燃煤发电机组燃料制备能力及给煤机控制

(神华广东国华粤电台山发电有限公司，广东 台山 529228)

某1 000 MW发电机组配置6台给煤机，每台给煤机的运行信号在机组控制逻辑中都被引用38处，用于燃料出力能力计算、给煤机和磨煤机开环控制、给煤机跳闸判断、点火能量判断、火检信号判断、给煤机阀门联锁信号等，从而形成复杂的局面，需要细致梳理。给煤机运行信号来源为给煤机就地控制柜中继电器触点信号，频繁引用带来热工控制系统的可靠性降低。旧型号的给煤机本地控制柜担负全部给煤机的控制任务，其所处环境恶劣，柜内电路板故障经常带来发电机组的燃料供给阶跃扰动，导致发电负荷的经济损失。因此，有必要进行给煤机本地控制设备技术升级。

1 制粉系统工艺流程和控制方案

发电厂的给煤机控制进入磨煤机的煤流速率，磨煤机将煤块研磨，由一次风携带煤粉吹入炉膛燃烧。给煤机的电动机采用变频器驱动。在此以型号为ACS510的变频器为例。每台1 000 MW发电机组配置6台给煤机、6台磨煤机、6层油枪点火系统。发电机组的集散控制系统(distributed control system，DCS)采用和利时MACS V6控制系统。

给煤机的旧型号的控制电路包括CPU板、电源板、继电器电路、触摸显示屏。给煤机皮带电机的变频器看作给煤机本地柜控制的执行器，CPU电路板与变频器二者构成闭环控制，闭环控制的目标值跟踪给煤率指令，给煤率指令来自发电机组的燃料主控指令[1-6]。

2 给煤机控制方案

2.1 给煤机启、停控制

2.1.1 给煤机启动、停止控制

改造后给煤机启动、停止控制指令直接控制给煤机的变频器，不再经过继电器回路。给煤机变频器改为3-线宏模式。DCS输出信号送到给煤机远方启(停)指令信号，见图1。图中DI1瞬时得电启动变频器，DI2瞬时断开停止变频器。

图1 给煤机远控启停回路图

2.1.2 给煤机模拟量控制

发电机组的燃料主控指令直接控制给煤机的变频器，不再经过CPU板。给煤率指令信号接到变频器2、3端子，电机工作频率信号从7、9端子送出，电机电流信号从8、9端子送出，见图2。

图2 给煤率指令接线图

2.1.3 给煤机保护停止信号

给煤机皮带上无煤、给煤机出口堵煤，以及变频器的电流、频率、运行、故障、报警监视信号均接入DCS系统。

变频器检测到电机或电机电缆接地，将会自由停车。

变频器在控制板过温时保护动作，立即停车。

如果给煤机出口堵煤并且磨煤机电流小于40 A，远方停运给煤机。

与给煤机对应的磨煤机停止或跳闸时，远方停运给煤机。

当发电机组主燃料跳闸(main fule trip,MFT)发生时，应立即送信号到给煤机动力电源开关，使开关断开，停运给煤机。同时将MFT保护信号送变频器DI2端口。发生MFT时联锁关闭磨煤机出口门、关闭冷热风截止门、关闭密封风风门等，保证截断进入锅炉的燃料。

2.2 变频器参数设置

2.2.1 变频器模式

设置参数项9902为2，选择应用宏为3-线宏。这一设置与给煤机启动、停止信号短指令相配合。

2.2.2 设置变频器AI故障报警

模拟输入的跳线开关J1置于ON，表示AI1在电流位置。参数项1301值为20%，表示4 mA是低限电流信号。

设置参数项3001为3，定义用于给定链中的模拟输入(AI1)信号低于其故障下限时的动作，当AI故障时变频器维持最后10 s的平均转速运行，并发出报警。起用恒速激活功能使得燃料自动控制系统能够耐受给煤机故障情况。

