超(超)临界机组低负荷时MFT动作原因分析及优化策略

2017-07-31袁世通

综合智慧能源 2017年7期

关键词：给水泵水流量设定值

袁世通

(大唐华中电力试验研究所，郑州 450000)

超(超)临界机组低负荷时MFT动作原因分析及优化策略

袁世通

(大唐华中电力试验研究所，郑州 450000)

针对两台超临界机组低负荷变工况运行中由于给水泵再循环阀开启，造成机组给水流量低，触发主燃料跳闸(MFT)信号的非停事件进行分析，设计了阶梯式比例-积分-微分(PID)控制策略：给水泵入口流量较高时，再循环阀由PID自动控制；给水泵入口流量降至保护开启定值时，再循环阀由流量阀位函数综合控制。大大降低了再循环阀对给水流量的影响，提高了机组低负荷运行的安全性。

超(超)临界机组；低负荷；主燃料跳闸；给水泵再循环阀；比例-积分-微分控制

0 引言

近几年，受我国用电量增速放缓和发电总装机容量(包括火电、水电、风电、光伏等)迅速增长的双重影响，火电机组发电小时数不断降低。由于电网运行中的负荷峰谷差不断增大，作为发电主力的火电厂，其深度调峰的作用凸显，各区域电网“两个细则”的实施，更是加大了火电厂的调峰压力。机组长期低负荷调峰，对运行设备的性能和控制系统的品质提出了更高的要求。本文对两台超临界机组低负荷变工况运行中由于给水泵再循环阀开启，造成机组给水流量低，触发主燃料跳闸(MFT)信号的非停事件进行分析。

1 某650 MW超临界机组MFT事件

1.1 事件经过

该机组锅炉为北京巴布科克·威尔科克斯有限公司引进美国B&W 公司技术生产的B&WB-1900/25.4-M 型超临界参数“W”火焰锅炉。

2015-11-01 T 04:47:00，机组负荷为270 MW，锅炉给水流量为698.00 t/h，主蒸汽温度为565.00 ℃，选择后中间点温度为360.60 ℃，设定值为364.20 ℃。给水控制在自动方式正常调节，A，B侧分离器出口温度偏差为15.00 ℃左右。

04:49:42，选择后中间点温度为369.88 ℃，运行人员将中间点设定值的偏置由-3.85 ℃调整为-7.05 ℃，中间点温度设定值变为357.43 ℃，设定值和测量值偏差为12.45 ℃，给水控制切手动(逻辑为偏差大于10.00 ℃，延时10 s给水控制切手动)，此时给水统操指令为55.26%，锅炉给水流量为731.50 t/h，此后运行人员开始手动操作给水指令。

04:51:47，锅炉燃料量为118.00 t/h，运行人员手动将给水统操指令增加至57.05%，将锅炉给水流量调整为992.92 t/h，控制逻辑中给水流量参考值为797.45 t/h，中间点温度设定值为375.67 ℃，选择后中间点温度为377.59 ℃，运行人员将给水控制投入自动调节，此时A，B侧分离器出口温度偏差为25.00 ℃左右。

04:52:07，给水统操指令为56.40%，锅炉给水流量为999.20 t/h，中间点温度设定值为376.00 ℃，选择后中间点温度为372.50 ℃，运行人员将给水控制切手动，开始手动减小给水流量，此时A，B侧分离器出口温度偏差为29.00 ℃左右。

04:52:47，运行人员手动将给水统操指令减为48.83%，锅炉给水流量为763.00 t/h，控制逻辑中给水流量参考值为808.49 t/h。此时A汽动给水泵(以下简称汽泵)转速指令为3 402.69 r/min，实际转速为3 804.72 r/min，B汽泵转速指令为3 470.63 r/min，实际转速为3 878.67 r/min，两台汽泵的转速指令和实际转速相差400.00 r/min左右，此时运行人员投入给水自动，给水统操指令在48.83%的基础上开始增加。

04:53:06，给水统操指令增至53.27%，锅炉给水流量为541.90 t/h，此时A汽泵转速指令为3 612.37 r/min，实际转速为3 745.32 r/min，B汽泵转速指令为3 675.37 r/min，实际转速为3 802.70 r/min，运行人员将给水控制切手动，开始增加给水统操指令。

04:53:09，给水统操指令增至53.84%，A汽泵转速指令为3 662.37 r/min，实际转速为3 746.80 r/min，B汽泵转速指令为3 725.40 r/min，实际转速为3 800.80 r/min，锅炉给水流量为522.90 t/h，B汽泵进口流量为296.52 t/h(低于300.00 t/h)，B汽泵最小流量阀超驰开启。

04:53:37，锅炉给水流量为424.80 t/h，给水流量低MFT保护动作。

1.2 事件分析

给水控制切手动后，由于运行人员手动大幅增减锅炉给水流量，导致B汽泵最小流量阀因为B汽泵入口流量低于300.00 t/h而超驰联开，锅炉给水流量下降，最终导致给水流量低MFT保护动作，具体过程分析如下。

04:49:42，给水统操指令为55.26%，锅炉给水流量为731.50 t/h。

04:52:07，手动增加给水统操指令至56.40%，锅炉给水流量为999.20 t/h。

04:52:47，运行人员手动减小给水统操指令至48.83%，锅炉给水瞬时流量为763.00 t/h，此时由于给水统操指令降速过快，且汽泵正常转速调节需要一定时间，两台汽泵的转速指令比实际转速低400.00 r/min左右，给水指令对应的给水流量远低于763.00 t/h。此后，虽然给水指令开始增加，但转速指令仍然低于汽泵当前转速，因此汽泵出力继续下降，锅炉给水流量继续降低。

