輔機故障快速減負荷調試方案的改進及應用

陸 梁

（上海電力建設啟動調整試驗所，上海 200031）

0 引言

火力發電機組主要輔機的配置從經濟性上考慮，總容量一般僅略大于機組的最大出力。運行中如果發生輔機設備故障跳閘時，必須迅速將機組負荷減到尚在運行的輔機所能承受的最大負荷，這種工況下如果采取人工操作調整，受運行經驗等各種因素影響，往往發生因反應不及時或調整不當引起運行參數超越限值，影響機組安全運行，甚至發生整個機組跳閘事故。

輔機故障快速減負荷（RUNBACK）自動控制的主要作用就是在發生上述工況時，自動將機組負荷快速降低到實際所能達到的相應能力，并控制機組在允許的范圍內繼續運行。隨著國內大型火力發電機組容量（600WM超臨界、超超臨界，1 000WM超超臨界燃煤發電機組，等）不斷提升，出于電網安全運行的考慮，在新建機組上網前進行安全性評價時，均要求設計RB功能，并必須在機組投產前完成RB功能試驗。

1 輔機故障快速減負荷的內涵

1）RB功能試驗的重要性 目前，國內大型火電機組的基建工期越來越短，RB功能試驗又是一項對機組安全運行風險極高的試驗項目。因此，RB功能試驗能否一次成功，關系到機組能否按時移交生產，并保證機組移交后安全運行的關鍵，這就需要采用科學的RB功能試驗方法，提高RB功能試驗的成功率。

2）RB的工作原理 在機組正常運行時，RB最大允許負荷計算回路是根據主要輔機設備如磨煤機、空氣預熱器、送風機、引風機、一次風機以及汽動給水泵的運行狀態計算機組最大允許負荷，并作為負荷指令的上限。當其中的任一輔機設備發生跳閘時，計算的最大允許負荷將小于機組實際負荷，RB發生。

3）RB動作后的任務 RB動作后，除了立即將跳閘輔機與仍在運行的系統、設備隔離外，還將完成：根據跳閘輔機的類型確定負荷下降速率和目標負荷，并以此速率降低最大允許負荷至目標負荷；鍋爐自動控制系統將跟蹤最大允許負荷折算的鍋爐出力同步減少燃料量、給水量、送風量，達到快速降低鍋爐出力的目的；汽輪機自動控制系統或汽輪機數字式電液控制系統（DEH）立即切換到主汽壓力控制方式，并按照滑壓曲線自動調節主蒸汽壓力的自動控制。

2 輔機故障快速減負荷的試驗流程

2.1 編制試驗方案

收集鍋爐、汽輪機以及主要輔機設備的參數、運行說明、控制要求、原始設計等資料，策劃和編制RB試驗方案，主要包括試驗目的、RB功能原理、試驗應具備的條件、試驗程序、試驗參與各方的職責和分工、試驗安全措施等內容。試驗方案應經建設、生產、施工、監理等單位會審，通過后報試運指揮部批準。

2.2 控制邏輯、組態檢查和優化

2.2.1 生成輔機設備跳閘信號

1）主要輔機設備跳閘信號，大多來自電氣開關節點，并且還用于輔機設備自身的保護、鍋爐主燃料跳閘（MFT）保護等系統。因此，在跳閘信號的來源、節點類型、組成方式等方面應該注意與其他系統一致。同時，盡可能地對信號采取三取二等處理方式來防止誤動。

2）空氣預熱器有主、副電動機和用于盤車的氣動電動機，應該根據副電動機的作用定義空預器跳閘信號的組成方式。一般定義為主電動機跳閘為空預器跳閘，如以主、副電動機均停為空預器跳閘，則需要設計RB延時動作的時間，以便主、副電動機切換。

3）汽動給水泵應該采用與小汽輪機控制系統（MEH）一致的跳閘信號，避免使用給水泵轉速信號低與出口門關閉的組合信號，也不要使用順序控制系統（SCS）綜合性的給水泵停運信號。

