330 MW火电机组RB全自动控制策略及试验

杨　柳，王存旭，丁　鑫,李　帆

(1.沈阳工程学院 a.研究生部; b.新能源学院，辽宁 沈阳 110136;

2.辽宁省电力有限公司 电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)



330 MW火电机组RB全自动控制策略及试验

杨柳1a，王存旭1b，丁鑫2,李帆1a

(1.沈阳工程学院 a.研究生部; b.新能源学院，辽宁 沈阳 110136;

2.辽宁省电力有限公司 电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

摘要：通过对RB控制策略和各子控制系统进行修改和优化，在各子控制系统中加入前馈补偿、超驰控制，增强子系统调节抗扰能力，确保在RB过程中各子控制系统能够在RB过程中全程在自动方式，并将各被调量控制在预定范围内，以实现全自动无人干预的RB过程，确保辅机故障跳闸状态时的机组安全运行。并且在菲律宾Mariveles电站进行了实验验证，通过对试验数据进行分析，验证了全自动RB控制策略的优秀效果，可以对相似机组的调试和改造有很好借鉴意义。

关键词：亚临界；汽包炉；全自动方式；RB；协调控制系统；试验；控制策略

目前，国内现有机组虽然具备RB功能，大部分电厂在RB过程中还需要运行人员的干预，运行人员水平的高低决定了RB成功的几率，而全程无操作员干预的情况下完成RB功能，就会摆脱这种限制。机组正常运行时各子回路采用全自动方式下实现RB功能是机组协调控制系统、各子控制系统抗干扰能力的体现。该工程的RB控制策略是在常规RB方案基础上对协调控制系统RB回路、各个子控制系统进行改造、优化来实现的，并且能够达到在全自动无操作员干预的情况下实现RB。

控制策略已经在菲律宾Mariveles电站进行了实验，并且完全达到要求，实现了全自动RB控制策略。我国出口到菲律宾Mariveles电站为2×330 MW火电机组，锅炉为亚临界自然循环汽包锅炉，单炉膛Π型布置，配备5用1备中速磨正压直吹制粉系统，直流式煤粉燃烧器四角布置，切圆燃烧。汽机选用的是哈尔滨汽轮机厂生产的亚临界、单轴、一次中间再热、双缸双排汽、凝汽式汽轮机；配备2台50%汽动给水泵和一台35%电动给水泵。

1RB控制策略的选择及相关要求

1.1RB控制策略的选择

RB功能的实现为机组在协调方式下高自动化的运行提供保障，而RB主控制回路和协调控制系统、DEH系统是交叉在一起的，因此如果要高质量的完成RB实验，就必须统筹考虑RB控制策略，以适应协调控制系统、DEH系统的完整性和可靠性。从机组整体控制来说，RB的控制方式主要有3种方式。

第1种方式是利用DEH预留的3个RUNBACK DI接口进行快速减负荷。RB发生时，锅炉主控切换为手动方式，DEH切除遥控模式，DCS送出RB触发信号至DEH，DEH根据RB触发的类型以不同的速率和目标值关小调门，降低负荷。由于DEH预留的RB接口只有3种不同的RB目标值和变化速率，不能根据锅炉侧的具体蒸汽压力、蒸汽流量等参数灵活的协调机侧和炉侧的变化。

第2种方式是维持机组协调控制方式。RB发生时，协调控制方式维持不变，负荷指令以较快的速率降低至RB目标值，各子控制系统按照协调的控制指令进行正常调节。但是由于在辅机跳闸后是一个非常剧烈的多参数变化过程，很多参数急剧变化，协调方式不能够达到RB要求的快速变负荷的速率要求。目前，协调控制的负荷变化速率较好为2%～3%Pe/min，而RB时根据不同的RB类型需要机组的实际降负荷速率应能达到6%～10%Pe/min。

第3种方式是RB发生时，协调控制方式切换为汽机跟随方式，锅炉主控切换为定值控制，锅炉主控输出值为RB目标负荷值对应的燃料量，汽机主控调节机前主汽压力。锅炉主控指令采取开环控制则可减少机组多参数剧烈变化时对调节上的扰动，防止锅炉主控调节输出过调、震荡，汽机跟随方式能够较快速、准确的调整主汽压力，可以克服第1种方式不能灵活的协调机炉变化的缺点。而锅炉主控采取开环控制，快速降低锅炉输入燃料量，汽轮机控制主汽压力，能以较快的速率释放锅炉蓄热、降低负荷，克服了第2种方式变负荷速率达不到要求的缺点。综上所述，该工程选择第3种控制方式。其中协调控制机、炉主控及RB控制回路框图如图1所示。

