1 000 MW超超臨界機組RB控制策略探討

魯先超，李華東，朱禮祝，孔慶軍

（1. 華能嘉祥電廠，山東 嘉祥 272400；2.山東電力研究院，山東 濟南 250002；3.大唐黃島發(fā)電有限責(zé)任公司，山東 青島 266500；4.華能濟寧運河發(fā)電有限公司，山東 濟寧 272057）

0 引言

RB功能就是當(dāng)發(fā)電機組主要輔機故障時，控制系統(tǒng)自動處理事故并快速減負荷的功能。RB功能的可靠性對于防止發(fā)電機組滅火、提高電網(wǎng)穩(wěn)定性有重要意義。特別是新建發(fā)電機組，按照原國家電力工業(yè)部“火力發(fā)電廠基本建設(shè)工程啟動及竣工驗收規(guī)程（1996年版）及相關(guān)規(guī)定”以及“火電發(fā)電機組啟動驗收性能試驗導(dǎo)則（1998年版）”完成168 h試運后，在半年試生產(chǎn)期間必須進行RB試驗，以保證發(fā)電機組的安全運行。另外，從發(fā)電廠自身的安全性、經(jīng)濟性考慮，在生產(chǎn)運行過程中對于RB功能的實現(xiàn)具有強烈的要求。特別是RB控制功能在超超臨界發(fā)電機組上的應(yīng)用，其具體的控制方法有其獨特之處。

1 超超臨界發(fā)電機組RB試驗的特點

超超臨界發(fā)電機組RB功能設(shè)計目的是保證重要輔機（空預(yù)器、送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機、給水泵、爐水泵、磨煤機等）故障跳閘后，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)自動快速降負荷至發(fā)電機組RB目標(biāo)值，保證發(fā)電機組安全、穩(wěn)定地運行。其動作的對象是快速切除部分燃料、CCS切至TF方式等，同時要保證爐膛壓力、分離器出口溫度和主汽溫度等重要參數(shù)的穩(wěn)定。

2 超超臨界發(fā)電機組RB試驗方案

2.1 超超臨界發(fā)電機組RB發(fā)生的條件

發(fā)電機組負荷大于某一定值，發(fā)電機組在協(xié)調(diào)控制方式，兩臺輔機同時運行時一臺發(fā)生故障跳閘。發(fā)電機組負荷定值的確認，要同時考慮單側(cè)輔機的最大出力以及鍋爐的最低穩(wěn)燃負荷。如果具備條件，RB試驗前最好進行單側(cè)輔機的最大出力試驗。另外，考慮到不同輔機故障跳閘引發(fā)的RB有可能同時出現(xiàn)，這就要根據(jù)單側(cè)輔機的最大出力來確定其優(yōu)先權(quán)，以及由此引發(fā)的切除燃料的數(shù)量以及時間間隔等問題。

汽動給水泵跳閘一定時間后，電泵未聯(lián)啟，則發(fā)生給水泵RB。該時間根據(jù)我們的經(jīng)驗設(shè)定為5 s。

2.2 協(xié)調(diào)控制

超超臨界發(fā)電機組RB發(fā)生后，發(fā)電機組由原先的CCS方式自動切至TF方式。發(fā)電機組的負荷由鍋爐側(cè)控制，而汽輪機側(cè)控制發(fā)電機組的主汽壓力。對于超超臨界發(fā)電機組來說，考慮到燃水比控制對于分離器出口溫度及螺旋管壁溫的影響，鍋爐側(cè)應(yīng)該采用閉環(huán)控制，來保證燃料與給水流量的匹配。鍋爐側(cè)的閉環(huán)調(diào)節(jié)對于超超臨界發(fā)電機組的給水泵RB尤為重要。

2.3 降負荷速率

對于超超臨界發(fā)電機組來說，由于超超臨界發(fā)電機組不存在汽包虛假水位的問題，其RB后的降負荷速率只要考慮與燃料的變化速率相匹配，防止調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)振蕩就可以了。

2.4 主汽壓力控制

對于超超臨界發(fā)電機組RB發(fā)生后發(fā)電機組主汽壓力的控制，一般采用滑壓運行方式，并且不能采用汽輪機調(diào)節(jié)門的禁開邏輯。由于超超臨界發(fā)電機組不存在汽包虛假水位的問題，因此，其主汽壓力的下降速率的設(shè)定可以明顯快于亞臨界發(fā)電機組。

