2×600MW超临界抽凝供热机组给水RB控制策略优化研究

章 凯

（福建鸿山热电有限责任公司）

0 引言

福建省鸿山热电厂采用东方汽轮机有限公司生产的超临界抽汽凝汽式汽轮机，其单机额定功率为600MW，最大供热抽汽流量为950t／h。自该厂投产以来，热负荷长期保持在600t／h以上，最大供热抽汽流量达到650t／h。由于鸿山热电厂为国内首台单机供热流量达到600t／h的600MW级抽汽供热机组，没有同等参数机组的运行经验，更缺乏成熟的供热工况RB控制策略，笔者在参考其它同类电厂600MW机组纯凝工况下给水RB控制方案，并针对600MW级、供热流量达600t／h机组控制对象的特性，通过多次模拟实验论证，提出并改进了相应的控制策略方案，在之后发生给水泵RB工况下，控制策略连锁动作成功，避免了全厂对外供热中断事故，极大地提升了供热机组运行的安全性和稳定性。

1 供热负荷需求及供热系统结构

1.1 鸿山热电厂地处工业园区中心位置，其供热管网分为南线和北线，两条供热管路负荷相当。其电厂厂内供热管网布置如图1所示：

图1 2×600MW供热机组厂内管网系统

从图1中可以看出，两台机组的4段抽汽经过喷水减温后汇流至同一根母管向外供热。热负荷较低时，采用单台机组供热，热负荷较高时，则可根据需要由两台机组协同供热。

沿海三镇工业区热负荷特点：沿海三镇热负荷基本稳定在600t／h上下，且负荷基本稳定，波动较小，由于高参数、大流量供热，母管蒸汽流量无法起到缓冲作用，一旦供热切除，短时间热用户用汽就会中断。按照纯凝机组的RB控制策略，给水RB时候，RB目标负荷300MW，切除供热，供热蝶阀全开，转纯凝状态，中断对外供气。在这种状况下，给沿海染整企业生产经营带来了巨大的经济损失，为了解决这种不利的生产经营困局，在国内没有成熟控制策略可供参考的情况下，通过多次实验论证数据，探索并改进优化了给水RB控制策略去满足实际运营需求。

2 给水RB控制策略设计思路和相关逻辑

2.1 给水RB控制策略完善和优化

由于鸿山热电厂的供热机组同时存在供热运行和纯凝运行两种运行工况，且电热负荷不同，运行方式也不同，RB控制策略最复杂且最重要的一部分，就是通过实验分析，分清楚各种工况下的运行方式，通过逻辑准确判断当前处于哪种工况，发出当前工况所对应的控制策略，一旦判断错误，直接导致的后果是难于估量的。所以带着这个问题，笔者思考了大量可能引发逻辑判断错误的因素，包括逻辑组态互相关联引发的逻辑交互错误等一系列偶发因素等，以下为改进优化后的给水RB的具体控制策略：

（1）（电负荷＋热负荷）＞480MW，两台汽泵运行时一台汽泵跳闸，电泵5s内启动 （收到电泵运行信号），锅炉主控目标降至480MW，维持供热，电泵5s内未启动 （未收到电泵运行信号），锅炉主控目标降至300MW，切除供热。

（2）480MW≥（电负荷＋热负荷）≥300MW，两台汽泵运行时一台汽泵跳闸，电泵5s内启动 （收到电泵运行信号），锅炉主控目标负荷维持RB前负荷指令，电泵5s内未启动 （未收到电泵运行信号），锅炉主控目标负荷降至300MW。

（3）热负荷包含中压供热和低压供热两部分。

（4）负荷限速率切换为10MW／s。

（5）在电泵和单台汽泵并列运行正常后，由运行人员手动退出RB保护。

2.2 电泵连锁控制策略

电泵在此控制策略中起着决定性的作用，电泵连锁启动是否成功？启动成功后是否在第一时间开启电泵勺管？是否顺利并泵成功？及时填补另一台汽泵跳闸事故工况下缺失的给水量等等，这些都很关键。同时还要防止在电泵勺管快速开启的过程中，引起电泵振动过大，触发电泵振动保护，导致电泵跳闸，策略联锁失败。同时给水RB工况下勺管开度也很重要，这是匹配两台泵 （电泵、在运汽泵）出力及实际给水量的关键因素，要防止在并泵过程中两台泵 （电泵、在运汽泵）发生抢水及憋泵。经过多次实验论证，缓慢开启电泵勺管，在40%左右有振动临界区，停留时间过长会引起振动超限，触发振动保护跳闸电泵，所以控制策略设计应改为快速开启到RB判断负荷对应的指定勺管开度，快速过临界，防止振动超限，同时也适当放宽了振动保护 （过临界过程中可能发生短时间振动超限），采取上述措施后在实际试验中取得了较好效果。同时为了防止快速开启电泵勺管过程中引起电泵入口流量低，发生汽蚀，设计了电泵入口压力低保护。在保护触发的同时，中止电泵勺管继续开启，保持勺管当前开度，待入口流量稳定，入口压力低保护解除后，转运行人员手动操作并入汽泵。

具体的控制策略如下：

（1）汽泵RB后，根据电热负荷和RB发生时刻的主汽压，勺管指令由25%超驰至折线对应值折线点，闭锁时间为5s，闭锁解除后勺管切手动控制，电热负荷与电泵勺管开度函数关系曲线：（350MW，45%）（400MW，50% ）（450mw，60%）（600MW，65%）。