1.2RB控制策略的相关要求

根据辅机状况确定需要设计RB的项目，该工程设计引风机RB、送风机RB、一次风机RB、空预器RB、给水泵RB、磨煤机RB。根据不同辅机出力能力确定合适的RB目标值、RB负荷指令变化速率。

RB发生时，机组负荷目标值跟踪RB目标值，机组负荷指令以RB变化速率快速下降至目标值。

锅炉主控输出值超弛为RB目标负荷对应的燃料量值，燃料主控的设定值为RB目标负荷对应的燃料量值。汽机主控强制切换为汽机跟随方式，由汽机主控通过主汽调节阀调节机前主汽压力。机组实际负荷达到RB目标负荷后，汽机主控和锅炉主控自动切换为协调控制模式。

RB发生后，将主汽压力控制方式切换滑压模式，滑压压力偏置值置零，机前主汽压力设定值将以2 MPa/min的速率滑至RB负荷目标值对应的主汽压力值。

由于汽包炉蓄热量较大，压力惯性较大，不似直流炉主汽压力与给水压力一样联系密切，因此在RB发生初期实际主汽压力降低较慢，而为防止RB过程中压力偏差原因汽机调门开大，引起负荷上升，需在RB过程中闭锁汽机调门开大。待达到RB目标负荷时解除对汽机调门的开闭锁，且自动切换机组控制方式由汽机跟随方式至协调方式，因此即便主汽压力存在偏差亦不会引起汽机调门的调节扰动。

图1　协调主控及RB控制回路

BMS系统根据RB目标负荷值间隔5 s(送风机、引风机RB间隔10 s)依次切除某几层的制粉系统，如果磨煤机切除太快，易引起炉膛负压失控，保留的制粉系统层数的原则是RB目标负荷值对应的燃料量平均分配在剩余层制粉系统上时，给煤量合适，不会出现单层制粉系统给煤量过高或过低。RB状态下应最大可能性的保证机组不跳闸，因此在RB过程中可以投入底层油枪稳燃，但许多国外工程的业主认为RB也为正常运行中可能出现的一种工况，且远高于稳燃负荷，禁止投入油枪助燃，且在较大负荷发生RB时，炉膛温度很高，在燃烧设计煤种时发生50%RB完全可以不用投油助燃。

2对RB控制策略及各子控制系统的优化

RB过程除了是机炉协调方式的切换和参数控制外，各子控制系统的超弛控制、前馈控制的增加和优化能较好的稳定各子控制系统参数，如果各子控制回路在RB过程中能够保持自动控制方式，且能将各自参数控制在可控范围内，就能实现全自动RB功能。根据以往机组RB试验经验和动作情况分析出RB的危险点，对试验过程中出现的问题有针对性的进行修改和优化。

2.1RB触发条件的修改和优化

2.1.1对给水泵带负荷能力的判断

由于给水泵在运行状态时，给水泵并不一定处于有效给水工作状态，例如：给水泵出口门未开或给水泵出口压力低于给水母管压力，这些情况下都不能认为给水泵在有效给水工作状态，因此在判断给水泵RB触发条件时，通过判断给水泵出口门、给水泵出口压力与给水母管压力的差值作为判断给水泵是否在有效给水状态，这样的改进有助于防止因逻辑误判引发RB动作失败。

2.1.2对空预器跳闸信号的延时问题

由于空预器马达由变频器控制，空预器主马达跳闸时，辅助马达变频器启动，变频器频率自动增至正常工作值后辅助马达已启动的状态反馈信号才能闭合，所以判断空预器跳闸时应预留空预器马达变频器启动时间，以便空预器辅助马达连锁启动，防止对空预器跳闸的误判。

2.2主汽压力定值生成回路的的修改和优化

RB发生初期时压力设定跟随实际主汽压力，如果主汽压力高于80%额定压力，主汽压力设定值在RB发生后的30 s内跟踪实际主汽压力，这样处理可以在30 s内闭锁汽机主控的调节，防止在RB初期汽机主控为了调节主汽压力而频繁增大或减小主汽调门的开度，避免引起发电机负荷超限或主汽流量下降过快。主汽压力定值生成回路SAMA图如图2所示。

