亞臨界機組RB保護功能及試驗分析

牛樹森，趙長軍

（1.華電濰坊發電有限公司，山東 濰坊 261204；2.山東沾化熱電有限公司，山東 沾化 256800）

0 引言

輔機故障快速減負荷（RB）功能的可靠性對防止機組非正常停機、提高電網穩定性具有重要意義。當發生部分主要輔機故障跳閘,機組最大出力低于給定功率時,DCS控制系統將機組負荷快速降低到實際所能達到的相應出力,并將機組控制在允許參數范圍內安全穩定運行稱為RUNBACK（輔機故障減負荷,簡稱RB）。RB保護既是對機組健康運行狀況和相關輔機及其附屬設備快速響應能力的檢驗；是對熱工自動控制系統和聯鎖保護系統性能的考驗，可以有效避免設備損壞和減少不必要的停機。

1 系統概述

華電濰坊發電有限公司Ⅰ期工程裝機2×330 MW亞臨界凝汽式燃煤發電機組，分別于2002年和2003年進行了汽輪機通流系統改造，機組出力能力增容為330 MW。鍋爐由東方鍋爐廠設計制造的DG-1025/18.2-Ⅱ4型亞臨界、中間再熱、自然循環汽包爐。燃燒系統原設計為四角切圓燃燒擺動式燃燒器，共五層煤粉燃燒器。汽輪機由東方汽輪機廠生產的亞臨界330 MW高中壓合缸，中間再熱雙缸雙排汽凝汽式汽輪機，型號為：N330-16.7/537/537，最大連續出力為340 MW，額定出力330 MW。

濰坊公司Ⅰ期2×330 MW機組設計有帶100%額定給水流量的汽動給水泵和帶50%額定給水流量的電動給水泵各1臺；送風機、吸風機、一次風機均設計安裝為離心式。

其中A側送/吸風機出力可調設備配置為高壓變頻器與風門擋板互為備用，B側送/吸風機和一次風機可調式執行機構均為擋板，配套日本產GADILIUS氣動執行機構。變速調節風機功耗低、運行效率提高、廠用電率降低,節能效果顯著，但存在雙擋板和單變頻單擋板兩種不能自動切換的運行方式。如何協調變頻側與工頻側負荷分配，保證左右側煙風系統及爐膛燃燒平衡給機組自動調節和RB工況下的快速保護提出了嶄新的課題；而且單側一次風機、電泵帶負載能力弱，如何保障單側一次風機故障狀態下一次風道壓力，保證送粉系統及爐膛燃燒的安全；安全如何保證電泵快速啟動過程中的鍋爐安全，滿足快速并泵的運行要求等都是RB保護成功的難點。

2 RB保護功能設計

2.1 RB保護原理

RB保護策略主要由MCS和FSSS、SCS等控制系統共同實現。

MCS系統設計如下RB控制回路：RB保護投切及RB判斷邏輯、RB工況下的主汽壓力和燃燒控制邏輯、RB工況下的電泵調節控制、RB條件下的送引風機及一次風機控制邏輯和RB條件下主再熱汽溫度控制邏輯等，主要任務是將鍋爐負荷控制到與故障工況大致匹配的水平上，確保燃燒穩定。

FSSS系統的任務是根據RB動作指令控制主燃料的切除和快速自動投油。

SCS系統首先輸出正確的輔機跳閘信號送到MCS系統作為RB保護動作的判斷條件，其次通過其聯鎖保護邏輯，保證鍋爐風/煙/煤及水/汽系統的快速平衡并與機組故障工況下的目標負荷快速匹配，避免爐膛壓力、爐膛氧量、汽包水位和鍋爐汽溫等機組安全參數的劇烈波動。

2.2 設計概況

濰坊公司的RB保護邏輯設計有送/引風機變頻RB、送/引風機工頻RB/給水泵RB和一次風機RB等4種類型，其RB保護輸出指令分別送FSSS、SCS、DEH等控制系統，驅動相關設備動作。

根據濰坊公司的主要輔機及其調節設備的配置特點，送/引風機變頻RB、送/引風機工頻RB/給水泵RB選用“強制置位”模式，一次風機RB則采用常規的自動控制優先方式。

2.3 FSSS系統RB保護

快速自動投油：RB保護指令觸發油槍快投邏輯，AB層油槍自動投入，油槍投運順序1324，油槍程控快投時不進行油槍吹掃。

RB保護強制切粉。RB保護指令觸發，送/引風機變頻RB、送引風機工頻RB，最終保留三層運行給粉機；給水泵及一次風機RB，保留兩層半給粉機運行（RB保護指令切除C2、C4給粉機），一次風機RB保護指令同步強關聯跳給粉機對應的一次風門。層給粉機按照自上而下的先后順序切除，確定切除燃燒器的間隔時間應考慮平衡機組快速減負荷和防止機組燃燒工況劇烈變化之間的矛盾，對于一次風機RB及亞臨界機組給水泵RB，燃燒器切除的時間間隔要大大短于其它RB工況。

