RB控制策略优化在超临界机组上的应用

张伶俐，张兆生

(1.江苏航空职业技术学院 航空工程学院，江苏 镇江212134; 2.江苏镇江发电有限公司，江苏 镇江 212100)

0 引 言

当前高效的超(超)临界机组已成为火力发电领域的主流，这些机组运行工况直接关乎电网安全稳定。由于600 MW以上火电机组系统复杂，主汽压力、温度等参数等级高，据不完全统计，由于主要辅机故障引发的机组非停比重较大，因此如何提升机组自适应辅机故障的能力是重要的课题。

当发生主要辅机故障跳闸时，机组不能满负荷运行，此时必须迅速减负荷，协调控制系统CCS将机组负荷快速降低至机组实际所能达到的相应出力，并控制机组在允许参数范围内继续稳定运行的过程称为辅机故障减负荷(RUNBACK)，简称RB[1]。RB功能的实现为机组在高度自动化运行方式下提供了安全保障。

通过分析某火力发电厂630 MW超临界机组一次风机RB动作前后性能指标，对原RB控制策略进行了优化，并在优化方案后进行了动态测试验证，获得了良好的试验结果。

1 机组概况

某火力发电厂5号机组锅炉部分为上海锅炉厂生产的引进美国ALSTOM公司技术制造的超临界变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风。汽轮机为上海汽轮机厂生产的N600-24.2/566/566型超临界，一次中间再热，单轴，反动式，凝汽式汽轮机。发电机由上海电机厂制造。

单元机组控制采用上海FOXBORO公司IA’S分散控制系统，设计包含DAS、BMS、MCS、SCS系统。汽机控制系统采用上海汽轮机有限公司DEH控制系统。

在正常情况下，该火电厂5号机组有空预器、一次风机、送风机、引风机、磨煤机、给水泵等主要辅机在线运行，这些设备存在着故障跳闸的可能性，引起运行工况的异常，严重时会影响机组的运行安全及设备安全。

2 原RB控制策略存在的问题

在实际运行过程中，通过以下三个维度来考察设备RB发生后机组相关性能指标：

1)协调控制系统CCS设计的机组RB实际控制功能；

2)RB工况下各调节子系统的控制性能；

3)有关DCS逻辑以及机组在RB工况时能否实现各控制系统及辅机稳定协调一致动作[2]。

实际运行过程中发现，在当一次风机RB发生时，存在以下问题：

1)磨煤机控制：原策略下一次风机RB时保留了6台磨煤机中的2台，当目标负荷过低时会发生RB失败的情况；

2)汽机调门的控制策略。一次风机RB发生时，机组的运行方式从AGC或CCS控制切换到TF汽机跟踪方式，此时主蒸汽压力设定目标值降至20 MPa。这里分两个阶段。第一阶段在调门不动的状态下，机组采用纯滑压方式运行，机组的出力完全依靠汽轮机进汽压力变化来控制，此时主蒸汽流量下降迟缓，主、再热汽温度下降过多，对汽轮机本体产生的损耗加剧。第二阶段当达到RB设定目标值20 MPa时，调门迅速关闭至可保持压力稳定在目标值处，由于调门的快速响应，会直接造成给水泵上水困难，对给水的调节影响较大，同时也会造成负荷的实际值与目标值偏差大，机组稳定性下降[3]。

3)由于近几年煤炭市场紧俏，煤炭价格居高不下，入炉煤种品质差、热值低、灰分大。而通常RB目标煤量的设定是依据炉型原设计煤种来设置的。因此在掺烧煤质量较差的时候，通常会出现目标煤量不能满足工况需求，数量偏低的情况，RB目标稳定性较差。

3 RB优化策略

3.1 磨煤机控制

该火电厂5号炉共配备6台磨煤机A～F，一次风机采用保留3台磨运行的方案进行RB时，需考虑以下几点因素。

1) 被跳闸磨的进出口门要联锁关闭，不同工况下RB磨煤机跳闸组合见表1、表2。

表1 4台磨煤机运行的工况Table 1 Operating conditions of four coal mills

表2 5台及6台磨煤机运行的工况Table 2 Operating conditions of five and six coal mills

2)根据该火电厂提供的原报告数据并结合单台风机的最大出力试验结果，一次风机RB的目标煤量由原来的2台88 t/h改为3台105 t/h。依据原定数值与试验结果，同样可以制定出不同辅机RB工况与目标煤量数值关系,对应逻辑指导机组运行，如图1所示，这样可以有效提高机组运行稳定性。