2.2.2 投入和切除邏輯

1）RB投入條件應該包括負荷大于50%，并且給水和燃料均處于自動控制方式。

2）RB切除條件應該包括RB負荷目標到位、RB發生10min后、RB發生3～5min后手動切除、RB未發生時手動切除和MFT切除。

2.2.3 計算最大允許負荷和負荷下降速率

應該考慮不同輔機設備先后跳閘或同時跳閘的工況，保證計算回路能夠輸出最低的允許負荷和最大的下降速率。

2.2.4 設置主蒸汽壓力設定值的變化速率

RB工況時的主蒸汽壓力設定值變化速率與正常運行或變負荷工況有很大的不同，而且不同的輔機設備RB時的速率也不相同，推薦一次風機、汽動給水泵RB時變化速率為1.5～2.5MPa／min；磨煤機RB時變化速率為1.0MPa／min左右；其他性質RB時變化速率為1.0～1.5MPa／min。變化速率應該能提供在線調整，試驗時要綜合考慮給水流量和主蒸汽溫度的控制情況進行調整，并要防止汽輪機的抽汽壓力下跌過大，影響汽動給水泵的安全運行。

2.2.5 停運磨煤機的順序和間隔時間

1）超臨界鍋爐為了減少RB時的汽溫下跌，應該盡可能保留上層制粉系統運行，但是等離子（或微油）點火裝置一般設置在從下往上的第二層，為了在極端的情況下能夠點火助燃，也應該盡量保留該層制粉系統運行。因此，停運磨煤機的順序一般是先最底層，然后從最上層往下，盡量采用能保證爐膛穩定燃燒的磨煤機運行模式。除了磨煤機RB外，其他性質的RB一般最終保留3層制粉系統運行。

2）RB發生后立即停運1臺磨煤機，間隔時間指停運第2臺磨煤機的延時時間，延時時間與負荷下降速率有關，推薦汽動給水泵RB的間隔時間為5～10s、一次風機RB的間隔時間為3～5s、其他性質RB的間隔時間為10～15s。

3）一次風機RB時，停運磨煤機的隔離需要一定的時間，一次風壓以及仍在運行磨煤機的一次風量較難維持。因此，最終保留3臺還是2臺磨煤機需要在試驗時根據一次風壓和風量動態變化過程確定，邏輯組態時應該留有相應的功能，方便試驗時的調整。

2.2.6 其他控制邏輯

1）送、引、一次風機的調節系統應該設置過電流閉鎖增邏輯或最大輸出限制，給煤機、汽動給水泵轉速的調節系統同樣應該設置最大輸出限制，避免RB發生后仍在運行的輔機設備過載，導致跳閘和運行參數越限發生MFT。

2）應該有送、引、一次風機RB動作時的超馳動作回路，并且正確設置超馳動作的大小和速率。

3）MEH的轉速偏差大切除遙控的保護，在RB時推薦放大至1 000r／min，建議對汽動給水泵轉速調節系統的轉速指令增加速率限制，正常運行工況增減速率為300r／min2，RB時為600～900r／min2，但同時要采取防止調節系統積分飽和的措施。

4）RB發生后的十幾秒內，運行參數波動較大，各控制系統的調節作用也較強，應該對送風、引風、一次風壓、燃料、給水、主汽壓、汽溫等調節系統的設定值與被控量、輸出指令與實際反饋偏差大切手動控制的保護在RB期間予以暫時屏蔽，保持調節系統自動調節。

5）除一次風機、磨煤機RB外，其他RB發生時，建議停運磨煤機的出口門和冷風門、冷風調節門保持打開，用以防止該工況下2臺運行的一次風機搶風，產生喘振。

6）檢查磨煤機點火能量邏輯，在發生RB特別是一次風機RB減負荷時考慮是否會由于煤量過低導致仍在運行的磨煤機點火能量喪失或火焰檢測信號不穩定的可能性，考慮是否需要等離子拉弧（點微油槍）或點油槍助燃，防止仍在運行的磨煤機跳閘。

