660 MW小旁路机组FCB给水控制策略优化

王　锋， 钟尚文

(广东红海湾发电有限公司， 广东汕尾 516623)



660 MW小旁路机组FCB给水控制策略优化

王锋， 钟尚文

(广东红海湾发电有限公司， 广东汕尾 516623)

分析了660 MW小旁路机组FCB工况下给水控制的难点及利用深度磨煤机RB验证FCB工况下给水控制策略的可行性；进行了高负荷工况下的深度磨煤机RB试验，对试验过程进行了详细分析，优化了相关给水控制回路，提出了FCB工况下单汽泵自动控制给水的控制策略。优化后的中、高负荷工况下深度磨煤机RB试验结果证明了控制策略优化的有效性，对同类机组FCB改造中的给水控制具有一定的指导作用。

FCB； 小旁路机组； 给水控制； 控制策略优化

FCB是指机组在高于某一负荷运行时，因内部或外部(电网)故障与电网解列，瞬间甩掉全部对外供电负荷，但未发生锅炉MFT的情况下，用以维持“发电机解列带厂用电”或“停机不停炉”的自动控制功能[1-2]，对整个电网的快速恢复和整体安全具有重要意义[3-5]。

某电厂对其3号机组实行了FCB改造，热工人员对机炉电大联锁、FCB触发及判断、OPC控制、汽轮机旁路压力控制、动力控制泄放阀(PCV)控制、给水控制、燃料控制、锅炉风烟系统等回路重新进行了逻辑组态或功能完善，FCB项目目前已进入调试阶段。笔者主要介绍了模拟FCB工况下，机组给水控制策略的优化。

1　控制难点与可行性分析

该机组给水系统采用单元制，每台机组配备2台50%容量的汽动给水泵，1台30%容量液力偶合器调速的电动给水泵，用于启动和备用。机组设置1套40%容量的高压旁路和52%容量的低压旁路，并在过热器出口管道上装设了2 只总容量为15%的PCV。

因机组旁路容量小、PCV容量低，FCB动作后，机组负荷必须快速降至极低值，因此燃料和给水目标值都很低(燃料目标值95 t/h，给水目标值650 t/h)，这就对机组给水控制提出了更高的要求。机组突然大幅度甩负荷时，燃料、给水快速下降，若给水下降过快，可能导致后期给水失控，机组因给水流量低低MFT；若给水下降过慢，又可能导致主汽温度下降过快(10 min超过50 K)而最终被迫停炉。因此，控制合适的给水下降速率是FCB取得成功的关键，也是给水控制的难点之一；其次，给水指令突然降至较低值时，两台汽泵共同控制给水流量，伴随着给水流量波动及两个最小流量阀的频繁开关，极易引起给水系统振荡，或引发汽泵抢水，可能导致机组因给水流量低低MFT；此外，以汽泵控制给水的机组，FCB工况时存在汽泵汽源切换问题[6-7]，若汽源切换不当，同样容易引起机组给水流量低低MFT。

通过深度磨煤机RB试验模拟FCB工况下的给水控制过程，验证、优化FCB工况下的给水控制策略，是减少直接甩负荷对机组的损害，或将损失降至较低的有效办法。当发生磨煤机RB且实际煤量小于110 t/h时，触发深度磨煤机RB信号，深度磨煤机RB目标负荷较低，约为额定负荷的三分之一，其燃料、给水、风量等目标值与FCB工况下基本相同。

2　试验过程分析

2015年10月31日17：26：00，机组负荷640 MW，给水流量1 865 t/h，煤量274 t/h，风量1 900 t/h，主汽压力25.2 MPa， 6台给煤机运行(其中A、C、F 3台给煤机切手动，总煤量约95 t/h)。手动跳闸B、E、D磨煤机，触发深度磨煤机RB，总煤量约95 t/h ，RB过程中风烟系统送风机、引风机、增压风机动作正常，炉膛压力波动范围为-604～307 Pa，总风量从1 900 t/h下降至1 290 t/h，主汽温度从600 ℃下降至589 ℃，再热汽温从600 ℃下降至594 ℃。17：27：45，给水流量从1 158 t/h 快速下降；17：28：28，给水流量降至165 t/h，导致锅炉MFT，CCS曲线见图1。

