超临界直流机组RB试验若干问题探讨

超临界直流机组 RB试验若干问题探讨

王鑫

华能大庆热电有限公司 黑龙江 大庆 163000

摘要：随着电力建设的发展，高效节能的超临界机组已成为火力发电的主力机组。而这些超临界机组的安全、稳定运行直接影响着电网的安全、稳定、经济运行。由于超临界机组主汽压力、主汽温度等主要参数高，系统庞大，主辅机设备复杂，据不完全统计由于主要辅机故障引起的机组非停次数占全部非停次数的比例很大，如何提高机组自动应对辅机故障的能力是体现机组自动化水平的重要标志。

关键词：超临界直流机组；RB试验若干问题；

前言：机组RUNBACK(负荷快速自动返回，简称RB)功能是保证发生部分主要辅机故障跳闸，使锅炉最大出力低于给定功率时，协调控制系统将机组负荷快速降低到实际所能达到的相应出力，并控制机组参数在允许范围内运行的重要功能。机组主要辅机在运行中跳闸是突发事件，此时若仅靠运行人员手动操作，由于操作量大，人为因素多，不能确保机组安全运行。因此RB功能是否完善是衡量协调控制系统重要指标。

一、RB功能概述

RB功能的实现需要模拟量控制系统(MCS)、锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)、顺序控制系统(scs)、汽轮机控制系统(DEH)、给水泵汽轮机控制系统(MEH)等的协同控制，其中核心的系统是MCS和FSSS。RB工况对机组的控制策略、参数整定以及相关控制系统的要求很高。国内大型火电机组的DCS大都采用国际上先进的分散控制系统，这些分散控制系统都有自己典型的RB控制功能设计，这些设计对现场设备要求比较高。RB功能能否真正地实现，与电厂各类辅机的运行状况以及其对热力系统影响大小有着直接的关系。所以，电厂的RB试验项目是根据现场实际工况合理地进行选择的。RB控制策略主要涉及MCS和BMS系统，其中MCS系统中几个典型的RB控制回路有：机组最大出力计算；负荷指令变化速率设定；协调控制方式切换、主汽压力控制切换、减温水超驰控制等。RB信号回路的设计和RB工况发生时各系统动作情况，决定了RB功能的好坏。

二、超临界直流机组RB试验若干问题

1.在进行RB正式试验前进行模拟试验和预备性试验是减少机组MFT次数、提高试验成功率的重要途径。对可能出现的各种工况考虑不周或者疏忽，使得实际的控制逻辑未能实现预定的控制方案，将导致RB试验失败。模拟试验是在机组停机时，将辅机送到试验方式，对RB动作过程进行模拟仿真，对设备不会造成重大损坏。主要模拟以下内容：(1)所有RB触发条件能够正确动作。(2)负荷运算回路、协调方式切换、负荷指令变化速率等RB控制参数正确设定。(3)燃料量计算、跟踪回路正确。(4)RB输出到BMS跳磨煤机及给煤机和挡板的控制逻辑正确，满足方案设计要求。(5)风机顺控逻辑、电动给水泵抢水逻辑正确。

2. 预备性试验是在较低负荷稳定运行下，对RB动作过程中涉及到的控制回路检查，由于工况变动不行人员及时补救避免机组MFT的发生。(1)辅机的最大出力，包括送风机、引风机、一次风机、电动给水泵等重要辅机的最大出力。输出上限偏大，造成辅机超负荷运行跳闸或损坏设备；输出上限偏小，造成辅机不能满足机组负荷要求，RB可能失败。(2)层投等离子，保证RB时能按照要求，手动投入等离子稳燃。(3)子系统定值扰动试验，协调控制系统及控制子系统已正常投用，做相应系统(总风量氧量、炉膛压力f、一次风压力、给水、主汽温度、除氧器水位等)的定值扰动试验，满足调节品质要求。(4)协调控制系统在汽机跟随方式下的定值扰动试验，调节品质要求是在0．6-0．8MPa定值扰动下，衰减率V为0．7-0．9，稳定时间小于6分钟。(5)负荷摆动试验，协调汽机跟随方式及控制子系统已正常投用，切掉运行的上层粉，观察总风量、氧量、炉膛压力、一次风压力、给水、主汽温度等参数的变化，如果调节品质不满足要求，调整参数后继续试验。