7）相關輔機設備的聯鎖保護在設備跳閘或停運時，能有效地與仍在運行的設備或系統進行隔離。

8）RB發生后，要從邏輯上防止高壓旁路在跟蹤模式下打開。

2.3 冷態試驗

通過強制信號等方法模擬機組運行中發生RB的工況，檢查實際控制過程是否符合要求。由于RB涉及的控制系統較多，控制過程快速，檢測信號眾多，可以分塊分別進行模擬試驗。另外，重點關注各控制系統之間的接口信號，進行收發試驗，保證正確、及時發送和接受。此外，同樣的功能模塊在不同的控制裝置中有不同的設置方法，在試驗中應該確認參數設置的正確性。

2.4 RB試驗前的準備

2.4.1 單輔機的最大出力試驗

在鍋爐最大出力、斷油最低穩燃負荷、燃燒調整等試驗結束的基礎上，進行單側風機、單臺磨煤機、單臺汽動給水泵等輔機設備的最大出力試驗，達到最大出力時輔機設備的電流、溫度等運行參數沒有超限，機組其他的運行參數如風量、一次風壓、爐膛負壓、氧量、給水量、汽溫等達到該負荷正常運行的要求，并且在該工況下至少能保證運行30min以上，以此確定機組的RB目標負荷以及單輔機的最大輸出限制。

2.4.2 設置目標負荷及下降速率

按照單輔機的最大出力試驗的機組負荷，并適當降低5%左右作為各輔機RB時的目標負荷進行設置，下降速率可按50%～200%BMCR／min的速率設置。

2.4.3 檢查并確認試驗條件

1）主要設備和系統均處于良好的運行狀態，熱力和控制系統沒有影響RB試驗的重大缺陷。

2）機組已達滿負荷、穩定運行的能力，各運行參數達到設計和實際運行的要求。

3）鍋爐安全門校驗完畢，校驗數據準確。

4）鍋爐爐膛、燃燒器及各受熱面沒有結焦、堵灰現象，試驗前鍋爐已經完成一次吹灰。

5）汽輪機軸向位移、差脹、振動、瓦溫等運行參數均在可接受的范圍內。

6）汽動給水泵汽源切換試驗符合設計和運行要求。

7）在機組運行的條件下，進行等離子拉弧、油槍（微油槍）點火試驗，確保這些助燃設備能夠正常投運。

8）協調控制系統已經投入，變負荷試驗已經結束，各控制系統的調節品質均達到要求。

9）RB回路試驗前再次檢查確認完畢，并投入RB回路。

10）FSSS、SCS、ETS、DEH、MEH、旁路以及機電爐橫向大聯鎖、汽輪機防進水等聯鎖保護，均已正常投運。

11）試驗前進行了技術和安全交底，運行人員已經制定運行操作規程和反事故措施，試驗期間各監視、操作畫面，如煙風系統、制粉系統、過熱器和再熱器系統、給水系統、凝結水系統等均已明確人員分工，而且通信聯絡暢通。

12）在操作站的趨勢圖上記錄實際負荷、負荷設定值、主汽壓、主汽壓設定值、主汽溫度、再熱汽溫、中間點溫度、給水流量、總風量、總煤量、爐膛負壓、一次風壓、分離器壓力、給水壓力、除氧器水位等重要運行參數。

2.5 熱態試驗

熱態試驗應該按照設計項目，分別在95%以上額定負荷工況下進行動作試驗，一般按磨煤機、引風機、送風機、空氣預熱器、汽動給水泵、一次風機的順序，從簡單到復雜，逐項試驗過程盡可能不進行人為干預。

