超超臨界二次再熱火電機組RB功能試驗及控制策略

張?zhí)旌? 于國強, 殳建軍, 管詩駢, 胡尊民

(江蘇方天電力技術有限公司， 南京 211102)

超超臨界二次再熱火電機組RB功能試驗及控制策略

張?zhí)旌? 于國強, 殳建軍, 管詩駢, 胡尊民

(江蘇方天電力技術有限公司， 南京 211102)

針對輔機故障快速降負荷功能(RB)在二次再熱火電機組中的特殊要求，介紹了RB的含義和分類，結合國內某臺1 000 MW超超臨界二次再熱機組RB動態(tài)試驗過程，分析了RB控制在二次再熱機組上的重點和難點，并對RB控制策略進行了優(yōu)化。實踐結果表明：RB功能試驗動作邏輯正確；試驗中水冷壁的超溫問題經(jīng)過一些改進也得到了解決，機組在RB發(fā)生后的安全性得到了保證。

火電機組； 二次再熱； RB功能; 控制策略； 試驗

當機組的重要主、輔機或設備發(fā)生故障影響到機組的帶負荷能力或危及機組的安全運行時，必須對機組的實際負荷指令進行處理，從而保證機組可以安全穩(wěn)定地運行，該功能稱為輔機故障快速降負荷功能(簡稱RB)。近些年，為實現(xiàn)節(jié)能降耗，提高機組的發(fā)電效率，采用二次再熱技術已成為國內燃煤發(fā)電行業(yè)的熱門發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)一次再熱機組相比，二次再熱機組設備更為復雜，因此由于輔機故障引起機組非正常停機的概率也有所增加。為提高二次再熱機組自動應對輔機故障的能力，保證機組安全、穩(wěn)定運行，在機組新建過程中必須進行RB功能試驗，并根據(jù)試驗過程中機組各主要參數(shù)變化情況，對RB控制策略進行優(yōu)化，確保機組RB功能動作正確，提高二次再熱機組熱工自動控制系統(tǒng)的性能。

1 RB分類

RB發(fā)生時由協(xié)調控制系統(tǒng)(CCS)進行邏輯判斷并協(xié)調機組各系統(tǒng)的動作，保證機組在故障狀態(tài)下自動快速減負荷，適應故障狀態(tài)下機組帶負荷的能力，并控制機組參數(shù)運行在允許范圍內。RB功能的實現(xiàn)為機組在高度自動化運行方式下的安全性和穩(wěn)定性提供了保障。

根據(jù)機組輔機的情況，常規(guī)火電機組一般設置以下幾種RB功能:

(1) 磨煤機RB。

(2) 送風機RB。

(3) 引風機RB。

(4) 一次風機RB。

(5) 空氣預熱器RB。

(6) 給水泵RB。

除了以上幾種常見的輔機RB功能，針對一些脫硫系統(tǒng)配置帶有增壓風機的百萬千瓦機組，增壓風機運行時突然跳閘，使得風道阻力增加，導致機組必須迅速降負荷，根據(jù)需求，可以設置增壓風機RB邏輯；另外當機組配置3臺爐水循環(huán)泵(兩用一備)，可以設置爐水循環(huán)泵RB邏輯，以保證機組在啟動過程中爐水循環(huán)泵發(fā)生故障時機組快速降負荷。

2 RB試驗

RB控制策略主要由模擬量控制系統(tǒng)(MCS)和燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)共同實現(xiàn)[1]。RB試驗是CCS乃至整個機組控制系統(tǒng)在調試及投運過程中一個綜合性的重要項目[2]。在生產(chǎn)運行過程中，當對機組MCS、DEH、SCS、FSSS等系統(tǒng)與RB功能相關的組態(tài)進行了修改后宜進行RB靜態(tài)試驗，在下列情況下，機組應進行RB動態(tài)試驗:

(1) MCS、FSSS或者DEH等系統(tǒng)進行改造后。

(2) 有與RB功能相關的主要熱力系統(tǒng)和熱力設備變更或改造后。

(3) 新建機組正式移交生產(chǎn)前。

(4) 機組進行大修之后。

RB控制回路主要包括重要輔機輸出能力計算、RB速率計算、機組允許的最大輸出能力計算、RB工況判斷、RB狀態(tài)指示燈。試驗前按照邏輯進行相應的靜態(tài)試驗，對各相關輔機進行輸出能力測試，確保RB目標負荷的合理性；對MCS鍋爐煤、水、風等自動調節(jié)回路進行優(yōu)化，保證這些調節(jié)系統(tǒng)能協(xié)調配合，使燃燒和給水系統(tǒng)保持相對穩(wěn)定。

