1000MW 超超臨界燃煤機組RB控制研究與試驗

安子健 范廷舉

（神華國華綏中發電有限責任公司，遼寧省葫蘆島市，125222）

1 引言

RB控制技術是20世紀80年代隨著DCS的引進，在協調控制系統的設計中出現的，由于RB控制技術的實施很大程度上依賴于試驗研究，因此直到20世紀90 年代中期才逐步在新建大機組上實現。當發生部分主要輔機故障跳閘，導致鍋爐最大出力低于給定功率時，協調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，并控制機組在允許參數范圍內繼續運行，該過程稱為RUNBACK （輔機故障減負荷，簡稱RB）。RB 試驗的目的是檢驗機組和控制系統在故障下的適應能力，是對機組故障下運行能力的檢驗，是對控制系統性能和功能的檢驗。RB 功能的實現為機組在高度自動化運行方式下提供了安全保障。

2 RB控制的基本原理

綏中電廠二期RB控制策略主要由協調控制系統 （CCS）和 燃 燒 器 管 理 系 統 （BMS）實 現。BMS的任務是控制燃料量的投入，保證在低負荷運行期間的燃燒穩定。RB 發生后，通常的做法是切除最上層燃料，保留3臺磨煤機和給煤機運行，如果需要投油穩燃，則BMS還將決定油槍投入的數量及方式。

汽輪機數字電液控制系統 （DEH）在RB工況下一般擔任協調控制系統的執行級，對機前壓力進行調節。輔機順序控制系統（SCS）則通過聯鎖保護邏輯，實現RB 時送／引風機、同側聯跳，以保證鍋爐風煙系統的快速平衡，避免由于爐膛壓力保護動作引起鍋爐主燃料跳閘。

綏電二期1000MW 機組能夠觸發RUNBACK的主要輔機設備有：磨煤機跳閘、一次風機跳閘、送風機跳閘、引風機跳閘、給水泵跳閘。通過以上輔機的運行狀態，計算出機組的最大允許負荷和機組的最小允許負荷。在協調控制方式 （CCS）下，機組實際負荷＞520 MW，如果機組的最大允許負荷小于機組的實際負荷，機組RB控制觸發，機組控制方式切換至汽輪機跟隨 （TF）控制方式，機組實際負荷按RB 負荷速率快速下降至RB 目標負荷，直至機組實際負荷與機組最大出力相適應。

3 RB控制策略

在協調控制系統中，一般有以下幾個特有的RB控制回路：機組最大、最小允許負荷；RB 指令；負荷指令變化速率設定；協調控制方式切換；鍋爐主控指令切換；磨煤機跳閘順序；RB 優先控制（RB優先迫升／迫降、禁止偏差切手動等）。

圖1 單臺輔機最大出力及RB最大出力計算

3.1 機組最大出力計算

根據輔機設備的運行狀態和其出力能力，計算出各個輔機設備的最大允許出力，通過對各個輔機設備的最大允許出力進行比較，計算出機組最大允許負荷，根據鍋爐主控指令與機組最大允許負荷邏輯判斷得出RB負荷指令。其中輔機跳閘需計算單臺輔機最大出力控制邏輯，如圖1所示。

3.2 機組最小出力計算

通過給煤機給煤量下限及燃油流量，可以計算出機組最小允許負荷，機組的實際負荷不能低于機組最小允許負荷。同理，給煤機最大允許負荷則用給煤機給煤量上限來計算，如圖2所示。

圖2 機組最小、最大出力計算

3.3 RB指令

在協調控制方式 （CCS）下，發電機功率＞520 MW，如果輔機設備跳閘，機組最大允許負荷將小于機組實際負荷，RB 觸發指令發出。運算得出RB負荷指令，同時將協調控制方式切換成汽輪機跟隨控制方式，當機組負荷與機組最大允許負荷相差＜±3 MW 時，RB結束。如圖3所示。

圖3 RB負荷指令

3.4 負荷變化率設定

當輔機設備跳閘發生RB 后，RB 降負荷率可以設定不同的值，保證機組降負荷過程中各參數之間的相對平衡。例如，給水泵跳閘RB降負荷率要更快，從而提高燃料量和風量的動態響應。具體負荷速率設定邏輯如圖4所示。