由于RB涉及眾多系統，過程迅速，運行參數變化波動較大，難以干預，因此，為防止試驗失敗危及整個機組的安全運行，一般在正式試驗前，在中負荷（額定負荷的70%～80%）安排準備性RB試驗，檢查實際動作的準確性和運行參數的控制品質，并進行適當的調整，如果失敗則能提高人工挽救的成功率。

準備性試驗除負荷較低外，試驗方法和過程與正式試驗完全一樣，不一定要對全部項目均進行準備性試驗。一般第一個安排引風機（或送風機）的準備性試驗，成功后再按上述順序依次進行正式試驗。汽動給水泵和一次風機的RB正式試驗風險最大，也可分別安排一次準備性試驗。

準備性RB試驗選擇某一側輔機設備跳閘，則正式試驗可選擇另一側輔機設備跳閘，以提高試驗的完整性。

2.6 試驗后的驗收簽證

1）RB試驗結束后，應對每個項目的重要運行參數如機組負荷、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度，再熱蒸汽溫度、爐膛負壓、一次風壓、總煤量、總風量、給水流量、除氧器水位、凝汽器水位等在過程中的最大值和最小值進行記錄，打印記錄過程中變化趨勢的曲線圖，記錄試驗開始的時間等。

2）編寫試驗總結報告，包括試驗過程、試驗中發現的問題及處理情況或建議、試驗的結果及評價。

3）試驗結束后及時組織各參與試驗的建設、生產、施工、調試、監理單位，對試驗過程和結果進行質量檢查、評定和驗收。

3 輔機故障快速減負荷的質量控制

3.1 準備階段

1）全面了解鍋爐、汽輪機以及各輔助熱力設備的設計、運行及控制要求，編制RB試驗方案或措施，并組織建設、運行、施工、監理等有關單位進行審查，經批準實施。

2）按鍋爐、汽輪機以及各輔助熱力設備的特點對RB有關控制系統的控制策略進行優化設計，并以此為依據進行冷態試驗，特別是要確保控制系統之間接口信號的準確性。

3）對測試或試驗項目進行檢查，確保符合設計和運行要求：磨煤機冷、熱風擋板、出口門的關閉時間，一次風機出口擋板的嚴密性；單輔機的最大出力試驗；鍋爐安全門校驗；鍋爐斷油最低穩燃負荷試驗；汽動給水泵汽源切換試驗；汽動給水泵高低壓調門重疊度試驗；機組協調控制變負荷試驗，以及試驗期間送風量、爐膛負壓、一次風壓、給水量、主蒸汽壓力、主蒸汽和再熱蒸汽溫度、除氧器水位、凝汽器水位等重要自動調節系統的控制品質，擋板、閥門等執行機構的靈活性和可控性；對試驗時的風險進行分析和評估，制定相應的安全措施。

3.2 實施階段

1）RB試驗前組織各單位對試驗條件進行檢查和確認，并進行試驗技術、安全措施交底，明確總指揮和各試驗崗位人員和分工。

2）首次RB試驗或在風險最大的汽動給水泵、一次風機RB試驗前安排中等負荷的準備性RB試驗，對試驗過程進行觀察和分析，進行必要的調整，評估正式RB試驗的可行性。

3）正式RB試驗應在滿負荷（至少95%額定負荷以上）進行，對試驗過程進行觀察和分析，進行必要的調整。

4）準備性RB試驗選擇某一側輔機設備跳閘，則正式試驗選擇另一側輔機設備跳閘，并且在送、引風機、空氣預熱器RB試驗期間，輪流選擇不同側的輔機設備跳閘，一方面減少輔機設備帶負荷跳閘的次數，另一方面可以提高整個試驗的完整性。

