一次風(fēng)波動(dòng)導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)過(guò)程中跳閘的分析及防范

喻林波

摘 要：針對(duì)某350MW超臨界火電機(jī)組停機(jī)過(guò)程中，因一次風(fēng)波動(dòng)造成機(jī)組跳閘事件的過(guò)程和防范處置方法的情況，分析了事件發(fā)生的主要原因，指出鍋爐一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)品質(zhì)差適應(yīng)范圍小是導(dǎo)致跳機(jī)的主要原因。進(jìn)行一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)控制方案上存在的問(wèn)題的詳盡的剖析和防范出現(xiàn)相近機(jī)組的相似問(wèn)題的處置方法與優(yōu)化改進(jìn)，達(dá)到機(jī)組安全運(yùn)行的目的。

關(guān)鍵詞：一次風(fēng)壓;調(diào)節(jié);改進(jìn)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）10-0128-02

1 機(jī)組概況

某電廠二期兩臺(tái)350MW的超臨界煤電火力機(jī)組，鍋爐廠家是哈爾濱鍋爐廠。為額定主蒸汽壓力24.2兆帕對(duì)沖直流爐，一次再熱、露天布置、全懸吊鋼結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。中速磨制粉系統(tǒng)，冷一次風(fēng)是正壓直吹式的，鍋爐的磨數(shù)量為5臺(tái)，其中正常未4臺(tái)運(yùn)行剩下為待用。每臺(tái)磨煤機(jī)上部出口的4根煤粉管分別送至爐膛前墻或后墻同一層燃燒器的一次風(fēng)口。主給水為單臺(tái)全負(fù)荷汽輪機(jī)給水泵。DCS系統(tǒng)為GE優(yōu)化與控制的XDPS-400e。

2 事件經(jīng)過(guò)

2月5日，接中調(diào)令調(diào)停#3機(jī)組，機(jī)組在TF方式運(yùn)行，電功率穩(wěn)定在85MW，機(jī)組在正常降負(fù)荷停機(jī)過(guò)程中，3D磨煤機(jī)吹掃完成后逐漸關(guān)閉冷一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板關(guān)到零，停止磨煤機(jī)運(yùn)行，此時(shí)總風(fēng)量545T/H、爐膛負(fù)壓-145Pa，相關(guān)參數(shù)均正常。00：53：06，總風(fēng)量瞬間下降至163T/H，機(jī)組發(fā)生MFT，大聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作，聯(lián)鎖汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)跳閘，機(jī)組與電網(wǎng)解列，DCS操作員站顯示MFT首出為鍋爐風(fēng)量低低跳閘。

3 原因分析

根據(jù)DCS操作員站顯示的MFT首出指示，確定為鍋爐總風(fēng)量低低保護(hù)動(dòng)作是導(dǎo)致MFT發(fā)生的直接原因。因此下一步重點(diǎn)是排查引起鍋爐風(fēng)量低低保護(hù)動(dòng)作的原因。

由于事件發(fā)生前，機(jī)組處于滑參數(shù)停機(jī)過(guò)程中，機(jī)組負(fù)荷為85MW，鍋爐風(fēng)量低低保護(hù)信號(hào)是在總風(fēng)量低于255.6T/H的情況下發(fā)生的。

總風(fēng)量為所有二次風(fēng)量與一次風(fēng)量的總和。查看在鍋爐總風(fēng)量低低信號(hào)產(chǎn)生前后的風(fēng)量情況后，發(fā)現(xiàn)此時(shí)間段送風(fēng)控制為手動(dòng)方式，且未改變輸出指令;一次風(fēng)壓力調(diào)節(jié)處于自動(dòng)控制方式，一次風(fēng)壓和一次風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)門(mén)指令都處于發(fā)散振蕩狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)影響很大;引風(fēng)機(jī)控制方式為自動(dòng)控制方式，但其自動(dòng)控制輸出指令變化很小。00時(shí)52分24秒，一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)因壓力設(shè)定值與實(shí)際值偏差大切為手動(dòng)控制方式，此時(shí)一次風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)門(mén)指令跟蹤切換控制方式時(shí)的實(shí)際開(kāi)度。而此時(shí)刻實(shí)際開(kāi)度較低，正好處于發(fā)散振蕩的最低值6%，使得一次風(fēng)入口調(diào)節(jié)門(mén)幾乎為關(guān)閉狀態(tài)。一次風(fēng)壓由8.3KPa迅速降為2.8KPa，總風(fēng)量迅速下降，爐膛負(fù)壓加大，引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉指令在自動(dòng)狀態(tài)下迅速減小防止負(fù)壓加大。雖然運(yùn)行人員在10秒后發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)壓控制切手動(dòng)報(bào)警后將一次風(fēng)入口調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)大到9%，但一次風(fēng)壓與總風(fēng)量仍在下降，5秒后運(yùn)行人員繼續(xù)開(kāi)大到19%，但總風(fēng)量已由549T/H降為148T/H，觸發(fā)了風(fēng)量低低保護(hù)，爐膛負(fù)壓達(dá)到-980Pa。

