低负荷工况下超临界机组给水泵并列运行的控制策略

俞 康， 李卓霖

(广东珠海金湾发电有限公司, 广东珠海 519050)



低负荷工况下超临界机组给水泵并列运行的控制策略

俞 康， 李卓霖

(广东珠海金湾发电有限公司, 广东珠海 519050)

分析了一台600 MW超临界机组低负荷工况下发生给水泵跳闸问题，提出在未触发RB时，通过超驰控制回路提前开启给水泵汽轮机高压调节门，提升给水泵转速达到目标转速的控制策略。实践表明:采用该控制策略后迅速提升锅炉给水流量，保证了机组的安全运行。

火电机组； 低负荷工况； 给水泵跳闸； 锅炉给水流量； 超驰控制

对于一台600 MW发电机组，在高负荷工况下(额定负荷的60%以上，即360 MW以上)，两台给水泵并列运行时，如发生一台给水泵跳闸，会触发控制系统的快速减负荷(RB)动作[1-4]。但在低负荷工况下(360 MW以下)，单台给水泵跳闸不一定会触发控制系统的RB动作，无法实现给水泵的超驰控制，而直接依靠给水流量调节PID作用来提升锅炉给水流量是非常困难的，往往会造成锅炉给水流量低而使机组跳闸。当前火电机组参与深度调峰已经是常态，AGC控制的负荷低限值已经降到40%额定负荷。在常规控制策略中，低负荷工况下发生一台给水泵跳闸时，不一定会触发RB动作，若没有采取相应的控制策略，单靠手动操作或给水自动调节，很难保证机组的安全，因此需要研究在低负荷下一台给水泵跳闸后，如何快速提升锅炉给水流量的控制策略。笔者通过对一台600 MW超临界机组在低负荷工况下发生给水泵跳闸而造成机组跳闸原因的分析，提出一种低负荷工况下两台给水泵并列运行的控制策略。

1 故障简况

该机组配置有两台50%容量的锅炉汽动给水泵和一台电动给水泵备用。

2016年4月19日0时，机组在机炉协调控制方式下运行，机组指令本地给定，负荷指令250 MW，主蒸汽温度558 ℃，主蒸汽压力14 MPa，主给水流量700 t/h，机组运行稳定。

A给水泵跳闸后锅炉给水流量变化见图1。 00：16：36 主给水流量由695.4 t/h开始往下降，同时B给水泵出口流量由393 t/h开始往上升；00：16：41主给水流量降至523 t/h(低于跳闸定值539.5 t/h)；00：16：50 主给水流量跌至411.24 t/h，触发主给水流量达低Ⅱ值触发MFT(主给水流量低于539.5 t/h延时9 s触发MFT)，机组跳闸。在此过程中B给水泵出口流量由393 t/h上升至450 t/h，显然单纯依靠PID的自动调节无法快速地将锅炉给水流量提高至MFT定值以上。因此需要研究在低负荷下给水泵跳闸后，如何快速提升锅炉给水流量的控制策略。

图1 A给水泵跳闸后锅炉给水流量变化情况

2 控制策略

2.1 低负荷下给水泵超驰控制

当发生一台给水泵跳闸时，如未触发RB工况，则首先根据机组当前的负荷指令，确定单台给水泵运行的目标转速值，通过超驰控制回路将给水泵转速迅速提升到目标值，而不是单依靠PID的调节来提升给水流量，其安全性会更高。低负荷下A给水泵跳闸超驰信号生成梯形图见图2。

图2 低负荷下A给水泵跳闸超驰信号生成梯形图

B给水汽动泵超驰强拉信号触发的条件为：(1)给水主控在自动状态；(2)B给水汽动泵转速未强拉到位(B给水泵的实际转速与B单泵运行时的目标转速偏差大于20 r/min)；(3)B给水汽动泵出口流量控制在自动状态；(4)电泵未投运；(5)机组实际负荷低于360 MW；(6)低负荷给水泵跳闸强拉保护按钮投入，并且A给水汽动泵跳闸，B给水汽动泵超驰强拉信号触发。

B汽动泵超驰强拉信号复位的条件为：(1)60 s的脉冲信号，即最多强拉1 min；(2)B汽动泵转速强拉到位(B汽动泵实际转速与强拉目标转速偏差在20 r/min范围内)；(3)主给水流量已强拉到目标值延时10 s(实际主给水流量与设定值偏差在20 t/h范围内)；(4)人为结束强拉(包括：切给水主控手动；切B汽动泵出口流量控制器手动；退出低负荷给水泵跳闸强拉保护按钮)。