设置参数项3021为20%，模拟输入1的故障极限20%，20%即4 mA电流信号。

2.2.3 设置参数项3002

设置参数项3002为3，当变频器控制盘故障时，变频器维持最后10 s的平均转速运行。

2.2.4 设置变频器转速低报警

设置参数项1401为9，低于监控值1时继电器输出1动作；设置参数项3201为103，即监视编号为0103给定的转速值；设置参数项3202为3.3 Hz，即编号为103的信号的下限报警限值是3.3 Hz。

2.2.5 设置变频器接地故障报警

设置参数项3017为1，变频器检测到电机或电机电缆接地，将会自动停车；设置参数项3024为1，变频器在控制板过温时保护动作，立即停车。

2.2.6 发生变频器本地故障时控制方案

当变频器AI故障时，变频器将最后10 s的平均转速设为恒定值。此时给煤率反馈信号正常，给煤率调节手操器切手动，调节器输出跟踪手操器输出的变频器速度指令，并且变频器运行信号仍在。正确的给煤率反馈仍然用于支持煤水比控制。在启动备用制粉系统后，逐步关小给煤机进口门，给煤率反馈信号随之减小，直到降低至零，此时停止给煤机、停止磨煤机。

如果变频器失控达到最大转速，则值班员关小给煤机进口门来减小给煤率。

当变频器发生接地故障，或者变频器控制板温度故障时，发生变频器本地停车。此时变频器运行信号消失，变频器转速低，引起报警。

2.3 发电机组的RB逻辑

2.3.1 计算最小允许负荷

通常的做法是，借助辅机故障减负荷(run back，RB)回路处理制粉系统故障跳闸。取给煤机运行信号计算燃料最大允许出力，当燃料最大允许出力不足则触发RB功能[7]。以下运算以多变量取代了给煤机运行信号，作用于发电机组RB逻辑。变频器运行或者电机转速不低，并且磨煤机运行时，累加最小允许负荷见图3。

图3 最小允许负荷计算逻辑

2.3.2 计算最大允许负荷

当变频器运行并且无故障、磨煤机运行时定义为燃料制备能力存在，此时累加最大允许负荷。当变频器运行信号消失并且电机转速低，或者磨煤机停止，定义为燃料制备能力失去。见图4。

图4 最大允许负荷计算逻辑

2.4 给煤机电子皮带秤

2.4.1 电子皮带秤的构成

废除旧型号的给煤机电子皮带秤，用以下测量设备和DCS功能构建电子皮带秤。

称重探头采用S型拉力传感器，配接称重变送器，S型拉力传感器安装在称重跨辊之间，皮带两侧各安装1个。

测量电机转速的探头采用磁电测速传感器，配接转速模块。磁电测速传感器安装在电动机同轴的60齿齿轮的侧向，测量齿轮转速。

用于标定时测量皮带速度的脉冲探头采用光电开关。它只在标定给煤机的电子皮带秤时连接，连接两支光电开关，二者安装间距为914.4 mm。

用于标定电子皮带秤的按钮2个，即标定速度和皮重的按钮、标定量程的按钮，二者安装在给煤机本地柜内。

2.4.2 计算给煤率信号

给煤率信号为给煤机单位时间送给磨煤机的煤的质量，单位是t/h。给煤率信号由电机速度信号、称重信号计算得到。电子皮带秤的工作原理见图5。如图5所示，给煤机的称重跨辊间距为914.4 mm。图中皮带速度信号来自图6，速度系数、皮重系数、量程系数来自图6～8。

式中：Q为给煤率；F1和F2为称重信号；F0为皮重系数；g为重力加速度；L为称重跨距；n为电动机转速；D为驱动轮直径；Δ为皮带厚度；i为皮带减速器速比。

图5 给煤率信号

为获得精确的称重精度，称重辊和两个称重跨辊应在同一平面内，其平面度误差不大于±0.05 mm。称重辊必须位于称重跨辊中间位置，各处连接销子得到良好润滑。皮带两侧和滚筒两端的距离相等，不能有皮带的隆起。