對(duì)上述情況歷史曲線進(jìn)行各系統(tǒng)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在機(jī)組發(fā)生MFT之前，一次風(fēng)機(jī)靜葉自動(dòng)控制一次風(fēng)壓，其調(diào)節(jié)控制品質(zhì)不好，一次風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度變化造成風(fēng)壓大幅度震蕩變化;負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)性能差，其調(diào)節(jié)作用與一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)產(chǎn)生耦合，一次風(fēng)壓和一次風(fēng)機(jī)入口靜葉調(diào)節(jié)門(mén)指令都處于發(fā)散振蕩狀態(tài)，使得系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，而送風(fēng)控制系統(tǒng)和引風(fēng)控制系統(tǒng)無(wú)明顯控制變化。在當(dāng)一次風(fēng)壓控制系統(tǒng)因設(shè)定壓力與實(shí)際壓力偏差大切為手動(dòng)控制時(shí)，一次風(fēng)機(jī)入口調(diào)門(mén)開(kāi)度過(guò)小，爐膛負(fù)壓急速增大，使得引風(fēng)系統(tǒng)為維持爐膛負(fù)壓也關(guān)小引風(fēng)機(jī)調(diào)門(mén)。由此可以確定總風(fēng)量變化是由一次風(fēng)發(fā)散振蕩引起的。

4 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

4.1 一次風(fēng)壓控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)不好、適應(yīng)范圍小

在停機(jī)低負(fù)荷工況時(shí)，兩臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，運(yùn)行人員正常停運(yùn)空載磨煤機(jī)情況下，一次風(fēng)機(jī)靜葉自動(dòng)控制一次風(fēng)壓，其調(diào)節(jié)控制品質(zhì)不好，一次風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度變化造成風(fēng)壓大幅度震蕩變化;負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)性能差，其調(diào)節(jié)作用與一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)產(chǎn)生耦合，連鎖引起負(fù)壓、一次風(fēng)壓、總風(fēng)量、燃燒強(qiáng)度等相關(guān)參數(shù)互相影響、發(fā)散越限。因一次風(fēng)壓控制指令與一次風(fēng)機(jī)入口調(diào)門(mén)開(kāi)度反饋都處于發(fā)散振蕩狀態(tài)，且振蕩頻率一致，可以確定一次風(fēng)壓控制器參數(shù)不合適。對(duì)一次風(fēng)壓控制器指令輸出有影響的參數(shù)有前饋量、比例系數(shù)和積分時(shí)間三個(gè)參數(shù)。在這三個(gè)參數(shù)中前饋量只與功率設(shè)定值有關(guān)，而此時(shí)間段的功率設(shè)定值無(wú)任何變化，排除前饋量對(duì)一次風(fēng)壓控制器的影響。由此可以確定，一次風(fēng)靜葉調(diào)節(jié)控制器的比例系數(shù)和積分時(shí)間兩參數(shù)與一次風(fēng)系統(tǒng)本身的特性不匹配，是引起一次風(fēng)壓發(fā)散振蕩的根本原因。需進(jìn)行機(jī)組各工況下的擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，調(diào)整控制器參數(shù)，以確保控制器的適應(yīng)性。需嚴(yán)格按照要求對(duì)熱工重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)定期擾動(dòng)試驗(yàn)，未能及時(shí)通過(guò)機(jī)組不同運(yùn)行狀況下的重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)定期擾動(dòng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，排除隱患。

4.2 對(duì)鍋爐總風(fēng)量低低的判斷不合理

機(jī)組在較高負(fù)荷時(shí)鍋爐總風(fēng)量比較大，但當(dāng)負(fù)荷比較低時(shí)，燃燒是不太穩(wěn)定的，且風(fēng)量也比較小，若只用一個(gè)總風(fēng)量定值進(jìn)行判斷很容易出現(xiàn)誤判。用機(jī)組負(fù)荷高時(shí)的總風(fēng)量值去判斷，又會(huì)使機(jī)組負(fù)荷低時(shí)提前保護(hù)動(dòng)作，造成不必要的保護(hù)動(dòng)作;用負(fù)荷較低時(shí)的總風(fēng)量值去判斷，會(huì)使機(jī)組在負(fù)荷高時(shí)發(fā)生滯后保護(hù)動(dòng)作，可能引起損壞設(shè)備的情況。因此，需對(duì)總風(fēng)量低低保護(hù)判斷按照機(jī)組實(shí)際負(fù)荷高低情況進(jìn)一步細(xì)化保護(hù)動(dòng)作值，以提高總風(fēng)量低保護(hù)動(dòng)作的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

