超臨界直流機組RB試驗若干問題探討

張 彪，周 慧，岳 良

（1.國網湖北省電力有限公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077；2.文華學院，湖北 武漢 430074）

0 引言

RB試驗是指當機組發生部分主要輔機故障跳閘，機組最大理論出力低于當前實際負荷時，機組協調控制系統（CCS）將機組負荷快速降到所有輔機實際所能達到的相應出力，并能控制機組參數在允許范圍內保持機組繼續運行。RB試驗是協調控制系統乃至整個熱工控制系統在調試及運行過程中的一個綜合性項目，是對機組故障工況下運行能力及對控制系統性能的檢驗。RB類型可分為風機跳閘RB、燃料跳閘RB及給水泵跳閘RB，其中以燃料跳閘類中的一次風機RB及給水泵RB的試驗難度最大[1]、[2]。

本文總結了兩臺國產典型超臨界機組的RB試驗，從機組設備特點、控制策略、試驗過程、試驗數據、問題的分析及處理等方面作了分析比較。項目1為配置3臺雙進雙出磨煤機的350 MW超臨界機組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限公司制造；項目2為配置中速磨正壓直吹制粉系統的660 MW超臨界機組，鍋爐由東方鍋爐廠有限公司制造。

1 RB控制策略分析

目前，多數大型超臨界直流機組采用以鍋爐跟隨為基礎的協調控制，鍋爐主控滑壓控制主汽壓力，汽機主控主調機組功率。水煤比控制采用水跟煤的控制策略，水煤比粗調中間溫度，鍋爐一、二級減溫控制實現主汽溫度的細調[3]、[4]。

1.1 負荷管理控制

RB工況時，機組自動轉入汽機跟隨模式（TF），主汽壓力根據預先設置好的滑壓曲線實行閉環控制，功率開環控制。RB目標負荷理論上對應的是單臺輔機的最大出力負荷，而實際上也是由剩余燃料量產生的熱負荷決定的，控制策略上由鍋爐主控目標指令生成邏輯實現。

項目1中的鍋爐主控指令綜合了煤質的變化因素，即鍋爐主控指令=（當前鍋爐主控指令/當前功率）*單臺輔機最大出力負荷，且不同的RB類型對應不同的鍋爐主控指令變化速率。項目2中的鍋爐主控指令直接由單臺輔機最大出力線性對應求得，沒有考慮煤質因素，試驗結果也證實了在動態過程中水煤比失調較為嚴重，見后文分析。

1.2 主汽壓力控制

如上述，RB目標負荷由剩余燃料量產生的熱負荷決定，而主汽壓力由汽機主控控制。因此，主汽壓力的動態變化過程決定了功率的變化過程。主汽壓力的控制方式分為定壓控制、滑壓控制和定-滑壓控制等方式。定壓方式減負荷時，優點在于汽機調門可持續關閉降低負荷，主蒸汽流量逐步減小，充分利用了鍋爐的蓄熱能力，有利于主汽溫度的穩定；缺點是機組負荷與主汽壓力不匹配，經濟性差，且給水泵RB時可能導致鍋爐上水困難。滑壓方式減負荷時，優點在于汽輪機調門開度較大，利于汽輪機的安全運行；缺點在于機組功率下降緩慢（特別在無汽機調門禁開邏輯時，負荷容易反調），待鍋爐蓄熱釋放完畢之后，物料不平衡的矛盾開始顯露，表現在過熱度波動大、主再熱汽溫下降過快而危及汽輪機安全。

項目1中采用了滑壓降負荷方式，設置了偏小的滑壓速率，增加了汽機調門禁開邏輯，優化整定了汽機主控調壓PID參數，使得降負荷過程中盡量與汽機閥門特性曲線大致匹配，綜合了定、滑壓降負荷的優點，減少機組在高風險工況的時間，維持了機組主要參數的穩定。項目2采用滑壓降負荷方式，未設計調門禁開邏輯，滑壓設定值下降較快，使得負荷一度反調，試驗時間延長，機組參數波動較大。

