淺析大型機組高加RB控制策略及其完善措施

陸陸，鄭渭建

（浙江浙能技術研究院有限公司，杭州310003）

淺析大型機組高加RB控制策略及其完善措施

陸陸，鄭渭建

（浙江浙能技術研究院有限公司，杭州310003）

分析了目前機組普遍采用的高加RB（快速減負荷）控制方式存在的不足，指出高加RB的目的在于快速限制高加解列后汽輪機的出力以保護發電機，保證機組在特殊工況下的安全運行。設計了以鍋爐跟隨和汽輪機跟隨為基礎的高加RB控制策略，在RB初期利用汽輪機跟隨有效控制負荷的上升，待機組負荷穩定后才轉為鍋爐跟隨的控制方式，以保證主汽壓力的平穩，這是機組在高加解列工況下安全運行的有效手段。

高壓加熱器；快速減負荷；鍋爐；汽輪機

0 引言

高壓加熱器（簡稱高加）是利用汽輪機抽汽對給水進行加熱的設備，對機組運行的經濟性有重要意義[1]。當高加由于某些異常原因而解列運行時，會對機組正常運行造成不利影響，如給水溫度的下降和汽輪機出力的瞬時上升等。因此，不少機組設計了高加RB（快速減負荷）的功能，以應對高加解列產生的問題，提高機組的可靠性。

高加RB的控制方式與常規輔機RB的方式類似，均在RB發生時采用鍋爐出力決定機組負荷、汽輪機控制壓力的TF（汽輪機跟隨）控制方式。但就實際情況而言，高加解列對機組運行安全性、機組出力的影響程度和RB動作方式與常規輔機跳閘造成的影響存在較大的差異。從機組的運行可靠性，以及設計RB的目的來看，目前高加RB采用的控制策略和動作方式，有值得商榷的地方。

1 高加RB控制方式

許多機組設計的高加RB功能都借鑒了以往的輔機RB模式，采用的是鍋爐決定機組輸出功率，汽輪機控制主汽壓力的方法觸發機組快速降負荷，確保機組在異常突發的工況下安全運行。

以某300 MW強制循環亞臨界參數中間再熱式單元機組為例，當機組負荷在255 MW及以上時，如發生高加解列觸發高加RB動作，機組目標負荷立即設為250 MW，并以150 MW/min的速率進行快速減負荷動作。同時主汽壓力目標值維持在當前主汽壓力，120 s后設為16 MPa，變化速率為0.22 MPa/min。同時，鍋爐指令直接輸出經過限幅限速后的負荷設定值，鍋爐主控撤出自動處于跟蹤狀態。汽輪機主控則繼續以自動方式運行，維持主汽壓力在設定值上。隨著鍋爐出力的減少，機組出力慢慢下降，待輸出功率降至250 MW以下時，高加RB復歸，動作結束。

從以上敘述可知，高加RB動作后機組的運行方式為汽輪機跟隨的運行方式，機組出力由鍋爐燃料量決定，汽壓由汽輪機調門控制，這與常規的輔機RB動作相同。

2 存在的不足

由以上描述可知，高加RB控制策略與常規輔機RB控制策略在本質上并沒有區別。高加解列后的機組采用這種RB動作方式具有一定的盲目性，僅僅是完成了RB的動作，并沒有真正解決高加解列過程中帶來的不利影響。因此，在設計高加RB控制策略時，需要分析高加異常解列給機組運行帶來的后果以及高加RB的目的，再以此為依據設計控制策略。

從物質和能量平衡的角度看，高加解列之后，原用于加熱給水的高、中壓缸抽汽將返回汽輪機做功，這將使得汽輪機的輸出功率在瞬間提高。據測算，當高加切除的瞬間，汽輪機的輸出功率可能提高10%以上[2]。對于在高負荷段運行的機組來說，發電機可能在一段時間內超負荷運行，從而威脅到機組的運行安全。特別是經過增容改造后的機組，擴大了汽輪機做功能力，也相對減少了發電機的裕量，在高加解列后發電機的過負荷量將更大，不利影響也將更為嚴重。而從較長的一段時間來看，高加的解列勢必造成給水溫度的下降，在鍋爐燃燒率保持不變的情況下，主蒸汽參數最終將會下降。

經過對高加解列后運行全過程的分析可知，前期高加RB最為迫切的任務應當是限制汽輪機的出力，保護發電機的運行安全，而不是單純減少機組的出力。而當汽輪機出力穩定后，控制的重點則應放在對主汽壓力的控制上，以免汽壓波動過大影響機組的運行。這種在RB過程中控制目標的改變也是高加RB與常規輔機RB重要的不同點，而且從機組的安全運行角度來說，限制汽輪機出力的目標更為重要。

而從高加RB與常規輔機RB的成因來看，簡單套用常規輔機RB的控制策略于高加RB的控制也是不合適的。常規輔機RB是“被動”減負荷的過程，是由于機組的重要輔機跳閘造成機組的發電能力受到限制時，為適應剩余輔機的帶負荷能力，控制系統強制將機組負荷快速減少到目標負荷的過程[3]。當輔機發生故障跳閘時，鍋爐出力受到限制，此時機組的帶負荷能力就由鍋爐的出力決定。而汽輪機和發電機在本質上是一個隨動系統，能夠很快地適應鍋爐出力的改變，快速地平衡鍋爐和汽輪機間的能量供求關系。而且在輔機發生RB時，汽輪機和發電機的出力隨著鍋爐出力的下降而下降，始終處于安全運行的狀態，不會出現過負荷的情況。因此，輔機RB利用汽輪機調門控制主汽壓力，由鍋爐決定出力的方式能夠實現快速減負荷的功能。