2.3RB发生时汽机主控的修改和优化

在RB发生后的100 s内对汽机主控加入闭锁增信号，防止RB初期实际主汽压力下降慢于设定值时主汽调门开大，以免满负荷发生RB时发电机功率超过额定负荷。

图2　主汽压力定值生成回路组态

给水泵RB发生时给水系统由于失去一台给水泵供水，给水能力大幅下降，由于锅炉蓄热量，主汽压力不会较快的下降，RB初期的蒸汽流量依然较大，此时汽包内汽水工质严重失衡，需尽快降低主汽流量，但过快的降低主汽流量反而引起主汽压力的增高，主汽压力增高又使运行的给水泵因压头阻力的原因导致给水更加困难，因此需在此矛盾的两方面选取一个最优的平衡点。在给水泵RB初期，如果实际主汽压力低于RB时主汽压力的+0.5 MPa，对汽机主控加入迫降信号，汽机主控将以0.3%/s的速率迫降，迫降低限为70%。RB发生时汽机主控闭锁和迫降逻辑SAMA图如图3所示。

2.4制粉控制系统的修改和优化

RB发生时为了快速降低锅炉燃料输入，需间隔5秒跳闸某层制粉系统，而在给煤机跳闸时，总燃料量剧烈变化，如果此时燃料主控继续进行PID调节，将引起燃料PID过调、震荡，单台的给煤机的给煤量在大范围调节、震荡时，对本层煤的稳定燃烧产生不利影响，因此在RB发生后的30 s，闭锁给煤机煤量调节，30 s后再自动调节至目标燃料量。跳闸切除制粉系统时，应保留中间层的制粉系统，能防止RB过程中主汽温度大幅降低。

图3　RB发生时汽机主控闭锁和迫降逻辑SAMA

2.5给水控制系统修改和优化

当一台汽动给水泵跳闸发生RB时，电动给水泵连锁启动且能快速并入给水系统，将能维持较高的机组负荷。在给水控制子系统设计组态时加入电动给水泵自动并泵程序：电动给水泵备用时液耦以一定的函数关系跟踪汽动给水泵指令，电动给水泵连锁启动后液耦指令在跟踪值的基础上以1.5%/s的速率增加，当电动给水泵出口压力接近给水母管压力时以0.5%/s的速率稳健的增加液耦指令直至电动给水泵出口压力和给水母管压力相等，电泵入口流量与汽泵入口流量比例在3/5至4/5之间时，电动给水泵并泵成功。

汽动给水泵RB时剩余的一台汽动给水泵应快速增加转速，但是MEH设置有500 rpm/min的升速率限制，如果汽泵遥控转速指令变化过快可能会导致遥控转速指令与实际转速偏差超过MEH的偏差高限值而将汽动给水泵遥控切除，引发RB失败。首先按照正常调节整定好PID参数后，再根据MEH能接受的最大速率确定PID输出的最大速率，在不改变PID参数的情况下使用PID运算方程反向推导PID最大输出的速率对应的最大偏差值，作为被调量与设定值的偏差进行限幅。

2.6一次风控制系统修改和优化

由于磨煤机跳闸时造成一次风管路通流面积减少，一次风管路阻力上升,使得一次风母管压力快速上升。因此在非一次风机RB时，跳闸2~3层制粉系统，在此过程中，一次风母管压力会阶跃上升，而自动调节需要一定的调节时间，如果一次风母管压力过高将会造成瞬间磨煤机风量增加，使进入炉膛的燃料量增加。在一次风机调节回路中加入前馈回路就可以解决这个问题，非一次风机RB发生且有磨煤机跳闸时一次风机主控指令阶跃降低5%，10 s后以0.1%/s的速率将前馈值撤除。

2.7送风控制系统修改和优化

单侧送风机跳闸发生RB后，送风量急剧下降，剩余运行的送风机超驰开大缓解风煤比的暂时失衡。由于RB过程中锅炉总风量、总燃料量在剧烈变动，在这些参数趋于稳定之前应将氧量调节闭锁，防止在此过程中因氧量调节对本已剧烈扰动的送风量调节叠加新的扰动。

2.8引风控制系统修改和优化

在正常的炉膛压力调节或非一次风机RB时，PID参数整定合理的单回路调节系统就能够胜任。但是发生一次风机RB时，由于一次风压会下降较大、较快，对炉膛压力影响大，炉膛压力在RB发生时会下降较大，超过MFT动作值，这是一次风RB主要的失败原因。因此需要对引风控制系统进行改造和优化，在一次风机发生RB时，阶跃降低引风机调节输出值10%，30 s后以0.2%/s的速率将前馈值撤除，能够有效的降低炉膛压力的波动。