本次RB，风、煤动作正常，但给水流量下降过快，主要是深度磨煤机RB工况下，机组给水控制策略存在缺陷，RB过程中给水失控，导致锅炉MFT。由于是仿真FCB工况，B、E、D 3台磨煤机跳闸后，触发深度磨煤机RB，给水流量指令朝目标值 650 t/h下降的速率过快，给水流量随之快速减少；其次，2台汽泵最小流量阀快速打开至50%，进一步加剧了给水流量的快速下降；三级给水控制回路中(见图2，其中第一级为主给水流量控制回路，第二级为汽泵出口流量控制回路，第三级为汽泵转速控制回路)，第二级汽泵出口流量控制回路的前馈作用过强，比例、积分作用过弱，导致汽泵出口流量瞬间低于汽泵出口流量指令时汽泵转速指令未能快速提升，反而随前馈快速下降，第三级转速控制回路随之快速减水，汽泵出力快速减小，实际给水流量在RB动作40 s左右已降至1 200 t/h以下，其后给水流量加速下降，直至机组给水流量低低MFT。给水控制曲线见图3。

3　控制策略优化

为防止FCB工况下给水流量下降过快而出现不受控的现象，进行的控制策略优化如下：

(1) 双汽泵控制给水变为单汽泵控制给水。考虑到FCB工况下给水目标值较低，最小流量阀随着给水流量波动可能频繁开关，双汽泵控制反而不利于给水流量快速下降至目标值并平稳运行。针对这一特殊工况，提出单汽泵控制给水，设置A汽泵为主控制泵，FCB工况下，B汽泵最小流量阀打开的同时，切B汽泵至手动状态，延时15 s后(以免减水过快，甩负荷瞬间机组憋压导致锅炉断水)，超驰减B汽泵至不出力的热备用状态，保持A汽泵在FCB工况下对给水的全程自动调节，避免FCB工况下双汽泵自动调节带来的巨大耦合干扰。B汽泵超驰减条件为(以下条件为与关系)：①FCB工况触发，延时15 s；②A汽泵在自动状态；③B汽泵转速大于3 000 r/min；④给水流量大于630 t/h；⑤B汽泵入口流量大于350 t/h；⑥给水流量设定值大于给水流量50 t/h。

(2) 优化汽泵最小流量阀控制逻辑。取消A汽泵最小流量阀在FCB工况下的超驰开功能，A汽泵的最小流量保护由原流量保护回路实现，避免FCB前期给水流量下降过快，并导致B汽泵超驰减水回路因给水流量过低，超驰减条件不满足而不起作用；B汽泵最小流量阀的超驰开延时由原来的20 s改为3 s(避开汽泵汽源切换时间)，在RB动作前期快速打开B汽泵最小流量阀，避免后期给水流量较低时开阀对给水控制带来巨大的扰动。

(3) 降低给水流量指令的下降速率。将给水流量指令回路中燃料量对应给水流量指令的二阶惯性环节由固定值修改为给水流量的函数，给水流量越大，惯性环节时间越短，从而起到前期快速减水、后期缓慢减水的作用，有利于FCB工况触发后期给水的回调和控制；其次，在DCS给水系统输出至汽泵MEH的转速指令回路增加速率限制功能，最大变化速率设定为 20 r/s；此外，增加汽泵转速指令与反馈偏差大闭锁汽泵转速指令下降功能，当指令与反馈偏差超过200 r/min时，闭锁转速指令下降。

(4) 优化三级给水控制回路。在第二级泵入口流量控制回路增加变积分PID调节回路，削弱给水调节的前馈作用，加强比例调节作用，在FCB工况下，与原控制回路实现快速无扰切换，加强对泵入口流量的动态调节。