2.4 MCS系統之RB控制邏輯

2.4.1 RB發生判斷邏輯

送風機變頻RB：機組實際負荷大于200 MW、A側送風機變頻器運行且B側送風機停止運行。

引風機變頻RB：機組實際負荷大于200 MW、A側吸風機變頻器運行且B側引風機停止運行。

送風機工頻RB：機組實際負荷大于200 MW且A/B側送風機之一停止運行。

引風機工頻RB：機組實際負荷大于200 MW且A/B側引風機之一停止運行。

一次風機RB：機組實際負荷大于180 MW且任一臺一次風機停止運行。

給水泵RB：機組實際負荷大于180 MW且汽泵跳閘。

2.4.2 RB條件下的主汽壓力控制

亞臨界機組主蒸汽壓力的控制有定壓運行控制方式和滑壓運行控制方式。定壓運行控制方式恢復機組穩定運行工況快，但易造成機組負荷與蒸汽壓力不匹配，導致汽輪機調節閥開度過小。對于風機RB，上述兩種控制方式對于試驗結果的影響不明顯；對于給水泵RB，定壓運行控制方式將會出現機組上水困難，滑壓運行機組控制方式將會出現機組降負荷速率過慢。因此，采用定一滑壓運行控制方式，即先定壓后降壓減負荷，試驗結果證明該方式是一個較好的控制方案。

RB發生后，機組協調控制系統強制切換到TF方式,壓力定值上限為14 MPa,壓力變化率為0.4 MPa/Min，給水泵RB保護動作工況下的壓力變化率為0.3 MPa/Min。為防止汽機調門過開造成機組降負荷困難，設置RB保護動作工況下的汽機主控PID調節指令增閉鎖。為防止汽機調門過關造成機組上水困難，設置RB保護動作工況下的汽機主控PID調節指令低限值。

2.4.3 RB條件下的燃燒控制

當RB發生后，鍋爐主控、燃燒主控切手動，RB保護輸出燃燒率強制控制給粉機出力，強制時間10 s。在多個RB保護觸發條件同時存在時，以目標負荷定值最低者為準。

2.4.4 煙風系統RB保護

單元機組的風煙系統為對稱結構，對于平衡通風、送引風機有單側聯鎖跳閘關系的風煙系統，不僅A、B兩側具有完全的等效性，送風機跳閘RB與引風機跳閘RB試驗也具有一定的等效關系。送風機跳閘RB控制過程，爐膛壓力變化是瞬間探低再沖高然后逐漸恢復的過程；而引風機跳閘RB控制過程，爐膛負壓變化是直接沖高然后逐漸恢復的過程。RB動作瞬間發生的爐膛壓力不同變化，主要是由于設備聯跳邏輯的傳遞與動作時延所造成的。如果熱工保護系統和被控設備處于健康狀態，RB動作造成的爐膛壓力偏離值和偏離時間應該是在安全范圍以內。因此，對于風煙系統同側設備要求聯跳的機組，送風機RB、引風機RB試驗具有一定的等效性，在滿足一定的條件下可以相互替代。

送引風機RB控制邏輯。送引風機調節原設計運行方式為雙側擋板控制，現2A側調節設備改造為高壓變頻器調節,正常運行方式為A側變頻控制B側擋板控制,備用運行方式是雙側擋板調節。鑒于機組的上述配置，為保證機組全工況下的自動調節質量和安全穩定，送/吸風機RB保護采用強制置位方式。

1）送引風機變頻RB保護。單側變頻器/單側擋板控制方式下RB，B側工頻風機跳閘，A側變頻風機運行，對應的變頻側風機調節指令置位值根據風機變頻器熱態試驗效果確定，為保證風機變頻器實際轉速達到目標值，強制置位30 s。

2）送引風機工頻RB保護。送/吸風機工頻RB保護動作，工頻風機運行，根據濰坊公司風機配置狀況和熱態試驗結論，對應的變頻側風機調節指令置位值分別強置為，工頻送風機調節指令強制置位到55%工頻吸風機調節指令強制置位到85%，強制時間均為5 s。

2.4.5 一次風機RB與給水泵RB控制邏輯

單側一次風機與電動給水泵的帶負荷能力相近，都比較低，因此其降負荷速率與切粉時序的設定基本相同。區別在于一次風機RB成功的關鍵在于故障工況創下的一次風壓保持能力，給水泵RB成功的關鍵在于電泵的聯鎖啟動和具備快速最大上水能力的時間。

一次風機RB保護。濰坊公司雙側一次風機及其調節機構配置完全對稱，故一次風機RB保護采用自動平衡模式。該方式邏輯設計簡單,只需要考慮單側風機最大出力，防止出現電動機過電流的現象即可，需要進行的風機試驗少；缺點是不能實現手動工況下的故一次風機RB保護。一次RB保護成功與否的核心在于如何保證一次風系統在故障工況下，杜絕不必要的一次風損失，快速關閉全部一次風泄壓渠道，穩定一次風壓力。