對于超超臨界發(fā)電機組的給水RB要考慮RB動作后給水泵出口壓力，以保證上水，防止分離器出口溫度和螺旋管壁溫超過保護定值而跳機。

2.5 FSSS功能

RB發(fā)生后，鍋爐側(cè)控制發(fā)電機組的負荷，為快速降低發(fā)電機組的負荷，要求控制方案中RB發(fā)生后，鍋爐側(cè)具有快速降低發(fā)熱量的功能。為此，RB發(fā)生后，對于四角切圓的發(fā)電機組，F(xiàn)SSS從上往下按照一定的時間間隔，依次切掉部分燃料。對于對沖或“W”火焰的發(fā)電機組，F(xiàn)SSS要根據(jù)鍋爐廠家提供的切燃料的次序，按照一定的時間間隔，依次切掉部分燃料。間隔時間的確定要注意平衡發(fā)電機組快速減負荷的要求和防止發(fā)電機組燃燒工況劇烈變化之間的矛盾。對于一次風(fēng)機RB，其切除燃料的時間間隔要大大短于其他工況。

RB發(fā)生后發(fā)電機組自動投油（或等離子）穩(wěn)燃，對于發(fā)電機組的穩(wěn)定燃燒以及爐膛壓力的控制是非常有利的。

2.6 偏差大切手動

偏差是指系統(tǒng)輸出指令與反饋的差值，這個差值要保持在一定的范圍內(nèi)，但在RB時禁止偏差大切手動、禁止小汽輪機轉(zhuǎn)速偏差大切遙控，對于RB試驗成功非常重要。

2.7 汽溫控制

超超臨界發(fā)電機組RB發(fā)生后，過熱汽溫和再熱汽溫同亞臨界發(fā)電機組一樣，也會下降，但是其減溫水門的動作不同：1）再熱減溫水調(diào)節(jié)門、總調(diào)節(jié)門關(guān)閉；除給水泵RB外，過熱減溫水調(diào)節(jié)門、總門不超弛關(guān)；再熱減溫水調(diào)節(jié)門、總門關(guān)閉。

由于超超臨界發(fā)電機組過熱減溫水引自進入鍋爐的總給水，實質(zhì)上調(diào)整了工質(zhì)流量在水冷壁和過熱器之間的分配比例。減溫水量改變了這些中間區(qū)段的熱量/水量比值，因而區(qū)段內(nèi)工質(zhì)溫度發(fā)生相應(yīng)變化。但因最終進入鍋爐的總給水量未改變，燃水比未改變，穩(wěn)態(tài)時鍋爐出口過熱汽溫也不會改變。因此，RB發(fā)生后，超超臨界發(fā)電機組關(guān)減溫水對于過熱汽溫的影響是暫態(tài)的。給水泵RB發(fā)生后，考慮到爐膛燃燒的穩(wěn)定性，燃料減少的速率必定要小于給水流量減少的速率，過熱減溫水的切除，有利于控制螺旋管壁溫和分離器出口溫度。

2.8 出力平衡問題

RB發(fā)生后，運行輔機要迅速開大出力，也就是跳閘輔機的部分出力要盡快轉(zhuǎn)移到運行輔機上，必須在運行輔機加指令高限，以防止出現(xiàn)過電流的現(xiàn)象。

對于在其控制回路中具有出力平衡功能的輔機跳閘時，其PID必須加小于50的高限防止出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象，影響反向調(diào)節(jié)的品質(zhì)。

2.9 CCS與DEH接口

RB發(fā)生時，CCS到DEH的開度指令如果是4～20 mA信號，應(yīng)該屏蔽CCS到DEH的RB指令（開關(guān)量）；CCS到DEH的開度指令如果是脈沖信號，可以考慮采用CCS到DEH的RB指令（開關(guān)量）。

2.10 煤質(zhì)校正回路

超超臨界發(fā)電機組發(fā)生RB時，為解決RB發(fā)生后，短時間內(nèi)燃料與給水流量的不完全匹配問題，煤質(zhì)校正回路要切除或閉鎖。

2.11 分離器出口溫度控制

超超臨界發(fā)電機組發(fā)生RB時，分離器出口溫度校正應(yīng)先閉鎖后放開，以解決RB發(fā)生后，短時間內(nèi)燃料與給水流量的不完全匹配問題，并可以保證RB后期燃水比的控制。