3.试验开始时，一台汽泵跳闸触发RB，由于给水控制的调节特性，运行汽泵的出力会加大。试验过程中发现汽泵在高负荷段推力瓦温上升过快，易导致给水泵跳闸。因此在控制策略上加以修改，仍然采用水跟煤的控制策略，但在试验初始阶段将给水泵指令在30 s 内限制为0.01%/s，避免了运行汽泵突然加大出力造成的推力瓦温上升过快的问题。机组负荷600 MW，主汽压力23.6 Mpa，DEH 在单阀控制方式，两台给水泵在自动控制方式，中速磨运行。试验开始后，锅炉主控切为手动状态，机组进入TF（汽机跟随）控制方式，汽机主控根据滑压曲线，以1.4 MPa/min 自动调节汽机调门RB 动作时，燃料量因两台磨煤机的切除（间隔7 s）一步到位至239 t/h，给水流量立即跟随下降。初始控制策略设计为RB工况下取消过热度的对给水流量的修正作用，导致过热度在试验开始后快速上升至91 ℃，运行人员不得不切除运行泵的自动控制进行手动干预。后将过热度主调PID限制在±80 t/h，允许其在RB 工况的前60 s 内起作用，抑制了过热度的快速上升。汽泵RB试验滑压速率设置为1.4 MPa/Min，同一次风机RB 试验一致，实践证明不同辅机RB 应设置不同的滑压速率。

三、RB 控制策略分析

1.主汽压力控制。RB目标负荷由剩余燃料量产生的热负荷决定，而主汽压力由汽机主控控制。因此，主汽压力的动态变化过程决定了功率的变化过程。主汽压力的控制方式分为定压控制、滑压控制和定-滑压控制等方式。定压方式减负荷时，优点在于汽机调门可持续关闭降低负荷，主蒸汽流量逐步减小，充分利用了锅炉的蓄热能力，有利于主汽温度的稳定；缺点是机组负荷与主汽压力不匹配，经济性差，且给水泵RB 时可能导致锅炉上水困难。滑压方式减负荷时，优点在于汽轮机调门开度较大，利于汽轮机的安全运行；缺点在于机组功率下降缓慢（特别在无汽机调门禁开逻辑时，负荷容易反调），待锅炉蓄热释放完毕之后，物料不平衡的矛盾开始显露，表现在过热度波动大、主再热汽温下降过快而危及汽轮机安全。采用了滑压降负荷方式，设置了偏小的滑压速率，增加了汽机调门禁开逻辑，优化整定了汽机主控调压PID 参数，使得降负荷过程中尽量与汽机阀门特性曲线大致匹配，综合了定、滑压降负荷的优点，减少机组在高风险工况的时间，维持了机组主要参数的稳定。采用滑压降负荷方式，未设计调门禁开逻辑，滑压设定值下降较快，使得负荷一度反调，试验时间延长，机组参数波动较大。

2.水煤比及过热汽温控制。从静态角度分析，RB目标负荷对应一定的给水量、风量及燃料量，此静态关系可根据机组实际情况进行设置。从动态机理分析角度，RB 过程中，锅炉各物料动态不平衡，单台辅机跳闸后，理论上给水量及燃料量可一步降到位，但考虑到锅炉的蓄热，机组负荷不可能一步降到位。如何释放并充分利用锅炉的蓄热，实际上是影响RB 试验品质的核心问题，而锅炉主汽温受到水煤比及汽机调门的综合影响。因此，需要设置合理的水、煤的调节速率，用以匹配锅炉蓄热释放速率（表现为汽机调门动作速率）。对于作为过热汽温粗调手段的过热度而言，给水量对其影响较为快速，RB 工况时根据给水调节特性设置合理的给水调节速率以保持过热度的稳定；RB 工况下一般切除锅炉上层燃料，因此汽机调门及燃料的变化对主汽温的先期影响较为快速，而后才会受到过热度的影响。采用RB 发生时，快降燃料慢降给水的原则，保证过热度的相对稳定，并配合汽机调门的前期快速动作，使主汽温也保持了相对稳定。

结束语：控制角度来说，超临界直流机组为一个三输入三输出的多变量耦合系统，调节特性较为复杂。在从机理角度分析，锅炉蓄热为固有特性，应加以合理利用滑压速率、调门速率、水煤比等与其息息相关，以上因素协同作用才能取得较好的试验效果。

参考文献：

1.赵志丹,陈志刚,郝德锋，等.火电机组RB 控制策略及其试验中应注意的问题[J].热力发电,2019,39(06):48-50.