3.5 協調控制方式切換

當機組發生RB時，控制方式由協調控制方式（CCS）切換至汽輪機跟隨 （TF）控制方式。如圖5所示。

3.6 鍋爐主控指令

RB負荷指令作用到鍋爐主控，最終形成鍋爐負荷指令分別送到燃料主控，給水控制。鍋爐主控指令如圖6所示。

3.7 磨煤機跳磨順序控制

當輔機發生RB 時 （磨煤機RB 除外）要依次跳磨煤機最終保持3臺磨煤機運行，以保證燃料快速減少，跳磨順序選擇邏輯如下：分別為5號磨煤機、3號磨煤機和6號磨煤機?？刂七壿嬋鐖D7所示。

通過對RB 控制邏輯分析，當輔機設備跳閘后，由于機組最大出力不能適應當前負荷要求，快速減負荷，根據跳閘設備不同，降負荷速率不同，RB負荷指令作用于鍋爐主控，控制燃料量、給水量同步下降。

4 RB試驗采用的基本方法

綏電二期機組在投產以前，均完成各項RB 試驗，以保證協調控制系統投入后機組的安全運行。其他情況下，如只對協調控制系統的軟件進行了修改，一般只要求進行RB功能模擬試驗。按照 《火力發電廠模擬量控制系統驗收測試規程》（DL／T657-2006）的要求，在機組進入驗收階段前完成所有RB試驗。

圖4 RB負荷速率設定

圖5 機組控制方式切換邏輯

圖6 鍋爐主控指令

圖7 磨煤機跳閘順序控制邏輯

4.1 RB靜態模擬試驗的方法及要求

在機組停運的情況下，按設計的功能依次模擬RB產生的條件，進行RB功能模擬試驗。試驗中，主要應檢查以下內容：

（1）所有的RB 數字量輸入回路能夠正確動作；

（2）負荷運算回路、負荷指令變化速率等RB控制參數己正確設定；

（3）協調控制系統輸出至FSSS系統，除磨煤機RUNBACK 外，其 他 RUNBACK 發 生 后，FSSS將按一定的時間間隔以從下往上的順序跳磨煤機、給煤機，直至與要求的負荷相匹配 （一般為保留3臺或2臺磨煤機）；

（4）協調控制系統在RB發生后能夠自動切換到TF方式運行；

（5）RB時，主汽壓采用的定壓／滑壓方式符合設計要求，一般應切換到滑壓方式運行；

（6）滑壓運行方式時，滑壓速率參數設定應根據不同RB的特點正確設定。

4.2 RB動態試驗方法及要求

在進行RB動態試驗之前，應檢查是否已經具備了以下條件：

（1）協調控制系統及控制子系統已正常投用，并完成相應的定值擾動和負荷擺動試驗，調節品質合格；

（2）協調控制系統在TF方式下的定值擾動試驗合格，調節品質符合要求，在0.6～0.8 MPa定值擾動下，過渡過程衰減率Ψ=0.7～0.8、穩定時間＜6min；

（3）RB 功能模擬試驗已完成，結果滿足要求；

（4）機組保護系統已正常投入。

在進行正式的RB動態試驗之前，一般還要進行預備性試驗，以確認協調控制系統在RB工況下能正確進行控制，并根據預備性試驗的結果對不同RB工況下的目標負荷、降負荷速率進行適當調整。

RB正式試驗一般應在90% Pe以上負荷工況下進行，以考核機組和協調控制系統在RB工況下的控制能力。按設計的RB 功能分項進行動態試驗，如分別進行磨煤機、送風機、引風機、一次風機、給水泵等RB 試驗，記錄各被調量的動態曲線。

RB試驗的品質指標：機組RB 試驗時，參數波動范圍不危及機組安全和不引起機組保護動作跳閘，即為合格。

4.3 RB動態試驗案例分析

下面以綏電二期直流爐給水泵和一次風機RUNBACK 的動作曲線為例，簡要分析在這兩次RB過程中各個參數的變化情況。

4.3.1 給水泵RB試驗

（1）動態試驗條件得到滿足。

（2）動作過程：機組負荷＞90%CCS 將控制方式由協調方式自動轉入TF 方式，機組負荷指令按100%BMCR／min 的速率下降至目標負荷470 MW，目標負荷送至鍋爐主控，控制給水量、燃料量。主汽壓力設定值隨負荷-壓力函數f （x）變化。運行磨煤機按照5號-3號-6號的順序依次跳掉相應的磨煤機，直到保留3臺磨煤機為止，間隔時間10s。給水泵RB 試驗主要參數見表1，給水泵RB參數曲線見圖8。