2.9风机调节执行机构高限闭锁增

任意一台引风机、送风机或一次风机跳闸后本风机的调节执行机构(动叶或入口调节挡板)关闭，剩余对侧风机调节执行机构超弛开大，在超弛过程中加入引风机额定电流闭锁增逻辑，在风机电流达到额定电流时对风机控制指令闭锁增，以防止因风机电流过流引起电气故障跳闸，触发MFT。

3优化方案在电厂的实验验证

在送风机RB、引风机RB试验时，总风量立刻下降，但由于短时间内连续跳闸2套制粉系统，总燃料量迅速下降，风煤比能够马上恢复正常。其他各主要参数都在可控范围内：汽包水位波动范围为-68 mm～+19 mm，炉膛负压波动范围为-468 Pa～+53 Pa、一次风压波动范围为11.2 kPa～12.9 kPa；RB过程中各子系统回路均在自动控制方式，不需要运行人员手动干预。试验曲线如图4所示。

图4　送风机RB试验曲线

在一次风机RB试验时，一次风压瞬间由12.1 kPa降至7.6 kPa，由于剩余一次风机调节执行机构超弛开大，且跳闸2套制粉系统，一次风压能快速恢复至9.8 kPa，炉膛压力瞬间大幅下降，然后再引风机调节作用下能在一个扰动波形后恢复正常，最大波动范围-989 Pa～+28 Pa；汽包水位波动范围-87 mm～+23 mm；RB过程中各子系统回路均在自动控制方式，不需要运行人员手动干预。试验曲线如图5所示。

图5　一次风机RB试验曲线

汽动给水泵RB试验按照电动给水泵不联锁启动，目标负荷为50%MCR的方式进行试验，由于DEH主汽调节门在兼顾主汽压力情况下能快速降低，主汽流量能够快速下降，减少汽包进出工质的失衡，防止了汽包水位过多下降，汽包水位在RB发生初期较快的下降至-182 mm，然后逐步恢复，反向过调最高水位达到+69 mm，然后趋于稳定；在RB发生期间，各子回路均在自动控制方式，不需要运行人员手动干预。试验曲线如图6所示。

由以上试验数据可以分析出，对各子控制系统的优化在RB试验过程中起到了预期的作用，使各子控制系统在RB过程中保持自动方式，且各被调量均在可控范围内。

图6　汽动给水泵RB试验曲线

4结论

通过上述对各子控制系统的控制策略的优化，加入相应的超弛、前馈控制，可以使各子控制系统在RB发生时实现较稳定的自动控制，从而实现全自动方式下RB控制，减少运行操作人员的误操作几率，大大提高RB的成功率。菲律宾Mariveles电站2台机组调试运行阶段进行了12次RB试验，均在全自动控制方式下成功完成，各参数均在可控范围内；2台机组在同时进行的720 h可靠性运行期间发生1次汽动给水泵跳闸RB,1次一次风机跳闸RB，也均在全自动控制方式下平稳的降至RB目标负荷。所提出的RB控制策略及优化方法为同类型的汽包炉机组的全自动方式下RB的实现提供了重要的参考和借鉴。

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(责任编辑佟金锴校对张凯)

Full Automatic Control Strategy and Test of

330 MW Thermal Power Unit RB

YANG Liu1a，WANG Cun-xu1b，DING Xin2,LI Fan1a

(1a.Graduate Department; 1b.School of New Energy,Shenyang Institute of Engineering，Shenyang 110136;

2.Electric Power Research Institute of Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang 110006，Liaoning Province)

Abstract：An automatic control strategy have been introducedinthispaper,it involves the runback(RB) function ofthe thermal power unit.Several optimizations of control strategy and subordinatecontrolsystemswas proposed,such as Integrating the feed-forward and the override control into subordinate controlsystems.As a result,antijamming capabilityof systems has been remarkably enhanced,subordinate controlsystems were in state offully-Automation,the regulated quantity was controlled within a predetermined range.Optimizations ensured the safe operation of the unit in state of auxiliary trip fault.Optimizations have been tested in Mariveles Power Plant of Philippines and abtained ideal Performance,showing the reference significance to debugging and modification of similar units.

Key words：sub-critical;drum-boiler;fully-automation;RB;coordinated control system;test;control strategy

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2015.01.019

作者简介：周文平(1976-)，女，吉林德惠人，讲师，博士，主要从事核辐射探测及所用晶体生长理论与实验方面的研究.

基金项目：国家自然基金资助项目(51472047)；辽宁省科学计划项目(2011019，2011-2013)

收稿日期：2014-10-07

中图分类号：TM621.6

文献标识码：A

文章编号：1673-1603(2015)01-0080-06