4.3 一次風(fēng)切手動(dòng)報(bào)警設(shè)置不合理

機(jī)組停運(yùn)過(guò)程中，機(jī)組負(fù)荷已低于最低穩(wěn)燃負(fù)荷，D磨煤機(jī)停運(yùn)，給一次風(fēng)壓、爐膛負(fù)壓帶來(lái)較大擾動(dòng)，該工況下，一次風(fēng)機(jī)擋板調(diào)節(jié)、引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)節(jié)自動(dòng)相互干擾，已不能達(dá)到理想調(diào)節(jié)效果，運(yùn)行人員未能及早退出一次風(fēng)機(jī)擋板自動(dòng)調(diào)節(jié)、引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉調(diào)節(jié)自動(dòng)運(yùn)行。導(dǎo)致?tīng)t膛負(fù)壓大幅波動(dòng)，引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度較小時(shí)，導(dǎo)致總風(fēng)量低于鍋爐風(fēng)量保護(hù)跳閘值，最終使得機(jī)組故障跳閘。同時(shí)，在一次風(fēng)壓控制因設(shè)定壓力與實(shí)際壓力偏差大切手動(dòng)時(shí)，無(wú)明顯的聲光報(bào)警提醒運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行異常，同時(shí)運(yùn)行人員異常判斷處理能力有限，無(wú)法快速準(zhǔn)確判斷出問(wèn)題所在，從而及時(shí)切換運(yùn)行方式為手動(dòng)，人為控制一次風(fēng)量靜葉開(kāi)度，確保一次風(fēng)量穩(wěn)定。

5 改進(jìn)及防范措施

為了從根本上消除一次風(fēng)系統(tǒng)存在的隱患，依據(jù)控制方案設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)可靠性原則為指導(dǎo)，對(duì)相應(yīng)系統(tǒng)控制方案進(jìn)行了改進(jìn)。

（1）對(duì)一次風(fēng)壓控制器參數(shù)重新整定。在火力發(fā)電廠的熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)中，一般都采用經(jīng)典的PID控制。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用里，除了采用全部的三個(gè)控制量PID控制，也可單采用其中的兩給量PI或者PD控制。控制系統(tǒng)采用PID調(diào)節(jié)，增大比例的系數(shù)P時(shí)，控制指令變化快、反應(yīng)迅速、能減少系統(tǒng)穩(wěn)定的差距。但設(shè)置的參數(shù)太大時(shí)，會(huì)增加波動(dòng)的次數(shù)，甚至控制不了。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差通過(guò)調(diào)整積分參數(shù)。在實(shí)際參數(shù)整定中，用的方法最對(duì)的是工程經(jīng)驗(yàn)整定法，都是通過(guò)試驗(yàn)獲得控制過(guò)程的特性參數(shù)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)設(shè)定控制器的參數(shù)。運(yùn)用工程經(jīng)驗(yàn)整定方法，通過(guò)試驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整的曲線加以分析，對(duì)各參數(shù)逐步修改調(diào)整，達(dá)到在階躍擾動(dòng)下的最優(yōu)控制參數(shù)，即為得到了比較合適的控制參數(shù)。

（2）加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和定檢工作。嚴(yán)格執(zhí)行《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》中的要求和其它相關(guān)規(guī)定，加強(qiáng)對(duì)熱工重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)定期擾動(dòng)試驗(yàn)。及時(shí)通過(guò)機(jī)組不同運(yùn)行狀況下的重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)定期擾動(dòng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，排除隱患，提高自動(dòng)控制的準(zhǔn)確性、快速性、穩(wěn)定性，和單元機(jī)組的自動(dòng)控制系統(tǒng)投入率。定期核對(duì)保護(hù)邏輯和通道動(dòng)作測(cè)試。在進(jìn)行機(jī)、爐、電聯(lián)鎖與聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，一定要全通道控制與設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。

（3）對(duì)總風(fēng)量低低的判斷作進(jìn)一步的細(xì)化判斷，以保證保護(hù)信號(hào)發(fā)出的合理性。改進(jìn)后的保護(hù)控制邏輯中觸發(fā)鍋爐風(fēng)量低低有以下兩種情況：

一是當(dāng)機(jī)組有油層投運(yùn)或煤投運(yùn)時(shí)，且機(jī)組實(shí)發(fā)功率在175MW以上，若總風(fēng)量低于255T/H并持續(xù)時(shí)間超過(guò)6秒，就發(fā)出鍋爐總風(fēng)量低低保護(hù)信號(hào)，觸發(fā)鍋爐主保護(hù)動(dòng)作。