图3为低负荷给水泵跳闸超驰控制原理图。

图3 低负荷给水泵跳闸超驰控制原理图

当超驰强拉信号触发时，选择由当前负荷指令计算得到的目标转速值，具体计算用DCS的一个线性插值函数f(x)得到，f(x)的设置见表1。通过RAMP斜坡块以2 000 r/min的斜坡升速率由当前转速指令快速拉升至目标转速。在强拉过程中给水主控输出跟踪B汽动泵的出口流量，即B汽动泵出口流量控制器的测量值(B汽动泵出口流量)与设定值(给水主控输出指令)相同，实现强拉结束后的无扰切换。

表1 f(x)参数

2.2 MEH转速控制器控制参数优化

图3中汽动泵出口流量控制器输出转速指令经过速率限制1 800 r/min得到限速后的转速指令，并除以系数65(转速量程为0～6 500 r/min，MEH转速控制器测量值、设定值化为转速量程的百分数)作为MEH转速控制器的设定值，实际转速除以系数65作为测量值，其输出指令作为给水泵汽轮机高、低压调节门的阀门总指令。MEH转速控制器应采用强比例、强积分的控制参数，从而能够快速打开调节门，确保泵的实际升速率。

MEH转速控制器测量、设定值量程为0～100%，输出指令量程0～100%，比例带为根据负荷设定的变参数，400 MW以下负荷时比例带为120(即Kp=0.833)，积分时间为定值0.8 min。假设转速设定值阶跃增大300 r/min(300/65=4.615，即其输入变化量为4.615%)，则其输出阀门总指令只增大3.85%，显然调节参数过慢。

将MEH转速控制器参数优化为：当低负荷工况发生给水泵跳闸时，MEH转速控制器比例带切换为定值40(即Kp=2.5)，积分时间切换为0.4 min。

2.3 给水泵汽轮机高、低压调节门重叠度函数优化

给水泵汽轮机多设计有两路汽源：一路是第四段抽汽来的低压汽源；另一路是由冷再热蒸汽母管来的高压汽源。两路汽源分别通过低压调节门和高压调节门进入给水泵汽轮机。

由于在低负荷段，给水泵汽轮机的低压汽源(四段抽气)压力极低，例如在250 MW负荷时，低压汽源压力仅仅为0.4 MPa左右，因此仅仅依靠低压汽源回路可能已经无法满足单泵的出力需求，考虑应将高压汽源(由冷再热蒸汽供)提前投入运行，快速提高给水泵汽轮机负载，抢回给水。图4为给水泵汽轮机阀门总指令对应的阀门开度曲线。

图4 给水泵汽轮机机阀门总指令对应的阀门开度曲线

由图4给水泵汽轮机阀门总指令对应的阀门开度曲线可知：优化前阀门总指令60%，高压调节门开始开启，60%～70%为高、低压调节门的联调区。当低负荷出现给水泵跳闸工况，将在运给水泵汽轮机高压调节门的开启点前移至45%(阀门总指令45%对应的低压调节门开度指令为64.29%，对应两台泵并列运行时的负荷为320 MW左右)。

为防止高压调节门在正常运行函数和快拉函数切换时出现跳变或波动，加入函数切换时间设置：正常运行函数切至快拉函数约2.5 min，快拉函数切换至正常运行函数约10 min。

2.4 主给水流量达低Ⅱ值MFT延时时间优化

原逻辑为当机组主给水流量低于539.5 t/h延时9 s触发MFT信号，优化为当机组实际负荷大于360 MW，延时时间9 s不变；当机组实际负荷小于360 MW，主给水流量低于539.5 t/h MFT延时时间改为15 s。

3 试验结果

逻辑优化完成后，在250 MW工况下完成A给水泵手动打闸，B给水泵强拉试验，结果见图5。

图5 试验主给水流量变化趋势图

21：32：45 B汽动泵超驰强拉动作，21：32：47 主给水流量由728.59 t/h开始下降，21：32：53 主给水流量跌至MFT保护定值539.5 t/h以下，21：33：03 主给水流量回升至544.56 t/h高于跳闸值。21：33：45 B汽动泵强拉信号复位，主给水流量最高升至669 t/h。在此期间机组主蒸汽温度，各水冷壁壁温无明显变化。强拉超驰动作期间给水主控输出跟踪B汽动泵出口流量。由图5可看出在试验过程中主给水流量低于跳闸值539.5 t/h的时间为10 s。