RB發(fā)生后，給水流量對于燃料變化控制的滯后時間要大大短于正常控制，在控制邏輯中對于該時間可以通過RB發(fā)生信號進行切換。

3 超超臨界發(fā)電機組RB控制的難點及試驗注意事項

3.1 送風(fēng)機、引風(fēng)機RB

送風(fēng)機、引風(fēng)機互跳對于送引風(fēng)機RB試驗的成功是必要的。所以送風(fēng)機、引風(fēng)機RB靜態(tài)試驗時，對送風(fēng)機、引風(fēng)機互跳要特別關(guān)注。送風(fēng)對引風(fēng)的前饋控制，以及控制的強弱在MCS系統(tǒng)調(diào)試時一定要匹配好。另外，應(yīng)該注意送引風(fēng)機執(zhí)行器動作速率的匹配。

3.2 一次風(fēng)機RB

一次風(fēng)機RB控制的難點在于一次風(fēng)機的出力大小，一次風(fēng)機RB時保證一次風(fēng)壓大于跳磨值是一次風(fēng)機RB成功與否的關(guān)鍵，這對一次風(fēng)機出口關(guān)斷門的關(guān)斷時間提出了嚴格的要求。

大型發(fā)電機組，單臺一次風(fēng)機一般按50%負荷設(shè)計。設(shè)計容量越大，對實現(xiàn)一次風(fēng)機RB功能越有利，但對節(jié)能不利。風(fēng)機設(shè)計裕度過大，會造成一次風(fēng)機單耗過大，特別是采取擋板調(diào)節(jié)時，大量能量白白浪費在風(fēng)機節(jié)流損失上；即使采取變頻調(diào)速，選用過大的壓頭和流量裕度，也會造成低負荷時風(fēng)機運行在風(fēng)機性能曲線最高點的左側(cè)，導(dǎo)致風(fēng)機并聯(lián)困難，兩臺風(fēng)機發(fā)生“搶風(fēng)”現(xiàn)象。

一次風(fēng)機故障跳閘發(fā)生RB時，為了防止一次風(fēng)母管壓力嚴重下降，保證只有1臺一次風(fēng)機運行時，有足夠的一次風(fēng)滿足所剩磨煤機能正常運行，關(guān)閉同側(cè)空氣預(yù)熱器出口一次風(fēng)擋板、一次風(fēng)機出口聯(lián)絡(luò)擋板；關(guān)閉所跳閘的磨煤機的出口擋板、入口冷、熱風(fēng)擋板。

另外，在爐膛壓力允許的范圍內(nèi)，要盡可能的減少跳磨的時間間隔。對于一次風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)嚴重的發(fā)電機組，可以考慮一次風(fēng)機RB后，減少磨煤機的運行臺數(shù)。

為保證一次風(fēng)機RB試驗的成功，在征得鍋爐廠的書面認可后，可以適當(dāng)降低一次風(fēng)壓低跳磨的保護定值或者是增加一次風(fēng)壓低延時跳磨。同時，在進行一次風(fēng)機RB試驗時，運行人員要密切注意燃燒狀況，如果出現(xiàn)燃燒惡化、斷火現(xiàn)象，要果斷切除磨煤機，甚至手動MFT，以防事故擴大化。

3.3 給水泵RB

對于超超臨界鍋爐來說，由于給水泵RB發(fā)生后，給水側(cè)控制的任務(wù)不是汽包水位，而是分離器出口溫度、蒸汽的過熱度以及螺旋管壁溫，因此，超超臨界發(fā)電機組給水泵RB的要點是燃水比的控制，即燃料與給水流量的匹配。包含兩個方面：一是給水流量對于燃料變化控制的滯后時間要短于正常控制，二是跳磨的時間間隔與給水泵RB后給水流量變化的匹配問題。

小汽輪機的供汽汽源對于超超臨界鍋爐給水泵RB非常重要，這要分幾種具體情況來分析：①小汽輪機采用輔汽供汽；②小汽輪機采用四抽供汽，發(fā)生給水泵RB后，四抽壓力低，切至高壓汽源供汽；③小汽輪機采用四抽供汽，發(fā)生給水泵RB后，四抽壓力低供汽汽源不切換。對于第1種情況，試驗一般能夠成功；對于第2種情況，要預(yù)防水沖擊和小機超速；對于第3種情況，也是試驗時遇到的最多的情況，主汽壓力的設(shè)定曲線是非常重要的，如果試驗一次不能成功，要根據(jù)試驗時的實際情況，對曲線作出調(diào)整。另外，在爐膛壓力允許的范圍內(nèi)，要盡可能的減小跳磨的時間間隔。另外，在試驗過程中如果出現(xiàn)蒸汽過熱度過低的情況，在降低給水流量時，要注意防止省煤器入口流量低保護動作。