當下列各項滿足時，可認為機組具備RB的投運條件:

(1) 機組能夠在CCS、TF等方式下運行。

(2) DEH能夠獨立運行，或投入CCS遙控運行。

(3) 機組爐膛壓力控制、風量控制、給水控制、燃料控制等系統(tǒng)能夠投入自動運行。

(4) FSSS燃燒器投運、停運正常。

國內某1 000 MW超超臨界二次再熱機組，鍋爐為2 710 t/h 超超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，汽輪機為N1000-31/600/610(620)/610(620)型超超臨界參數(shù)、二次中間再熱、單軸、五缸四排汽、凝汽式汽輪機。單元機組控制系統(tǒng)采用的DCS為 EDPF-NT +分散控制系統(tǒng)，設計包含 DAS、BMS、MCS、SCS等系統(tǒng)。DEH/ETS 采用了SPPA-T3000 分散控制系統(tǒng)。機組共設計了7種RB工況，即單臺磨煤機RB、2臺磨煤機RB、送風機RB、引風機RB、空氣預熱器RB、一次風機RB、給水泵RB。在試驗前，根據(jù)機組設備的實際運行狀況，確定了RB動作后重要輔機超馳開度等參數(shù)：

(1) 送風機動葉開度超馳設為83%，引風機葉片開度超馳設為83%，一次風機開度超馳設為83%，汽動給水泵轉速上限設為5 400 r/min。

(2) RB試驗降負荷目標及速率設定見表1。

表1 RB試驗降負荷目標及速率設定

3 RB動態(tài)試驗

3.1單臺磨煤機RB

3.1.1 試驗過程

單臺磨煤機RB試驗步驟見表2。

表2 單臺磨煤機RB試驗卡

機組在923 MW負荷穩(wěn)定運行，A、B、D、E、F 5臺磨煤機運行，機前壓力穩(wěn)定在29.5 MPa，手動停F磨煤機，RB發(fā)生。機組以TF方式運行由汽輪機調節(jié)壓力，鍋爐主控指令降至800 MW，壓力調節(jié)器定值從RB發(fā)生時跟蹤實際機前壓力，并以1.5 MPa/min的速率降至壓力目標值。

3.1.2 試驗分析

試驗過程中，RB發(fā)生后各項邏輯動作正確，參數(shù)調節(jié)較為穩(wěn)定。單臺磨煤機RB試驗曲線及RB后機組各主要參數(shù)變化見圖1和表3。

圖1 單臺磨煤機RB試驗曲線

項目起始值過程最大值過程最小值穩(wěn)定值機組負荷/MW923923790803主汽壓力/MPa29.529.525.225.5爐膛壓力/kPa-0.15-0.09-0.32-0.15一級過熱器入口過熱度/K54544153主汽溫度/℃598598580595一次再熱溫度/℃583583571576二次再熱汽溫/℃584584571571氧量/%3.75.23.74.8

3.22臺磨煤機RB

3.2.1 試驗過程

機組在918 MW 負荷穩(wěn)定運行，A、B、C、D、E 5臺磨煤機運行，機前壓力穩(wěn)定在28.7 MPa，手動停A磨煤機，10 s后再手動停E磨煤機，觸發(fā)2臺磨煤機RB。機組以TF方式運行由汽輪機調節(jié)壓力，鍋爐主控指令降至600 MW，壓力調節(jié)器定值從RB發(fā)生時跟蹤實際機前壓力，并以1.5 MPa/min的速率降至壓力目標值。2臺磨煤機RB試驗步驟見表4。

表4 2臺磨煤機RB試驗卡

3.2.2 試驗分析

試驗過程中，2臺磨煤機RB發(fā)生后，機組自動控制系統(tǒng)迅速減水，導致一級過熱器入口過熱度上升，水冷壁存在超溫現(xiàn)象。RB發(fā)生后各項邏輯動作正確，各自動控制系統(tǒng)參數(shù)調節(jié)較為穩(wěn)定。2臺磨煤機RB試驗曲線及RB后機組各主要參數(shù)變化見圖2和表5。