2.4.3 速度系数、皮重系数、量程系数

运行中发电机组的给煤机置于实验位后，可以标定电子皮带秤。标定用标准砝码为34 kg。在给煤机皮带的侧边等距离地粘贴4片反光纸。在标定速度和皮重的按钮按下期间进行第一步标定。标定的第一步是去除系统的皮重，同时进行速度标定。在标定量程的按钮按下期间进行第二步量程标定。两个步骤均是记录皮带恰好转动两圈得到的速度系数、皮重系数、量程系数的平均值。

在以下的逻辑图中应注意，每个除数为自动状态时应切换置为1。

必要时进行实物标定给煤机，以其结果修正给煤率测量值。

图6 速度系数

3 给煤机模拟量控制

给煤机的控制功能包括给煤率自动调节功能，根据发电负荷功率值输送适当的给煤量给磨煤机。图9为给煤率闭环控制逻辑图。给煤率控制器的设定值是发电机组的燃料主控指令加上给煤率手操器的偏置值。给煤率控制器的输出信号为变频器转速指令。给煤率控制器的过程信号为给煤机电机转速、称重信号计算得到的给煤率反馈信号。

图7 皮重系数

图8 量程系数

图9 给煤率闭环控制逻辑图

若给煤机皮带上无煤，会造成给煤率指令与反馈偏差超过5%，应发出报警，同时给煤率手操器切入手动状态，给煤率控制器跟踪手操器输出信号。

可靠的给煤率反馈信号应同时满足给煤机电机转速正常、称重信号正常、磨煤机电流正常。

给煤率反馈信号不可信时应当使磨煤机出口温度、磨煤机进口一次风流量自动控制器切入手动状态。

给煤机跳闸信号应送给发电机组的煤水比自动控制回路，作为一个前馈信号，用来减少与燃煤相对应的给水量[8-10]。

两个称重信号偏差超过限值，应发出报警，同时给煤率控制器切入手动状态。

4 紧急情况的处置

变频器故障信号发生时，联锁启动备用制粉系统，油枪点火系统。

变频器故障信号发生时，若电机转速信号正常，值班人员应在燃料供给能力达到发电负荷的要求值后缓慢关闭故障给煤机的进口门，逐步退出故障给煤机。

必要时，在变频器本地控制盘操作。

对于配置助手型控制盘的变频器，按变频器面板LOC/REM键，停止变频器。按住LOC/REM键直到先出现LOCAL CONTROL(本地控制)，再显示LOCAL KEEP RUN(本地控制，保持运行)。

1)当显示LOCAL CONTROL时释放按键，会将控制盘给定设置为当前的外部给定。当外部给定变0时则变频器停车。

2)当显示 LOCAL KEEP RUN(本地控制，保持运行)时释放按键，可根据用户当前的I/O设置保持原来的运行/停止状态和给定。

5 结论

发挥变频器恒速功能，维持给煤机的出力，可以减少发电机组燃料量的阶跃型扰动。通过将给煤机闭环控制切换到手动控制的方法，完全可以实现发电机组的自动控制系统无扰地耐受变频器输入信号故障、变频器控制盘故障。变频器恒速功能给出缓冲时间，借此期间投入备用制粉系统支撑发电机组出力。准确、全面地起用变频器的控制能力的做法，适用于闭环控制系统、暖通空调、风机、泵的控制等多种场合。

给煤机的旧型号的监视测量设备的功能移交给DCS采集单元和控制单元完成，减少测量仪表的重复配置。

通过梳理发电机组燃料制备能力的概念，使得新的RB控制逻辑动作准确。发挥给煤机变频器恒速功能后，给煤机故障触发发电机组辅机故障减负荷动作次数明显减少，有助于提高发电机组自动调节系统的稳定性。