1.3 水煤比及過熱汽溫控制

從靜態角度分析，RB目標負荷對應一定的給水量、風量及燃料量，此靜態關系可根據機組實際情況進行設置。從動態機理分析角度，RB過程中，鍋爐各物料動態不平衡，單臺輔機跳閘后，理論上給水量及燃料量可一步降到位，但考慮到鍋爐的蓄熱，機組負荷不可能一步降到位。如何釋放并充分利用鍋爐的蓄熱，實際上是影響RB試驗品質的核心問題，而鍋爐主汽溫受到水煤比及汽機調門的綜合影響[5]。因此，需要設置合理的水、煤的調節速率，用以匹配鍋爐蓄熱釋放速率（表現為汽機調門動作速率）。對于作為過熱汽溫粗調手段的過熱度而言，給水量對其影響較為快速，RB工況時根據給水調節特性設置合理的給水調節速率以保持過熱度的穩定；RB工況下一般切除鍋爐上層燃料，因此汽機調門及燃料的變化對主汽溫的先期影響較為快速，而后才會受到過熱度的影響。

項目1中采用RB發生時，快降燃料慢降給水的原則，保證過熱度的相對穩定，并配合汽機調門的前期快速動作，使主汽溫也保持了相對穩定。

2 RB試驗分析

2.1 一次風機RB試驗

項目1機組負荷315 MW，主汽壓力22.8 MPa，DEH在單閥控制方式，兩臺一次風機在變頻自動控制方式，3臺磨煤機在運行狀態。試驗開始后，鍋爐主控切為手動狀態，機組進入TF（汽機跟隨）控制方式，汽機主控根據滑壓曲線，以0.5 MPa/min的速率自動調節汽機調門進行降壓、降負荷，目標負荷230 MW。RB觸發時，切除一臺磨煤機，10 s后切除半臺磨煤機，并投油助燃，給水控制根據實際燃料量進行自動跟蹤。

表1 項目1一次風機RB試驗數據表Tab.1 Primary air fan RB test data of project 1

圖1 項目1一次風機RB試驗曲線Fig.1 Primary air fan RB test figures of project 1

由表1數據及圖1曲線分析可知，減小主汽壓力的滑壓速率有利于汽溫的穩定，且機組負荷平穩下降（試驗時間約6 min），試驗結束后能夠快速恢復工況。動態過程中水煤配比合適，過熱度波動幅度較小。

項目2機組負荷620 MW，主汽壓力24.3 Mpa，DEH在單閥控制方式，兩臺一次風機動葉在自動控制方式，5臺中速磨運行。試驗開始后，鍋爐主控切為手動狀態，機組進入TF（汽機跟隨）控制方式，汽機主控根據滑壓曲線，以1.4 MPa/min的速率自動調節汽機調門進行降壓、降負荷，目標負荷300 MW。RB觸發時，由于單臺一次風機跳閘已經相當于切除了部分燃料，而后又迅速切除兩臺磨煤機（間隔3 s），加之鍋爐采用易燃的褐煤，導致鍋爐燃燒不穩，爐膛負壓大幅波動，致使鍋爐爐膛負壓低MFT動作，試驗失敗。而后，將切除兩臺磨煤機的時間間隔修改為8 s，再次試驗時合格。

表2 項目2一次風機RB試驗數據表Tab.2 Primary air fan RB test data of project 2

圖2 項目2一次風機RB試驗曲線Fig.2 Primary air fan RB test figures of project 2

由表2數據及圖2曲線分析可知，由于采用了較大的滑壓速率，功率下降較慢，且一度反調，試驗持續時間較長（約20 min）；切除的一次風機及磨煤機間隔仍較短，鍋爐燃燒不穩，爐膛負壓在-1327 Pa～1503 Pa之間波動；試驗過程中動態水煤比失調，試驗初期給水跟隨煤量迅速下降，導致過熱度上升過快；另外，試驗初期時鍋爐的熱負荷大量減少，機組僅靠蓄熱緩慢降低負荷，主汽溫度應逐步降低，但試驗過程中汽溫不降反升，也進一步印證了水煤比失調。