图6为试验过程中B汽动给水泵超驰强拉转速趋势图。21：32：45 B汽动泵转速指令3 479.5 r/min开始超驰强拉，21：32：53 B汽动泵转速指令强拉至目标值3 751.07 r/min。B汽动泵实际转速由超驰动作前的3 486 r/min先降至3 457 r/min，21：33：01实际转速升至3 563 r/min，强拉信号复位时21：33：46实际转速升至3 627 r/min，整个过程中B汽动泵实际转速上升170 r/min。从图6可看出B汽动泵超驰强拉信号是由1 min的脉冲时间复位，1 min时间内主给水流量与汽动泵实际转速都未达到目标值范围内。转速强拉过程中，B给水泵汽轮机高压调节门最大开至2.2%，即高压调节门并未起作用。

图6 试验B汽动泵强拉转速趋势图

图7为试验中B给水泵汽轮机转速控制趋势图。转速指令强拉过程中阀门总指令由31.92%增大至41.84%，其低压调节门指令由45.8%增大至60.42%，MEH转速控制稳定无波动现象。可以进一步加快MEH转速控制器调节速度，低负荷工况下给水泵跳闸比例带由40改为30(即Kp=3.33)。由图7可见，21：34：11至21：35：00时间内阀门总指令由47.95%增大至54.58%，给水泵汽轮机低压调节门开度由68.74%开大至78.5%，转速保持3 625 r/min不变。低压调节门在此调节区域内存在死区，必须进一步优化高、低压调节门的重叠度函数，使高压调节门进一步提前参与调节，以防止给水泵汽轮机阀门总指令在47%附近运行时发生给水泵跳闸工况。图8为进一步优化后的给水泵汽轮机高压调节门开启对比图。当给水泵汽轮机阀门总指令37%高压调节门就开始开启，高压调节门最大开度为30%(阀门总指令37%对应的低压调节门开度指令为52.86%，对应两台泵并列运行时的负荷为270 MW左右)。

图7 试验B给水泵汽轮机MEH转速控制趋势图

图8 试验前后高压调节门开启对比图

4 结语

低负荷下，单台给水泵跳闸不会触发RB动作，无法实现给水泵的超驰控制，直接依靠PID的调节来提升锅炉给水流量是非常困难的。笔者提出的一种低负荷工况下发生给水泵跳闸而没有触发RB时，根据当前负荷确定给水泵目标转速值，通过超驰控制回路迅速提升给水泵转速设定；并通过给水泵汽轮机高、低压调节门重叠度函数的切换使高压调节门提前参与调节，使在运给水泵汽轮机的实际转速快速到达目标转速的控制策略。通过现场实际应用，取得了显著的效果。在低负荷工况下发生给水泵跳闸，在超驰控制作用下，迅速提升运行给水泵到相应的目标转速，从而迅速提升锅炉给水流量，避免发生锅炉因给水流量低MFT，保证了机组的安全稳定运行。

[1] 刘志清. 600 MW超临界机组给水泵跳闸RB的关键控制策略[J]. 江苏电机工程, 2008, 27(1): 78-80.

[2] 熊泽生, 曹泉, 蒋辉. 给水泵跳闸工况下保持给水自控的设计和投运[J]. 湖北电力, 2005, 29(S): 61-63.

[3] 赵军. 火力发电机组给水泵快减负荷的研究及对策[J]. 电站系统工程, 2009, 25(6): 31-33.

[4] 俞康. 600 MW超临界直流机组RB控制策略分析[J]. 电气应用, 2015, 34(14): 51-53.

Parallel Running Control Strategy of Feed Pumps at Low Load of a Supercritical Unit

Yu Kang, LI Zhuolin

(Guangdong Zhuhai Jinwan Power Generation Co., Ltd., Zhuhai 519000, Guangdong Province, China)

To solve the problem of feed pump trip occurring at low load of a 600 MW supercritical unit, a method is proposed by opening the high-pressure governing valve of the feed pump turbine in advance through override control when the RB function is not triggered, so as to raise the pump speed to the target value. Results show that the feed water flow of boiler can be prompted rapidly after the control strategy is applied, which helps to secure the safety of unit operation.

thermal power unit; low load condition; feed pump trip; boiler feed water flow; override control

2016-06-16；

2016-07-21

俞 康(1986—)，男，工程师，从事超临界火力发电厂自动控制系统的维护工作。E-mail: yukang552200@163.com

TK223.7

A

1671-086X(2017)03-0209-04