給水泵RB。亞臨界汽包爐的給水泵RB試驗是所有RB試驗項目中風險最高的一項試驗，稍有不慎就會造成機組跳閘，尤其是象濰坊公司這樣單電泵單汽泵配置的系統。給水泵RB保護動作，電泵聯鎖啟動成功與否是關鍵，其次準確把握電泵升速時間非常重要，既要躲過電泵啟動電流，又要保以最快速度把電泵出力發揮到極致以維持汽包水位。

3 RB試驗分析

3.1 送/引風機RB

試驗前機組運行工況：機組負荷302.76 MW，機前壓力16.79 Mpa。運行方式為協調控制方式（滑壓運行）， 給粉機 2A、2B、2C、2D、2E 共 5層粉運行。

2009年11月06日16:44：13，就地停掉2A引風機，2A送風機聯鎖跳閘，2B送/引風機擋板指令分別強制置位55%和85%。AB層油槍自投成功，聯跳E層和D層給粉機，燃燒調節指令同步到位，穩定過程約3 min。機組各主要參數的變化趨勢見圖1，圖中曲線1為負荷，曲線2為主汽溫度，曲線3為機前壓力，曲線4為汽包水位，曲線5為再熱汽溫，曲線6為給水流量，曲線7為引風RB，曲線8為參考負荷。

圖1 2號機組引風機RB試驗曲線

引風機RB保護試驗期間主重要參數在正常范圍內波動。爐膛壓力變化幅度最高為209.62 Pa,最低為-117.00 Pa。送風量最低值58.83%，機組燃燒穩定，試驗成功。

3.2 一次風機RB

試驗前機組運行工況：機組負荷302.39 MW，機前壓力16.75 Mpa，運行方式為協調控制方式（滑壓運行），給粉機 2A、2B、2C、2D、2E 共 5層粉運行。

2009年11月06日17:20：47，手動停止2A一次風機運行，2B一次風機調節指令迅速達到87%。RB保護切除2E、2D層粉嘴和2C1、2C3粉嘴，同步聯關對應的一次風門，AB層油槍同步自投成功。汽包水位等主要參數變化正常。機組主要參數的變化趨勢見圖2，圖中，曲線為1負荷，曲線2為機前壓力，曲線3為汽包水位，曲線4為參考負荷，曲線5為主汽溫度，曲線6為給水流量，曲線7為再熱汽溫，曲線8為一次風機RB。

圖2 一次風機RB試驗曲線

爐膛壓力最低達-451.14 Pa；一次風壓力最低達2.64 KPa，2B一次風機開度指令只有87%；RB動作后期給水流量及汽包水位出現了輕微振蕩，調節參數優化后消除；2號機組RB保護動作后燃燒基本穩定，2B一次風機開度指令如果達到92%以上（控制組態邏輯偏置設置有誤），效果會更好，試驗基本成功。

3.3 給水泵RB試驗

試驗前機組運行工況：機組負荷298.98 MW，機前壓力16.04 Mpa，運行方式為協調控制方式（滑壓運行），給粉機 2A、2B、2C、2D、2E 共 5層粉運行。

2009年11月06日18:00:30，手動停止2號機組汽動給水泵，給水泵RB保護動作。電泵聯啟成功，5s后，電泵轉速指令強置90%，34s后，電泵轉速反饋達到90%，電泵實際轉速達到5925.25 RPM。AB層油槍自投成功，RB保護跳E層和D層給粉機，機組控制方式由協調自動切至TF控制方式，燃燒率指令同步到位。燃料量由147.36 t/h迅速下降到62.02 t/h。機組負荷迅速上升321 MW然后下降到201.16MW，汽包水位由-9.01mm下降到-221.29mm，主汽壓力由16.04MPa下降到12.74MPa，爐膛壓力最低-487.70 Pa，高再出口汽溫下降到474℃。機組各主要參數的變化趨勢見圖3，曲線1為電泵轉速，曲線2為轉速指令，曲線3為轉速反饋，曲線4為負荷，曲線5引為風RB，曲線6為機前壓力，曲線7為 爐膛壓力，曲線為8汽包水位。

圖3 給水泵RB試驗曲線

電泵聯鎖及置位動作準確，升速合適；汽包水位最低達-221.39 mm，達到高Ⅱ值報警；除氧器水位、凝汽器水位接近或達到高Ⅰ值報警；爐膛壓力最低達-487.70 Pa；為保證穩燃效果，增加給水泵RB保護功能切除C2、C4粉嘴邏輯（不強關聯跳給粉機對應的一次風門）；試驗證明給水泵RB與一次風機RB具有局部等效性。

4 結語

試驗證明，濰坊公司RB保護系統邏輯設計合理、功能完善、動作正確，參數設置符合實際，能夠適應RB保護動作工況變化的考驗。

［1］李華東,牛樹森,唐宜強.華電國際濰坊發電有限公司1號機組RB性能試驗報告［R］.2009.

［2］李華東,牛樹森,唐宜強.華電國際濰坊發電有限公司2號機組RB 性能試驗報告［R］．2009.

［3］李華東,李艷.RB技術探討及其在300MW機組的應用［J］．山東電力技術,2005（4）.

［4］李華東．超臨界與亞臨界機組RB控制策略比較［J］．熱力發電,2009（7）.