5）試驗結束后及時組織各參與試驗的單位對試驗過程、結果進行質量檢查、評定和驗收。

4 輔機故障快速減負荷的安全措施

4.1 試驗前

1）對RB目標負荷、下降速率、各控制系統之間的接口、協調控制方式切換等邏輯再次檢查并且確認，注意冷態試驗時模擬、強制的信號應該恢復。

2）等離子點火裝置的電源、啟動條件等正常并進行一次拉弧試驗；確認燃油系統運行正常，對RB發生后保留運行的煤粉層相關的油槍（或微油槍）進行一次點火試驗。

3）停止爐膛吹灰等其他無關的操作。

4）適當打開汽輪機高、中壓缸本體疏水手動門、高壓進汽導管疏水手動門和主蒸汽管疏水手動門，減少主汽溫大幅度波動。

5）機組處于穩定運行，相關設備和系統工作正常，已經采取保護措施。

6）應對相關的配合人員做好技術交底工作，做好安全措施及事故預想措施。

4.2 試驗時

1）為了較完整地測取重要運行參數在RB過程中的響應曲線及其最低值，在一次風機RB試驗時對運行磨煤機的一次風量（或一次風壓）低保護、給水泵RB試驗時的給水量低MFT保護可考慮暫時解除或增加延時，試驗時應重點監視，過低時立即人工干預。除此之外，其他有關機組安全的熱控聯鎖保護全部投入。

2）各操作員站的CRT主監視畫面和實施監視，操作人員應該合理分工，嚴密監視設備運行狀態和運行參數。

3）加強對設備的巡視檢查工作，當出現與試驗條件不符的異常情況時，及時向試驗指揮人員和值長匯報。

4）安排運行水平較高的人員參加試驗中的監視和操作，并預先熟悉試驗方案、事故預想及反事故措施，在RB失敗時盡可能地降低事故帶來的損失。

5）注意停運風機、磨煤機、給水泵的進、出口門或擋板是否正常聯鎖關閉，否則應該及時手動關閉。

6）主、再熱蒸汽溫度10min內下降50℃，應該停止試驗，由運行人員按有關程序恢復汽溫或停機、停爐。

7）爐膛負壓會大幅變化，對鍋爐的穩定燃燒影響較大，在爐膛負壓自動調節回路產生振蕩無法穩定時，要及時進行人工切手動干預。

8）發現一次風壓大幅下降，如果出現停運磨煤機對應的冷、熱風門、出口門以及停運一次風機空氣預熱器一次風進、出口門不能自動關閉時，應該及時手動關閉；如果采用保留3臺磨煤機運行方式，在一次風量（或一次風壓）過低時，應該手動再停1臺磨煤機，保持2臺磨煤機運行，并將等離子點火裝置拉弧和點油槍助燃。

9）專人監控除氧器水位和凝汽器水位。

10）主機和輔機出現意外的跳閘時，應立即停止試驗，協助運行人員根據機組的實際情況，按照運行規程的規定，迅速采取停止、恢復或操作有關設備等措施，及時恢復機組的正常運行，確保機組和設備的安全。

11）除汽動給水泵RB外，其他試驗的后期，當負荷下降至55%或以下，應注意2臺汽動給水泵由于出力降低導致再循環調門打開引起的給水擾動，必要時可將1臺汽動給水泵解列，留1臺汽動給水泵控制。

4.3 試驗結束后

引風機、送風機、一次風機重新啟動前，要注意檢查風機是否反轉。如果反轉，應采取措施后方可啟動。

5 結語

RB功能試驗是一項風險極高的調試階段進行的試驗，按照本文介紹的方法、具體注意事項進行控制邏輯、組態檢查和優化，可以降低與消除RB功能試驗大部分的控制邏輯風險，是試驗成功的關鍵。

為保證RB功能試驗結果的質量，RB試驗前的準備工作必不可少。建議按本文介紹的方法、操作過程嚴格執行。同時，為了保證RB功能試驗安全、高質量地完成，調試過程中采用的有效組織保障、安全措施同樣必須引起重視。

［1］陳小強，等.超超臨界1 000MW機組RB控制策略分析及優化［J］.熱力發電，2010（7）：72－74.

［2］趙志丹，等.火電機組RB控制策略及其試驗中應注意的問題［J］.熱力發電，2010（6）：48－50.