二是當(dāng)機(jī)組有油層投運(yùn)或煤投運(yùn)時(shí)，且機(jī)組實(shí)發(fā)功率在175MW以下，若總風(fēng)量低于130T/H并且持續(xù)時(shí)間超過(guò)2秒，就發(fā)出鍋爐總風(fēng)量低低保護(hù)信號(hào)，觸發(fā)鍋爐主保護(hù)動(dòng)作。

（4）增加一次風(fēng)切手動(dòng)光字牌聲光報(bào)警。同時(shí)對(duì)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的報(bào)警設(shè)置逐一核對(duì)，完善相關(guān)報(bào)警分級(jí)警示的功能，確保運(yùn)行人員在第一時(shí)間就能通過(guò)聲音和光字牌知道出現(xiàn)什么級(jí)別的報(bào)警，什么報(bào)警事件，同時(shí)確定需要投入何種重視級(jí)別的操作緊張程度。

（5）送風(fēng)機(jī)及氧量控制系統(tǒng)送風(fēng)量控制系統(tǒng)根據(jù)鍋爐煤量指令，通過(guò)調(diào)節(jié)兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)入口擋板開(kāi)度調(diào)節(jié)鍋爐總風(fēng)量，并通過(guò)煙氣含氧量調(diào)節(jié)回路對(duì)風(fēng)量進(jìn)行校正。

按鍋爐煤量指令確定總風(fēng)量指令時(shí)，需考慮實(shí)際總?cè)剂狭渴欠襁^(guò)多，增加風(fēng)煤交叉限制，通過(guò)大值選擇器保證有足夠富裕的風(fēng)量指令。氧量指令由鍋爐負(fù)荷指令決定，可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況手動(dòng)增減偏置。氧量調(diào)節(jié)回路對(duì)總風(fēng)量進(jìn)行正負(fù)20%校正。增加減負(fù)荷時(shí)風(fēng)量指令慣性回路，保證減負(fù)荷先減煤再減風(fēng)，確保鍋爐富氧燃燒安全運(yùn)行。由于風(fēng)量指令由煤量指令獲得，由于負(fù)荷變化的時(shí)候，煤量變化較大，如果風(fēng)量一直跟隨煤量，必然造成風(fēng)量較大，影響再熱汽溫的控制，可能導(dǎo)致汽溫超溫，因而增加變負(fù)荷時(shí)風(fēng)量指令校正回路，以抵消變負(fù)荷期間煤量指令前饋對(duì)風(fēng)量的干擾。

由于二次風(fēng)量和煤量存在函數(shù)關(guān)系，該函數(shù)關(guān)系的合理與否直接影響控制系統(tǒng)的正常投入，因此根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況，合理配置了該函數(shù)關(guān)系。

6 結(jié)語(yǔ)

在此次鍋爐總風(fēng)量低低保護(hù)動(dòng)作的跳機(jī)的事故剖析和防范處置中，對(duì)一次風(fēng)控制系統(tǒng)和鍋爐總風(fēng)量低低判斷采取有針對(duì)性的改進(jìn)和防范措施，該進(jìn)了一次風(fēng)控制方案中的問(wèn)題，增強(qiáng)了機(jī)組風(fēng)量低低主保護(hù)的準(zhǔn)確動(dòng)作方案設(shè)置。

這起停機(jī)過(guò)程中的跳機(jī)事件充分暴露出在設(shè)備管理維護(hù)方面存在不足，未嚴(yán)格按照要求對(duì)熱工重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)定期擾動(dòng)試驗(yàn)，系統(tǒng)涉及到爐膛壓力的取壓裝置、壓力開(kāi)關(guān)、傳感器、火焰檢測(cè)器及冷卻風(fēng)系統(tǒng)等外圍設(shè)備必須處于完好狀態(tài)。同時(shí)，也暴露出運(yùn)行人員對(duì)機(jī)組操作的熟練程度還不太高，對(duì)機(jī)組邏輯不夠熟悉，異常處理方法掌握不熟練。利用學(xué)習(xí)班的機(jī)會(huì)進(jìn)行培訓(xùn)，學(xué)習(xí)異常情況下的操作，交流經(jīng)驗(yàn)，完善運(yùn)行規(guī)程。已安排在每周的學(xué)習(xí)時(shí)間中加強(qiáng)培訓(xùn)，深入學(xué)習(xí)供汽控制邏輯，熟練掌握異常處理方法。對(duì)相關(guān)人員需要認(rèn)真總結(jié)從中汲取教訓(xùn)。要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)部門(mén)和行業(yè)中的要求，做好現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備巡查和控制邏輯與方案的研究工作，對(duì)機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中的各種擾動(dòng)下的動(dòng)作曲線要認(rèn)真分析研究，提高機(jī)組自動(dòng)投入率和保護(hù)的可靠性，降低保護(hù)誤動(dòng)率。為機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定與安全提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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