（2）发2s脉冲将电泵再循环门投入自动状态。

（3）若电泵入口压力＜1.4MPa或入口流量＞600t／h，延时3s，勺管锁定实际开度，2s后释放，切手动由运行操作。

（4）电泵振动跳闸保护，修改为一个轴承振动超过15mm／s与上另一轴振超过10mm／s，延迟5秒触发。

2.3 汽泵RB抢水控制策略和相关逻辑

汽泵RB抢水，前提是电泵正常连锁启动成功，若连锁失败则RB目标负荷设定为300MW，机组转纯凝工况。在汽泵RB抢水发生时，由于给水量急剧减少，水煤比严重不匹配，过热度快速上升，为了在电泵并入前尽可能地抵消这种异常工况的影响，防止水冷壁超温，需要加大在运汽泵出力，最大限度地缓解电泵并入前给水量的缺失，所以考虑采取超弛控制策略，同时防止超弛过程中，指令转速偏差大切除遥控，引起RB连锁失败，同步考虑放大了转速偏差切除遥控逻辑。

具体的控制策略如下：

（1）（电负荷＋热负荷）＞480MW，两台汽泵运行时一台汽泵跳闸，在运汽泵指令超驰至97% （对应转速5900转，给水流量1200t／h，指令速率设有一阶惯性环节，滞后时间为0.04min。超驰闭锁时间4s），超驰结束后释放为自动调节。

（2）480MW≥（电负荷＋热负荷）≥300MW，两台汽泵运行时一台汽泵跳闸，在运汽泵指令超驰至76.5% （对应转速5000转，给水流量1000 t／h，指令速率设有一阶惯性环节，滞后时间为0.04min。超驰闭锁时间2s），超驰结束后释放为自动调节。

（3）自动控制状态，给水公用指令采用与300MW给水RB一样的指令变化速率。

（4） “汽泵转速指令和反馈＞500转退出遥控”改为 “汽泵转速指令和反馈＞1500转退出遥控”逻辑。

2.4 汽机主控控制策略和相关逻辑

汽机主控控制考虑到RB触发时刻为异常工况，为了使电泵顺利并泵，降低阀前压力，增强滑压控制，同时防止主汽压偏差大切除汽机主控。同时解除RB后调门禁增指令。

（1）控制方式切到TF模式，自动投入汽机主控自动和滑压运行。

（2）主汽压变化限速率切换为1.5Mpa／min。

（3）解除主汽压指令反馈偏差大于2Mpa切除汽机主控自动的逻辑。

（4）主汽压指令函数按照RB曲线跟踪。

（5）解除RB后汽机调门禁增指令。主汽压将随着调门开度加大而降低。

2.5 制粉系统控制

制粉系统为了配合RB事故工况下快速减煤，避免水冷壁超温，同时需要煤主控投入自动，而煤主控自动的前提条件就是给煤机自动和磨热风调门自动（考虑到热风调门运行工况恶劣，在长期运行过程中存在取样管堵煤造成风量不准的情况，长时间在此方式下自动运行可能会引起风温控制不好及堵煤的情况发生，但短时间内自动投入则影响不大，且RB工况下有报警提示运行人员加强监盘）所以设计为强制投入所有磨自动。

具体逻辑修改如下：

（1）发2s脉冲将所有在运给煤机、磨冷热风门投入自动状态，煤主控投入自动，由锅炉主控控制。

（2）解除RB后15秒内，闭锁煤主控输出的逻辑，使煤主控减煤更加迅速。

3 给水RB实际动作情况解析

鸿山热电厂在改造完此控制策略，于机组正常供热运行期间，10：02：37，汽泵B跳闸触发RB，汽机调门开度从92%关小至86%，主汽压力偏差最大为1.5Mpa。10：02：37给水流量最大时为 1778t／h，直到10：02：46减小至1030t／h，RB过程中主蒸汽和再热蒸汽温度均未超温，个别水冷壁温度出现超温现象；总燃料 10：02：47最大为 246t／h，10：03：03迅速减小至196t／h，16s内减少50t；过热度从17度最高上升至36.8度；负压从－65Pa开始变化，最低下降至－403Pa。

在运汽泵A目标指令在3s内 （一阶惯性的延迟时间）目标转速超弛升至 5895r／min（设定值为5900r／min），给定转速经过 22s，由 5613r／min升至5895r／min，实际升速率为每分钟为 769r／min，电泵10：02：40联启成功，电泵的勺管开度从10：02：43开始，在3s内由25%迅速开至65%，10：03：01，电泵出口流量达到最大，为672t／h。

单台汽泵跳闸后，在运汽泵、电泵、汽机调门、制粉系统等设备均正确运作。触发汽泵RB 110s后，给水流量已稳定在1400t／h，机组电负荷473MW，供热流量481t／h，各参数趋于稳定。成功实现了 “单台汽泵跳闸后，机组少减负荷甚至不减负荷，不切除供热”的目标，避免了全厂对外供热中断的事故。

4 结束语

本文设计600MW供热机组在供热或者纯凝工况下发生给水泵RB，根据辅机运行状况及当前方式下的电热负荷，最优选控制方式，能够最大限度地确保机组在纯凝工况下不减负荷或者少减负荷，在供热工况下保障供热运行，不切除供热，通过优化控制方式及策略，解决了供热机组生产运营的困难，保证了热电机组的安全性和经济性，同时也很好地兼顾了该地区热用户的需求，取得了很好的经济效益和社会效益。