(5) 增加主汽滑压控制功能。深度磨煤机RB触发后，将主汽压力设定值以1 MPa/min的速率滑压至16 MPa，与FCB工况下的高旁压力设定值保持一致。

4　试验结果分析

为避免高负荷试验引起重要参数不可控导致机组跳闸，经上述控制策略优化后，机组首先进行了450 MW中负荷深度磨煤机RB试验。

2016年1月27日12:00:00，机组负荷448 MW，给水流量1 225 t/h，煤量188 t/h，风量1 583 t/h，主汽压力18.9 MPa， 5台给煤机运行(其中A、C、F 3台给煤机切手动，总煤量约95 t/h)。手动跳闸E、D磨煤机，触发深度磨煤机RB，总煤量约95 t/h ，RB过程中风烟系统送风机、引风机、增压风机动作正常，炉膛压力波动范围为-871～604 Pa，总风量从1 583 t/h下降至1 243 t/h，主汽温度从598 ℃下降至576 ℃，再热汽温从599 ℃下降至564 ℃，CCS曲线见图4。

本次中负荷RB，风、煤、水均动作正常，RB动作前期快速减水，后期减水速率变缓，RB过程中给水流量始终紧跟给水指令并最终稳定于目标值。深度磨煤机RB触发后，延时3 s开B汽泵最小流量阀，同时B汽泵切手动，延时15 s后B汽泵开始超驰减，12：00：38，B汽泵超驰减至不出力的热备用状态，12：00：47，给水流量稳定于目标值，实现了A汽泵在RB动作期间对给水的全程自动调节，达到了设计的控制要求。给水控制曲线见图5。

2016年1月28日14：30：00，机组再次进行了高负荷深度磨煤机RB试验，同样取得了良好效果，其CCS及给水控制曲线分别见图6和图7。

5　结语

针对660 MW小旁路机组 FCB 工况下给水失控的问题，笔者提出了单汽泵自动控制给水的控制策略，优化了相关给水控制回路，并通过深度磨煤机RB对优化后的控制策略进行验证，试验结果证明了控制策略优化的可行性和有效性。单汽泵自动控制给水的控制策略在高负荷RB试验过程中，给水流量与指令偏差稍大，可以通过调整相关参数达到更好的控制效果，在此基础上将进行机组后续FCB相关的甩负荷试验。

[1] 王立, 鲁学农. 660 MW机组快速减负荷试验及控制策略优化[J]. 发电设备, 2014, 28(1): 19-22.

[2] 李光耀, 殷立宝. 大容量火力发电机组快速切负荷功能应用分析[J]. 广东电力, 2012, 25(5): 107-111.

[3] 王立地, 姚金环. FCB功能的成功应用与一种新的实现方案[J]. 自动化仪表, 2004, 25(6): 48-52.

[4] 姚金环. 对FCB若干问题的探讨[J]. 中国电力, 2007, 40(5): 59-62.

[5] 黄道火. 660 MW超临界机组快速切负荷试验研究[J]. 广东电力, 2012, 25(8): 39-43.

[6] 冯伟忠. 1 000 MW超超临界机组FCB试验[J]. 中国电力, 2008, 41(10): 62-66.

[7] 段学友, 蔡利军, 刘晓鹏, 等. 660 MW超超临界机组给水泵汽轮机汽源切换及给水控制方式优化[J]. 内蒙古电力技术, 2014, 32(1): 9-13.

Optimization on Feed Water Control Strategy of a 660 MW Unit with Small Bypass System under FCB Condition

Wang Feng, Zhong Shangwen

(Guangdong Red Bay Power Generation Co., Ltd., Shanwei 516623, Guangdong Province, China)

Difficulties encountered in feed water control of a 660 MW unit with small bypass system under FCB conditions were analyzed, while the feasibility of using coal mill RB test to verify the feed water control strategy under FCB conditions was studied. Deep coal mill RB tests were conducted at high loads, and the test procedure was analyzed in detail, based on which relevant feed water control loops were optimized, and subsequently a control strategy was proposed by the automatic way of single steam pump water supply under FCB conditions. The deep coal mill RB test results conducted at medium and high loads prove the optimized control strategy to be effective, which may serve as a reference for FCB feed water control retrofit of similar units.

FCB; small bypass system; feed water control; control strategy optimization

2016-03-21

王锋(1982—)，男，工程师，从事火力发电厂热工自动化工作。

E-mail: wangfeng8u82003@163.com

TK323

A

1671-086X(2016)05-0342-05