04:53:09，由于此前给水统操指令降得太低，虽然给水统操指令已增至53.84%，但此时对应的汽泵转速指令仍低于汽泵实际转速(A汽泵转速指令为3 662.37 r/min，实际转速为3 746.80 r/min； B汽泵转速指令为3 725.40 r/min，实际转速为3 800.80 r/min)，因此汽泵出力并无增加，此时B汽泵进口流量降为296.52 t/h(低于300.00 t/h)，B汽泵最小流量阀超驰开启。此后，虽然给水统操指令继续增加，但由于B汽泵最小流量阀超驰全开，锅炉给水流量继续降低。

最终在04:53:37，锅炉给水流量降为424.80 t/h，给水流量低MFT保护动作。

2 某660 MW超超临界机组MFT事件

2.1 事件经过

该机组使用上海锅炉厂有限公司生产的SG-2000/26.15-M625 型锅炉，为国产超超临界参数变压直流炉，一次再热、固态排渣、全钢结构、Π型布置，采用平衡通风以及四角切圆燃烧方式。

2016-07-15 T 01:37:02，锅炉跳闸，跳闸首出为锅炉给水流量低低。锅炉跳闸前，机组负荷为330 MW，主给水流量约为920.0 t/h，A汽泵进口流量为560.0 t/h，B汽泵进口流量为520.0 t/h，但主给水流量波动较大。查询现场历史趋势，B汽泵的低压调节阀伺服阀存在卡涩现象，造成伺服指令与线性可变差动变压器(LVDT)反馈存在较大迟延，从而产生伺服指令与LVDT反馈交替变化的正弦波振荡，造成主给水流量波动较大。

01:25:12，由于给水流量波动，运行人员将B汽泵切手动调整，B汽泵实际转速与指令存在偏差。

01:28:54，将B汽泵重新投入自动，A汽泵指令在40%～37%之间波动，B汽泵指令在41%～37%之间波动，给水流量在920.0～850.0 t/h之间波动，A汽泵入口流量在490.0～440.0 t/h之间波动，B汽泵入口流量在520.0～440.0 t/h之间波动。

01:34:00，运行人员将A汽泵切手动，A汽泵实际指令为38%，A汽泵入口流量稳定在530.0 t/h左右；B汽泵自动，指令自动由41%逐渐下减。

01:35:55 ，A，B汽泵入口流量分别为566.0，556.0 t/h，A，B汽泵转速分别为4 115，4 126 r/min，此时运行人员再次将B汽泵切至手动控制，B汽泵指令为32%。

01:36:41，锅炉给水流量下降至785.0 t/h，B汽泵入口流量降至358.0 t/h，低于设定值360.0 t/h， B汽泵再循环阀逐渐开启。

01:36:42，B汽泵再循环流量降至348.6 t/h，B汽泵再循环阀全开，01:36:48主给水流量低于500.0 t/h，延时15 s后，锅炉因给水流量低低跳闸。

2.2 原因分析

(1)因B汽泵伺服阀卡涩造成给水泵汽轮机伺服系统的迟缓率增大，伺服指令发出后，约30 s后LVDT反馈才动作，造成控制不及时，导致给水流量波动大。

(2)运行人员发现给水流量波动后，由于操作不当造成给水流量波动加大，导致B汽泵的入口流量低于350.0 t/h，B汽泵再循环阀快速打开，从而使主给水流量快速降至跳闸值。

(3)B汽泵运行时B汽泵再循环阀投入自动，再循环阀根据B汽泵入口流量设定值(360.0 t/h)与B汽泵入口流量偏差进行自动调节，逐渐开启阀门。但是，B汽泵再循环调节阀的逻辑中有超弛开B汽泵再循环阀逻辑，超弛开的定值为350.0 t/h；01:36:42，B汽泵入口流量降至348.6 t/h，超弛信号起作用，再循环阀瞬间打开，从而使主给水流量降至跳闸值，所以该超弛逻辑是不合理的[1-2]。

3 给水泵再循环阀控制策略分析和优化

3.1 控制策略分析

这两次机组非停的直接原因是给水流量波动时，达到汽泵入口流量低限，触发给水泵再循环阀动作，快速开至100%，导致给水流量进一步降低，最终触发MFT信号。给水泵再循环阀控制逻辑如图1所示(图中：DPU为分散处理单元)。

图1 给水泵再循环阀控制逻辑

图2 阶梯式PID控制策略

3.2 控制策略优化方案

针对上述问题，设计了阶梯式比例-积分-微分(PID)控制策略[3-4]，该策略主要包括PID控制部分和流量阀位函数控制部分。给水泵入口流量较高时，再循环阀由PID自动控制；给水泵入口流量降至保护开启定值时，再循环阀由流量阀位函数综合控制；另外，该控制逻辑保留原有逻辑的超驰保护部分(适当降低流量低限设定值)，控制逻辑如图2所示。

在PID控制部分，通过给水泵出口压力设定给

袁世通：超(超)临界机组低负荷时MFT动作原因分析及优化策略

水泵入口最小流量定值，压力-流量函数关系见表1，然后再通过PID自动调节给水泵再循环阀开度。

在流量阀位函数控制部分，通过给水泵的最小流量安全运行区域，确定给水泵转速对应的再循环阀指令，转速-开度函数关系见表2。

3.3 运行效果

按照阶梯式PID控制策略对两台机组进行优化，机组低负荷运行时，给水泵再循环阀可以平稳开启、关闭，大大降低了再循环阀对给水流量的影响，同时也降低了给水泵的电耗，提高了给水泵的经济性和机组的安全性。