而相對來說高加RB則是“主動”減負荷的過程。當高加解列時，大量抽汽返回汽輪機做功，導致發電機的輸出功率上升。在這種情況下，鍋爐的出力并未受到限制，機組出力的高限是由發電機的安全運行條件所決定的，因此如何快速限制發電機負荷的升高是這種工況下需要首先考慮的問題。相對于汽輪機來說，鍋爐是一個具有大時延和慣性的系統，通過改變鍋爐的燃燒、減少產汽量等手段來限制發電機的負荷需要一個過程，不能滿足快速限制負荷的要求。汽輪機對輸出功率的控制則具有快速性，可以通過調門的調節快速控制進入汽輪機做功的蒸汽量，實現對負荷的快速限制。如在此過程中，鍋爐也將通過各種手段盡快減小出力，匹配汽輪機對蒸汽量的需求，則能夠很快滿足限制發電機出力的要求。當鍋爐出力減小到一定程度時，產生的蒸汽量將會下降，此時發電機安全運行要求對機組出力的限制已經解除，反而是鍋爐出力限制了機組的出力。此時，如機組的控制方式轉為常規的輔機RB控制方式，以TF方式減負荷到目標值，即可平穩地完成對整個高加RB的控制。

3 改進措施

經過以上分析，可知當發生高加RB時，機組的控制策略宜以BF（鍋爐跟隨）控制方式為基礎，保證發電機出力不超限，待鍋爐出力下降再轉為TF方式運行，這樣既能確保發電機組的安全運行，又能減少系統的擾動，提高運行可靠性。對此，設計了如下的高加RB控制策略。

首先，當出現“高加水位高高高”信號時，即觸發高加RB動作。同時，該信號還將觸發高加進水三通閥和各個高加抽汽逆止門的動作，將高加切除運行。“高加水位高高高”信號是高加解列的源頭信號，以此信號觸發高加RB能夠在第一時間實施保護，提前開始控制汽輪機的進汽量，以保證發電機的安全。

如上所述，整個高加RB的動作過程將分為2個階段進行：第1個階段主要目標是控制機組負荷不超過上限，保護發電機的安全；第2階段的主要目標是控制機組的主汽壓力，防止汽壓下降過多，使機組能夠較快地恢復正常運行。

高加RB觸發后，將立即減少鍋爐出力，必要時1臺磨煤機跳閘，鍋爐開始快速減負荷，減少產汽量，防止過量蒸汽進入汽輪機做功。汽輪機通過控制調門開度維持汽輪機出力不過快上升，保證發電機的輸出功率不超限。此時機組的運行狀態類似于鍋爐跟隨方式運行，由汽輪機控制負荷的大小。在此過程中，由于鍋爐具有較大的熱慣性，即使在發生高加RB時立即進行磨煤機跳閘動作，依然在一段時間內會產生過量的蒸汽。而此時如果汽輪機調門只負責控制負荷大小，蒸汽量的增加將使得調門進一步關小，可能短時出現主汽壓力過高的現象。在必要時還需要汽輪機調門兼顧汽壓的控制，以保證其在安全范圍內。

在鍋爐減少燃料量一段時間后，產汽量逐漸減少，主汽壓力也將隨之下降。若此時依然保持汽輪機調門控制機組負荷的運行狀態，則汽輪機調門將會不斷開大，從而導致主汽壓力進一步降低，不利于機組的運行。因此當主汽壓力下降到某一定值之后，機組的控制方式將發生改變。主汽壓力將由汽輪機調門進行控制，而機組的負荷則按照一定的速率降低到剩余運行磨煤機能夠帶的負荷量。此時機組的運行方式類似于常規輔機RB后的汽輪機跟隨運行方式，機組負荷由鍋爐決定，主汽壓力由汽輪機控制。當機組出力減至目標值時，整個高加RB動作過程即告結束。

當高加RB結束之后，高加只有在負荷降低到設定值以下之后才允許再次投入，以減少對機組正常運行的擾動。高加RB的整體流程如圖1所示。

圖1 高加RB動作流程

4 結語

從高加解列后對機組運行的影響和特點著手，明確了高加RB的目標，并以此為出發點，提出了一種高加RB控制策略。其控制特點在于RB初期采用汽輪機調門控制機組負荷，保證負荷不超限，在鍋爐出力下降之后再轉為TF方式控制負荷，使發電機輸出功率在高加RB全過程中維持在限值之下，發電機始終處于安全運行的狀態，提高了機組運行的可靠性。

[1]謝誕枚，劉勇，戴義平.發電廠熱力設備及系統[M].北京∶高等教育出版社，2008.

[2]錢進.高加切除對汽輪機影響的經濟性及安全性分析[J].貴州電力技術，2001，4（6）∶13-15.

[3]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.

（本文編輯：陸瑩）

Analysis on RB Control Strategy of High Pressure Heater for Large Capacity Units and Its Improvement

LU Lu，ZHENG Weijian
（Zhejiang Energy Group Research and Development，Hangzhou 310003，China）

This paper analyzes shortcomings of RB（runback）of high pressure heater widely used for present units and points out that RB aims to limit output power of steam turbine after high pressure heater disconnection to protect generators and guarantee operation safety of units in special operating condition.The paper designs RB control strategy of high pressure heater on the basis of boilers and steam turbines following successively. In the early stage of RB，the steam turbine following is used to effectively control load rise；after the units load gets steady，the control strategy is transferred to turbine following mode to stabilize main steam pressure.It is an effective way for operation safety of units in operating condition of high pressure heater disconnection.

high pressure heater；runback；boiler；steam turbine

TK323

：B

：1007-1881（2014）11-0035-03

2014-09-11

陸陸（1987-），男，浙江寧波人，碩士，從事發電廠熱控專業技術工作。