2.2 汽動給水泵RB試驗

項目1機組負荷315 MW，主汽壓力23 MPa，DEH在順序閥控制方式，兩臺汽動給水泵在自動控制方式，3臺磨煤機在運行狀態，機組各主要控制系統投入自動控制。試驗開始后，機組進入TF模式，汽機主控根據滑壓曲線，以0.5 MPa/min自動調節汽機調門進行降壓、降負荷；切磨投油等連鎖邏輯動作正確；動態水煤比配比合適，各主參數相對穩定；試驗持續約5 min，機組較快速地脫離危險工況。

表3 項目1汽動給水泵RB試驗數據表Tab.3 Feed water pump RB test data of project 1

圖3 項目1汽動給水泵RB試驗曲線Fig.3 Feed water pump RB test figures of project 1

試驗開始時，一臺汽泵跳閘觸發RB，由于給水控制的調節特性，運行汽泵的出力會加大。試驗過程中發現汽泵在高負荷段推力瓦溫上升過快，易導致給水泵跳閘。因此在控制策略上加以修改，仍然采用水跟煤的控制策略，但在試驗初始階段將給水泵指令在30 s內限制為0.01%/s，避免了運行汽泵突然加大出力造成的推力瓦溫上升過快的問題。

項目2機組負荷600 MW，主汽壓力23.6 Mpa，DEH在單閥控制方式，兩臺給水泵在自動控制方式，5臺中速磨運行。試驗開始后，鍋爐主控切為手動狀態，機組進入TF（汽機跟隨）控制方式，汽機主控根據滑壓曲線，以1.4 MPa/min自動調節汽機調門進行降壓、降負荷。

表4 項目2汽動給水泵RB試驗數據表Tab.4 Feed water pump RB test data of project 2

圖4 項目2汽動給水泵RB試驗曲線Fig.4 Feed water pump RB test figures of project 2

RB動作時，燃料量因兩臺磨煤機的切除（間隔7 s）一步到位至239 t/h，給水流量立即跟隨下降。初始控制策略設計為RB工況下取消過熱度的對給水流量的修正作用，導致過熱度在試驗開始后快速上升至91℃，運行人員不得不切除運行泵的自動控制進行手動干預。后將過熱度主調PID限制在±80 t/h，允許其在RB工況的前60 s內起作用，抑制了過熱度的快速上升。

項目2的汽泵RB試驗滑壓速率設置為1.4 MPa/Min，同一次風機RB試驗一致，實踐證明不同輔機RB應設置不同的滑壓速率。特別是汽泵RB的滑壓速率應設置得較小，并在試驗過程中優化汽機調壓PID參數，使主汽壓平緩下降，這樣有助于汽機調門的持續關閉，也有助于控制給水流量的增加。

3 結論

（1）從控制角度來說，超臨界直流機組為一個三輸入三輸出的多變量耦合系統，調節特性較為復雜。在機組試投協調及變負荷試驗階段應摸索機組的關鍵控制特性，如動靜態水煤比、主汽壓控制特性、汽機調門特性等，為RB試驗作準備；從機理角度分析，鍋爐蓄熱為固有特性，應加以合理利用，滑壓速率、調門速率、水煤比等與其息息相關，以上因素協同作用才能取得較好的試驗效果。

（2）在RB動態試驗之前，進行靜態試驗也是必要的。主要檢查RB至MCS、FSSS系統的信號正確性，輔機設備的聯鎖動作邏輯等。

（3）RB發生時，鍋爐主控設定值一般由RB目標負荷經“功煤比”生成，需注意量綱的轉換，避免試驗過程中出現煤量設定值的突變。由于機組協調采用水跟煤的策略，應將給水自動中的切手動條件放寬，避免試驗一開始就造成給水控制切為手動。

（4）為保證試驗成功及機組安全，RB發生時強制滿足油槍點火條件。對側一運行輔機頻指令設置上限以避免出力過大造成執行機構卡死或設備損壞。

（5）針對配置不同制粉系統的機組，或是不同類型的輔機RB試驗，應制定符合設備特點的控制策略。

[參考文獻]（References）

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