電泵的熱備用對于保證給水泵RB試驗失敗后發(fā)電機組的安全運行是必要的手段。值得注意的是電泵熱備用時，其運行信號要強制，并在試驗完成后放開。

4 RB試驗的數(shù)據(jù)分析

本文僅對天津北疆電廠1 000 MW超超臨界發(fā)電機組送、引風(fēng)機RB、一次風(fēng)機RB和給水泵RB試驗進行數(shù)據(jù)分析。

4.1 送風(fēng)機、引風(fēng)機RB

試驗開始前工況：

發(fā)電機組負荷921.6 MW，主汽壓力25.3 MPa，主汽溫度587.8℃，再熱蒸汽溫度573.4℃，爐膛負壓 -121 Pa，給水流量 2 485 t/h，磨煤機 A、B、C、D、E運行。

試驗結(jié)束時工況：

發(fā)電機組負荷549.9 MW，主汽壓力16.5 Mpa，主汽溫度567.68℃，再熱蒸汽溫度530.8℃，爐膛負壓 107.8 Pa，給水流量 1482.5 t/h，磨煤機 A、B、C運行。

RB發(fā)生無大油槍運行，投微油點火油槍，試驗曲線如圖1所示。

圖1 送、引風(fēng)機RB曲線

4.2 一次風(fēng)機RB

試驗開始前工況：

發(fā)電機組負荷907.7 MW，主汽壓力25.7 Mpa，主汽溫度594.5℃，再熱蒸汽溫度570.9℃，爐膛負壓-52.6 Pa，給水流量 2535.7 t/h，磨煤機 A、B、C、D、E 運行。

試驗結(jié)束時工況：

發(fā)電機組負荷552.9 MW，主汽壓力16.2 Mpa，主汽溫度539.5℃，再熱蒸汽溫度521.1℃，爐膛負壓-216.2 Pa，給水流量 1 512 t/h，磨煤機 A、B、C運行。

RB發(fā)生無大油槍運行，投微油點火油槍，試驗曲線如圖2所示。一次風(fēng)壓的維持取決于跳磨的時間間隔，執(zhí)行器的動作時間和系統(tǒng)的嚴密性，并注意防止爆燃現(xiàn)象的發(fā)生。

圖2 一次風(fēng)機RB曲線

4.3 給水泵RB

試驗開始前工況：

發(fā)電機組負荷911.1 MW，主汽壓力25.8 MPa，主汽溫度595.8℃，再熱蒸汽溫度590℃，爐膛負壓-102.6 Pa，給水流量 2 450 t/h，磨煤機 A、B、C、D、E運行。

試驗結(jié)束時工況：

發(fā)電機組負荷552.6 MW，主汽壓力15.2 MPa，主汽溫度562.1℃，再熱蒸汽溫度 544.0℃，爐膛負壓-164.5 Pa，給水流量 1 311.1 t/h，磨煤機 A、B、C運行。

RB發(fā)生無大油槍運行，投微油點火油槍，試驗曲線如圖3所示。超超臨界發(fā)電機組給水RB試驗中，對發(fā)電機組安全運行影響最大的參數(shù)一般是蒸汽過熱度（分離器出口溫度或螺旋管壁溫），只要蒸汽過熱度變化不超出發(fā)電機組安全所需要的定值，該試驗一般會成功。

超超臨界發(fā)電機組的蓄熱能力明顯小于亞臨界發(fā)電機組；發(fā)電機組RB后主汽壓力的變化是滑壓，發(fā)電機組RB后，除了給水流量的調(diào)整外，燃料量也要隨給水流量以及蒸汽過熱度的變化而調(diào)整。

圖3 給水泵RB曲線

5 結(jié)語

RB試驗要取得令人滿意的結(jié)果，試驗人員必須熟悉現(xiàn)場的設(shè)備狀況、運行狀況，并針對實際狀況，作出具體的方案。試驗前的準(zhǔn)備工作要細，完成負荷擺動試驗、RB靜態(tài)試驗，確認除氧器壓力調(diào)節(jié)回路可靠，并加強與現(xiàn)場運行、檢修人員的溝通。