600MW超臨界機組一次風機RB失敗原因分析及對策

摘 要：分析某廠1號600MW超臨界機組進行一次風機跳閘RB試驗引起一次風母管壓力和爐膛負壓耦合振蕩并造成機組跳閘的原因，提出PID調(diào)節(jié)參數(shù)的整定計算方法和采取偏差限幅和前饋的措施。經(jīng)過參數(shù)修改完善后，保證了機組一次風機RB成功和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

關鍵詞：一次風機RB； 一次風壓調(diào)節(jié)； 爐膛負壓調(diào)節(jié)； PID調(diào)節(jié)參數(shù)；耦合；振蕩

某電廠1號機組為東方三大動力廠生產(chǎn)的600MW超臨界燃煤機組，該機組在小修后進行一次風機跳閘RB試驗時，引起一次風壓和爐膛負壓的大幅度周期性振蕩，最終因為爐膛負壓過低觸發(fā)鍋爐MFT，試驗失敗。

通過分析，認為失敗是原因是一次風壓調(diào)節(jié)PID參數(shù)和爐膛負壓調(diào)節(jié)PID參數(shù)整定過強，造成一次風壓調(diào)節(jié)與爐膛負壓調(diào)節(jié)形成耦合共振。采取優(yōu)化調(diào)節(jié)參數(shù)和設置調(diào)節(jié)系統(tǒng)偏差限幅的措施，能夠有效避免一次風壓調(diào)節(jié)與爐膛負壓調(diào)節(jié)形成耦合振蕩，保證RB試驗成功和系統(tǒng)運行安全[1-2]。

1 一次風機RB試驗過程

機組滿負荷時手動停運A一次風機，觸發(fā)一次風機RB動作。一次風母管壓力和一次風機動葉形成了非線性等幅振蕩；爐膛負壓和引風機動葉開度形成振蕩，最后爐膛負壓降至極限值，觸發(fā)爐膛負壓低低鍋爐MFT。調(diào)節(jié)過程如圖1所示：

2 原因分析

一次風母管壓力和爐膛負壓的波動頻率相同、相位相同，調(diào)節(jié)系統(tǒng)相互影響和耦合，原PID參數(shù)已經(jīng)無法完成系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，引起一次風壓和爐膛負壓調(diào)節(jié)振蕩。主要原因是一次風母管壓力調(diào)節(jié)回路中PID參數(shù)過強，在單臺風機運行時，PID調(diào)節(jié)作用還要增加一倍，惡化了一次風壓的調(diào)節(jié)；其次，爐膛負壓的PID調(diào)節(jié)作用也偏強，當與一次風調(diào)節(jié)形成共振耦合時，負壓調(diào)節(jié)會進一步惡化。

2.1 一次風母管壓力調(diào)節(jié)參數(shù)分析

該機組一次風母管壓力調(diào)節(jié)PID調(diào)節(jié)參數(shù)整定為：K=6.25，Kp=1.1，Ti=20秒，整定過程如表1所示。

根據(jù)《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗收規(guī)程》，一次風母管壓力調(diào)節(jié)擾動試驗的性能指標滿足要求。檢查磨煤機跳閘一次風壓調(diào)節(jié)曲線，風壓波動<0.5kPa，在2個衰減振蕩周期內(nèi)穩(wěn)定。從這些看來，PID調(diào)節(jié)參數(shù)都是合適的，但由于一次風母管壓力直接影響到進入爐膛的煤粉量，在整定PID參數(shù)時，還要充分考慮到實際工藝系統(tǒng)的安全性。

從比例作用來看，當一次風母管壓力變化

就會引起兩臺一次風機動葉100%的變化。當發(fā)生一次風機RB時，比例作用還要增加1倍，即本次RB過程中一次風壓變化量 P=4.4kPa，比例作用會引起一次風機動葉變化量為60.5%，從工藝安全角度是不合適的。

從積分作用來看，當一次風母管壓力偏差Dev=4kPa時，積分作用速率為1.25%/秒，根據(jù)一次風壓的響應速度，其作用還是比較強烈的，同時考慮一次風機實際動葉有5秒延時，動葉控制偏差會有1.25 5=6.25%的偏差，積分作用就更加強烈了。

表2列出了4個典型電廠的一次風母管壓力調(diào)節(jié)參數(shù)對比。可以看出，該機組的一次風母管壓力調(diào)節(jié)參數(shù)整定得比較強烈。比例作用至少要減弱一半（Kp=0.35～0.6），積分作用至少要減弱2/3（Ti=50～90秒），才能保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

2.2 爐膛負壓調(diào)節(jié)參數(shù)分析

該機組爐膛負壓調(diào)節(jié)PID調(diào)節(jié)參數(shù)整定為K=0.05，Kp=0.15，Ti=40秒，滿足《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗收規(guī)程》要求。

從比例作用來看，當爐膛負壓變化

就會引起兩臺引風機動葉100%的變化，實際負壓不可能變化這么大，因此比例控制作用是合適的。

從積分作用來看，當爐膛負壓偏差Dev=1000Pa時，積分作用速率為1.25%/秒，根據(jù)爐膛負壓的響應速度，其作用是比較強烈的。另外PID輸入沒有偏差限幅，在出現(xiàn)較大偏差時，容易引發(fā)系統(tǒng)不穩(wěn)定。

表3列出了4個典型電廠的爐膛負壓調(diào)節(jié)參數(shù)對比。可以看出，該機組的爐膛負壓調(diào)節(jié)的積分參數(shù)Ti整定得比較強烈。積分時間需要增大2～8倍，并優(yōu)化前饋量，才能保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

3 對策

為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，采取如下對策：

（1）減弱一次風母管壓力的調(diào)節(jié)作用，比例調(diào)節(jié)參數(shù)由Kp=1.1，降低到Kp=0.35～0.6；積分時間由Ti=20秒，增大到Ti=50～90秒。

（2）減弱爐膛負壓的積分調(diào)節(jié)作用，積分時間由Ti=40秒，增大到Ti=100秒。

（3）優(yōu)化一次風母管壓力和爐膛負壓的控制策略，增加PID輸入偏差限幅功能，或在輸入偏差較大時，動態(tài)減弱積分作用。

4 結語

在電站鍋爐自動控制回路中，一次風壓和爐膛負壓的控制對象復雜多變，相互間耦合強烈，參數(shù)整定不好時，容易發(fā)生振蕩。在參數(shù)整定時既要保證充足的穩(wěn)定余量，還需滿足工藝系統(tǒng)的安全要求，通常采用前饋等控制策略來加快系統(tǒng)的響應速度，而弱化PID的閉環(huán)調(diào)節(jié)作用，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，還常常采用一些如PID偏差輸入限幅、PID變參數(shù)等控制策略，以提高系統(tǒng)的控制穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]裴振坤， 羅志浩. 600 MW超臨界機組的一次風壓力控制優(yōu)化及調(diào)整[J]. 浙江電力， 2009， （4）： 38-40.

[2]陳小強， 尹峰， 羅志浩.1000MW超超臨界機組RUNBACK功能試驗及其分析[J].浙江電力，2008， 27（1）：23-26.

作者簡介：

蔡健（1983-），男，湖南益陽人，工程師，長期從事火電廠自動控制系統(tǒng)的維護管理、試驗、系統(tǒng)分析與優(yōu)化、可靠性分析工作.