圖2 2臺磨煤機RB試驗曲線

項目起始值過程最大值過程最小值穩(wěn)定值機組負荷/MW918918593593主汽壓力/MPa28.728.718.918.9爐膛壓力/kPa-0.100.24-0.9-0.10一級過熱器入口過熱度/K641005757主汽溫度/℃597597574574一次再熱溫度/℃579579549549二次再熱汽溫/℃580580541541氧量/%2.94.62.94.6

3.3引風機RB

3.3.1 試驗過程

機組在920 MW負荷穩(wěn)定運行， A、B、C、D、E 5臺磨煤機運行，機前壓力穩(wěn)定在29.7 MPa，2臺引風機平均分配負荷。手動停A引風機，RB發(fā)生，連鎖跳閘A送風機；按F→A→E的順序，間隔10 s跳剩3臺磨煤機。機組以TF方式運行，汽輪機調節(jié)壓力，鍋爐主控指令降至500 MW目標值，壓力調節(jié)器定值從RB發(fā)生時跟蹤實際機前壓力，并以1.5 MPa/min的速率降至壓力目標值。引風機RB試驗步驟見表6。

表6 引風機RB試驗卡

3.3.2 試驗分析

RB動作后，B引風機動葉超馳開至83%，送風機動葉開至83%，爐膛較長時間維持正壓，RB超馳時間過后，送、引風系統(tǒng)恢復自動調節(jié)，爐膛壓力恢復正常。根據(jù)該情況，將送風機動葉超馳值略微降低。試驗過程中，與2臺磨煤機RB相同，一級過熱器入口過熱度上升，水冷壁存在超溫現(xiàn)象，其他參數(shù)調節(jié)穩(wěn)定。引風機RB后機組各主要參數(shù)變化及曲線見表7和圖3。

表7 引風機RB后機組各主要參數(shù)變化

圖3 引風機RB試驗曲線

3.4一次風機RB

3.4.1 試驗過程

機組在922 MW 負荷穩(wěn)定運行，5臺磨煤機運行，機前壓力穩(wěn)定在29 MPa，2臺送風機、引風機、一次風機負荷平均分配。手動停A一次風機，RB發(fā)生磨煤機按F→A→E的順序，間隔5 s，跳剩3臺磨煤機。機組以TF方式運行由汽輪機調節(jié)壓力，鍋爐主控指令降至500 MW目標值，壓力調節(jié)器定值從RB發(fā)生時跟蹤實際機前壓力，并以1.8 MPa/min的速率降至壓力目標值。引風機RB試驗步驟見表8。

表8 一次風機RB試驗卡

3.4.2 試驗分析

試驗過程中，一次風機RB發(fā)生后B一次風機超馳開到83%，超馳動作正確，整個機組RB發(fā)生后參數(shù)穩(wěn)定。

引風機RB后機組各主要參數(shù)變化及曲線見圖4和表9。

圖4 一次風機RB試驗曲線

項目起始值過程最大值過程最小值穩(wěn)定值機組負荷/MW922922555555主汽壓力/MPa29.029.017.417.4爐膛壓力/kPa-0.100.18-1.60-0.10一級過熱器入口過熱度/K68953275主汽溫度/℃594594559585一次再熱溫度/℃587587554554二次再熱汽溫/℃582582554554氧量/%3.56.13.55.0

一次風機RB動作過程中，根據(jù)一級過熱器入口過熱度，手動增加給水流量，有效地抑制了過熱度的上升，防止了水冷壁超溫。考慮到給水泵RB時，給水流量會急劇下降，再手動增加給水流量定值可能無法使給水流量增加，所以在RB時通過減煤來達到降低一過入口過熱度的目的。

3.5給水泵RB

3.5.1 試驗過程

機組在925 MW負荷穩(wěn)定運行，B、C、D、E、F 5臺磨煤機運行，機前壓力穩(wěn)定在30.3 MPa，2臺給水泵負荷平均分配。手動停A給水泵，RB發(fā)生，B給水泵轉速指令升至5 400 r/min；按F→A→E的順序，間隔5 s，跳剩3臺磨煤機。機組以TF方式運行由汽輪機調節(jié)壓力，鍋爐主控指令降至500 MW目標值，壓力調節(jié)器定值從RB發(fā)生時跟蹤實際機前壓力，并以2.3 MPa/min的速率降至壓力目標值。給水泵RB試驗步驟見表10。