表1 給水泵RB試驗主要參數

圖8 給水泵RB參數曲線

如圖8所示，給水泵RB后，被調量在偏離給定值后均能快速回到允許靜態誤差范圍，給水泵RB爐膛負壓最大波動為160Pa～-560Pa。通過給煤量曲線，給水泵發生RB后，連鎖2臺磨煤機跳閘，最終保留3 臺磨煤機運行。通過燃料量計算，機組維持在50%負荷時，3臺磨煤機可以滿足燃料量需求和穩燃要求。為防止爐膛風量和爐膛負壓等參數發生較大程度波動，每臺磨煤機跳閘時間間隔10s，以利于調節產生穩定。另外因為給水流量變化的快速性，給水泵RUNBACK 的降負荷率比其他輔機的速率要快1倍，為100 MW／s，同時在送、引風調節回路增加負壓單向閉鎖和磨煤機一次風量調節前饋回路邏輯等，來提高燃料和風量的相應速度。

4.3.2 一次風機RB實驗

（1）動態試驗條件得到滿足。

（2）動作過程：CCS 將控制方式由協調方式自動轉入TF方式，機組負荷指令按50%BMCR／min的速率變化到目標負荷500 MW，鍋爐主控控制給水量、燃料量，主汽壓力設定值隨負荷—壓力函數f （x）變化。運行磨煤機按照5號-3號-6號的順序依次跳掉相應的磨煤機，直到保留3臺磨煤機為止，間隔時間10s。

跳閘磨煤機，對應的一次風冷熱風關斷門、分離器出口門，一次風冷熱調節擋板關閉。運行的一次風機調節動葉在電流不超過532 A 時強開至90%。一次風機RB試驗主要參數見表2，一次風機RB參數曲線見圖9。

表2 一次風機RB試驗主要參數

圖9 一次風機RB參數曲線

如圖9所示，一次風機RB后，被調量在偏離給定值后能夠快速回到允許靜態誤差范圍，調節品質較好。通過給煤量曲線，一次風機RB雖然同樣連鎖2臺磨煤機跳閘，但磨煤機通過一次風向爐膛送粉，一次風機跳閘對磨煤機入口風量的影響較大，其他正常運行的磨煤機送粉能力同時受到影響，因此設計燃料量拉回控制邏輯的，降低爐膛燃料量的驟然下降，造成給水、風量和燃料量的不平衡程度。爐膛負壓調節方面，因為一次風屬爐膛風量的一部分，一次風機跳閘，較嚴重地打破了送引風的平衡，因此造成爐膛負壓大幅波動，一次風機RB爐膛負壓最大波動-32Pa～-1450Pa。一次風機RUNBACK 的降負荷率為50 MW／s，較給水泵RB要慢，以緩解鍋爐燃燒的加大慣性和延遲。RB發生后，關閉相應跳閘的磨煤機出口擋板，以減少其他磨煤機一次風損失。

通過以上兩個案例的分析，不同輔機RB工況有所不同，RB 過程中應注意的參數變化也不同，通過對調節參數和控制邏輯的優化，可以進一步提高RB過程中的控制品質，達到更好的控制效果。

5 結語

通過對綏中電廠二期RB控制成功的經驗，解析了RB控制邏輯的設計思路和動態試驗過程中應特別注意控制參數優化，對其他機組RB控制設計有一定的借鑒意義。

隨著大容量高參數火電機組的迅猛發展，火電廠自動控制水平也在不斷提高，機組安全運行的可靠性則顯得尤為重要，因此百萬機組的RB控制理念對火電廠未來的發展起著重要的作用。

［1］ 胡壽松.自動控制原理 （第4版）［M］.北京：科學出版社，2001

［2］ 楊慶柏.熱工過程控制儀表 ［M］.北京：中國電力出版社，1998

［3］ 張雪申.集散控制系統及其應用 ［M］.北京：機械工業出版社，2006

［4］ 朱北恒.火電廠熱工自動化系統試驗 ［M］.北京：中國電力出版社，2006