图1 RB目标煤量给定逻辑Fig.1 RB target coal quantity given logic

3)一次风机相关的风压、风量保护在RB过程中根据情况适当放宽。

3.2 主蒸汽压力控制

RB发生后，主蒸汽压力的给定值按照一定的速率滑向RB目标压力，使整个RB过程的负荷、压力、汽温控制会更加稳定。表3给出RB目标煤量及滑压速率。

表3 RB目标煤量及滑压速率Table 3 RB target coal quantity and sliding pressure rate table

RB动作时切至滑压控制方式逻辑设计如图2所示。即当辅机RB信号发生并持续2 s以上时，RS触发器输出为1，机组退出协调控制方式，同时自动切换为滑压控制方式运行。

图2 RB动作时切至滑压控制方式逻辑Fig.2 Switch to sliding pressure control mode logic when RB acts

不同工况RB动作时滑压速率设定逻辑如图3所示。

图3 RB动作时滑压速率设定逻辑Fig.3 Logic for setting sliding pressure rate when RB acts

3.3 煤种校正

辅机RB发生时，给定煤量自动设定为RB目标煤量。当入炉煤种质量较差的时候，此时的煤量难以维持目标负荷，即实际负荷与RB目标负荷存在偏差。通过PID模块进行偏差校正，适当提高目标给煤量以保证RB目标的稳定。同时应设置给煤量限值，防止过载。在图4中给出了煤种校正回路。

图4 煤种校正回路Fig.4 Coal type correction logic

4 RB试验过程

4.1 试验基本流程

1)试验过程中，要求5台磨煤机运行，2台送风机运行、2台引风机运行、2台一次风机运行。

2)机组进入500 MW以上负荷稳定运行。

3)一次风机A、B的负荷均匀分配。

4)机前压力稳定。

5)手动停一次风机A或B，另一台风机全开，联锁跳停2台磨煤机，自动投运2台运行磨煤机的油枪，机组切换到TF模式，煤量控制器到105 t/h的目标煤量。

6)记录参数：磨煤机电流、锅炉负荷、主蒸汽压力、入炉总煤量、风机RB前后电流、给水流量、A/B侧主汽温等。

7)观察CCS系统的状态切换情况及各子系统的调节品质。

8)达到并稳定在新的目标负荷后，启动A或B一次风机，恢复机组负荷[4]。

4.2 磨煤机控制

此次一次风机RB试验，5号机组在运行磨煤机共有5台，分为别A、B、C、D、F。在RB动作后，A磨与F磨停运，B、C、D 3台磨煤机处于正常运行状态。

4.3 主蒸汽压力控制

机组在507.55 MW负荷稳定运行，A、B、C、D、F 5台磨煤机运行，汽机调门运行在顺序阀方式。RB发生后，INFIT CCS系统退出，汽轮机压力控制方式转变为滑压运行控制。机组以TP方式运行进行机调压，手动干预燃料主控，分离器温控保持在自动状态。在INFIT CCS协调系统投入/切除瞬间，分离器温度设定值均会跟踪实际分离器温度，然后在依据分离器压力函数发生变动[5]。RB动作后，由汽轮机滑压曲线计算得知主汽目标压力，降压力指令速率为0.8 MPa/min。如此时实际主蒸汽压力高于预定值，调门会保持原状态不动，待实际压力下降至设定值以下时，调门开始正常活动参与压力调节。

4.4 煤量控制

在RB动作后，燃料主控处于手动状态，依据图1中不同工况时RB目标煤量给定值算法，一次风机RB的目标煤量为3台105 t/h。同时，基于图4煤种校正回路得到的系数参与计算后，入炉总煤量控制在133 t/h。

4.5 给水流量控制

RB后给水流量也处于自动控制状态，分离器温控器参调煤水配比，给水流量按照RB目标煤量和煤水比函数计算得出，其数值从1 450 t/h逐步稳定在约1 000 t/h。

RB发生前后机组部分性能参数记录如图5所示。

图5 RB动作前后机组运行参数Fig.5 Unit operating parameters before and after RB action

4.6 RB控制优化效果

观察运行参数趋势图5，一次风机RB动作后，机组负荷由507.6 MW缓降至356.2 MW，主蒸汽压力由20.3 MPa缓慢变化至16.6 MPa左右，A/B两侧主汽温度由570 ℃平稳降至545 ℃左右，B、C、D 3台磨的总给煤量为134.6 t/h，趋近于RB煤量给定值133 t/h，给水流量平稳可控。

5 结 语

以630 MW超临界火电机组为研究对象,通过考察机组RB动作后相关性能指标，分析了一次风机原RB控制策略的不足，并以此为依据对磨煤机、主蒸汽压力及煤种校正等控制逻辑进行了优化，解决了目标负荷变化时机组稳定性差、RB失败的情况。通过此次热控优化后，机组RB发生后，风、煤、水参数平稳过渡至预期目标值，试验圆满成功，此次RB控制策略优化方案正确可靠，可以为同类型超临界火电机组提供技改参考。