表10 給水泵RB試驗卡

3.5.2 試驗分析

試驗過程中，RB發(fā)生后直接聯(lián)跳相應磨煤機，給水泵超馳動作正確，因為RB過程中，超馳減少了部分煤量，所以整個過程中，一級過熱器入口過熱度變化較小，水冷壁溫正常，機組參數(shù)正常可控。給水泵RB后機組各主要參數(shù)變化及曲線見表11和圖5。

表11 給水泵RB后機組各主要參數(shù)變化

圖5 給水泵RB試驗曲線

4 RB動態(tài)試驗控制邏輯優(yōu)化

試驗過程中當RB工況發(fā)生后，系統(tǒng)自動切換到相應的RB工作模式，并發(fā)出信號至FSSS進行跳磨，過程中無切換擾動，RB邏輯動作正確。

RB試驗過程中，爐膛負壓、一次風壓力等控制子系統(tǒng)能根據(jù)情況進行必要的超馳控制，以迅速阻止被調參數(shù)大幅越限。在5個RB工況的試驗中，機組各主要調節(jié)回路均維持自動狀態(tài)，被調參數(shù)波動均在正常范圍內。試驗中出現(xiàn)的水冷壁超溫問題，通過增加超馳減煤對RB控制邏輯進行優(yōu)化后得到了解決。

原控制邏輯中，當給水泵RB時，運行給水泵轉速超馳到5 400 r/min。給水泵RB試驗過程中發(fā)現(xiàn)給水泵出力較大，為了防止低負荷發(fā)生給水泵RB時，運行給水泵超馳到5 400 r/min，導致給水流量偏大，因此將運行給水泵轉速超馳值改為“RB時轉速+300 r/min”。

經(jīng)過試驗，發(fā)現(xiàn)RB發(fā)生時，機組水冷壁容易超溫，但主蒸汽溫度又會下降，兩者需要根據(jù)實際情況，尋求一個平衡點。建議在以后的RB過程中，密切關注中間點的過熱度變化，便于以后邏輯的進一步優(yōu)化。

5 結語

二次再熱機組的結構和運行方式的特殊性使得RB控制策略的設計變得更加復雜。試驗結果表明：此二次再熱機組RB試驗邏輯動作正確，過程中參數(shù)變化穩(wěn)定控制在允許范圍，達到了機組在輔機意外跳閘時自動安全快速減負荷的目的，為機組運行的安全性和穩(wěn)定性提供了保障。

[1] 任高, 李梅鳳. 協(xié)調控制系統(tǒng)中RB試驗的探討[C]//山西省電機工程學會第五屆學術年會論文集. 太原: 中國電機工程學會, 2007.

[2] 毛忠國. 300 MW燃煤機組RB控制技術試驗研究[D]. 重慶: 重慶大學, 2005.

ResearchonRBTestandControlStrategyofanUltraSupercriticalDoubleReheatUnit

Zhang Tianhai, Yu Guoqiang, Shu Jianjun, Guan Shipian, Hu Zunmin

(Jiangsu Frontier Electric Technology Co., Ltd., Nanjing 211102, China)

To satisfy the special requirement of runback (RB) function in double reheat thermal power units, an introduction was presented to the meaning and classification of RB. Based on the dynamic process of RB test for a domestic 1 000 MW ultra supercritical double reheat unit, an analysis was conducted on key points and difficulties of RB control in the double reheat unit, after which an optimization was carried out on the control strategy. Results show that the actions of RB logic are proved to be correct; the over-temperature problem occurring in the testing of water wall has been settled by appropriate improvements, and the unit safety is then secured after initiation of the RB function.

thermal power unit; double reheat; RB function; control strategy; test

2016-10-31；

2017-01-03

張?zhí)旌?1989—)，男，工程師，從事電廠熱工自動化控制工作。E-mail: zhangth2009@163.com

TM621.3

A

1671-086X(2017)06-0442-06