等达到该负荷正常运行的要求，并且在该工况下至少能保证运行30min以上，以此确定机组的RB目标负荷以及单辅机的最大输出限制。

2.4.2 设置目标负荷及下降速率

按照单辅机的最大出力试验的机组负荷，并适当降低5%左右作为各辅机RB时的目标负荷进行设置，下降速率可按50%～200%BMCR／min的速率设置。

2.4.3 检查并确认试验条件

1）主要设备和系统均处于良好的运行状态，热力和控制系统没有影响RB试验的重大缺陷。

2）机组已达满负荷、稳定运行的能力，各运行参数达到设计和实际运行的要求。

3）锅炉安全门校验完毕，校验数据准确。

4）锅炉炉膛、燃烧器及各受热面没有结焦、堵灰现象，试验前锅炉已经完成一次吹灰。

5）汽轮机轴向位移、差胀、振动、瓦温等运行参数均在可接受的范围内。

6）汽动给水泵汽源切换试验符合设计和运行要求。

7）在机组运行的条件下，进行等离子拉弧、油枪（微油枪）点火试验，确保这些助燃设备能够正常投运。

8）协调控制系统已经投入，变负荷试验已经结束，各控制系统的调节品质均达到要求。

9）RB回路试验前再次检查确认完毕，并投入RB回路。

10）FSSS、SCS、ETS、DEH、MEH、旁路以及机电炉横向大联锁、汽轮机防进水等联锁保护，均已正常投运。

11）试验前进行了技术和安全交底，运行人员已经制定运行操作规程和反事故措施，试验期间各监视、操作画面，如烟风系统、制粉系统、过热器和再热器系统、给水系统、凝结水系统等均已明确人员分工，而且通信联络畅通。

12）在操作站的趋势图上记录实际负荷、负荷设定值、主汽压、主汽压设定值、主汽温度、再热汽温、中间点温度、给水流量、总风量、总煤量、炉膛负压、一次风压、分离器压力、给水压力、除氧器水位等重要运行参数。

2.5 热态试验

热态试验应该按照设计项目，分别在95%以上额定负荷工况下进行动作试验，一般按磨煤机、引风机、送风机、空气预热器、汽动给水泵、一次风机的顺序，从简单到复杂，逐项试验过程尽可能不进行人为干预。

由于RB涉及众多系统，过程迅速，运行参数变化波动较大，难以干预，因此，为防止试验失败危及整个机组的安全运行，一般在正式试验前，在中负荷（额定负荷的70%～80%）安排准备性RB试验，检查实际动作的准确性和运行参数的控制品质，并进行适当的调整，如果失败则能提高人工挽救的成功率。

准备性试验除负荷较低外，试验方法和过程与正式试验完全一样，不一定要对全部项目均进行准备性试验。一般第一个安排引风机（或送风机）的准备性试验，成功后再按上述顺序依次进行正式试验。汽动给水泵和一次风机的RB正式试验风险最大，也可分别安排一次准备性试验。

准备性RB试验选择某一侧辅机设备跳闸，则正式试验可选择另一侧辅机设备跳闸，以提高试验的完整性。

2.6 试验后的验收签证

1）RB试验结束后，应对每个项目的重要运行参数如机组负荷、主蒸汽压力、主蒸汽温度，再热蒸汽温度、炉膛负压、一次风压、总煤量、总风量、给水流量、除氧器水位、凝汽器水位等在过程中的最大值和最小值进行记录，打印记录过程中变化趋势的曲线图，记录试验开始的时间等。

2）编写试验总结报告，包括试验过程、试验中发现的问题及处理情况或建议、试验的结果及评价。

3）试验结束后及时组织各参与试验的建设、生产、施工、调试、监理单位，对试验过程和结果进行质量检查、评定和验收。

3 辅机故障快速减负荷的质量控制

3.1 准备阶段

1）全面了解锅炉、汽轮机以及各辅助热力设备的设计、运行及控制要求，编制RB试验方案或措施，并组织建设、运行、施工、监理等有关单位进行审查，经批准实施。

2）按锅炉、汽轮机以及各辅助热力设备的特点对RB有关控制系统的控制策略进行优化设计，并以此为依据进行冷态试验，特别是要确保控制系统之间接口信号的准确性。

3）对测试或试验项目进行检查，确保符合设计和运行要求：磨煤机冷、热风挡板、出口门的关闭时间，一次风机出口挡板的严密性；单辅机的最大出力试验；锅炉安全门校验；锅炉断油最低稳燃负荷试验；汽动给水泵汽源切换试验；汽动给水泵高低压调门重叠度试验；机组协调控制变负荷试验，以及试验期间送风量、炉膛负压、一次风压、给水量、主蒸汽压力、主蒸汽和再热蒸汽温度、除氧器水位、凝汽器水位等重要自动调节系统的控制品质，挡板、阀门等执行机构的灵活性和可控性；对试验时的风险进行分析和评估，制定相应的安全措施。