大型火電機組低負荷運行輔機跳閘控制的探討

沈彬 趙陽 徐小雷 王文鑫

摘? 要：該文闡述了大型火電機組低負荷輔機跳閘摸底試驗的開展過程，對相關結果進行了分析，找出了低負荷輔機跳閘的特點以及當前控制機制的不足之處。在此基礎上，圍繞風機、制粉系統兩大輔機的優化跳閘控制方式進行了分析，并對此種優化方式是否具備實用價值展開了結果論證。最終結果表明，該文基于大型火電機組低負荷工況下輔機跳閘發生原因而提出的解決方式具備可行性。

關鍵詞：大型火電機組? ?低負荷運行輔機? ?跳閘控制? ?風機? ?制粉系統

中圖分類號：TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）07（c）-0034-03

Abstract： This paper describes the development process of low load auxiliary tripping test in large thermal power units， analyzes the relevant results， and finds out the characteristics of low load auxiliary tripping and the shortcomings of the current control mechanism. On this basis， the optimal trip control mode of fan and pulverizing system is analyzed， and the practical value of this optimization mode is demonstrated. The final results show that the solution proposed in this paper based on the causes of auxiliary machine trip under low load conditions of large thermal power units is feasible.

Key Words： Large thermal power unit; Low load operation auxiliaries; Trip control; Fan; Pulverizing system

火力發電機組是指以煤炭、油類、可燃氣體等作為燃料，在燃燒的過程中釋放化學能，將之轉變為熱能，進而對鍋爐內的水進行加熱[1]。當水轉變成水蒸氣之后，通過加壓的方式，引動蒸汽推動汽輪機，將熱能轉化為機械能，最終轉化為電能，完成發電。目前，我國大型火電機組低負荷運行輔機的跳閘控制水平不甚理想，需圍繞優化控制方式進行討論。

1? 大型火電機組低負荷輔機跳閘摸底試驗

1.1 試驗目的

此次試驗的主要目的在于：第一，探明低負荷工況運行狀態下，大型火電機組輔機一旦出現跳閘情況，將會對整個機組的運行狀態產生何種影響。第二，目前使用的低負荷工況輔機跳閘自動化控制系統的實際效果[2]。此次用于試驗的機組當量達到500 MW。

1.2 試驗相關過程及結果分析

1.2.1 試驗相關過程

此次試驗開展過程中，風機、給水泵均進行雙側運行，主要開展風機（包含送風機、引風機）和制粉系統的跳閘試驗。具體內容為：第一，實驗開始前，準備5臺中速磨煤機、整個機組的負荷控制在500 MW，遠小于機組額定負荷。第二，跳閘的發生均由技術人員手動控制（即在保持輔機低負荷運轉的情況下，由技術人員通過切斷電源等方式，迅速使目標輔機設備跳閘）。第三，自動化輔機運行控制系統正常啟動，在跳閘（技術人員手動）發生后，自動控制系統后續發生的所有自主調節過程均不再施加人工干預，無論出現什么樣的調整均由系統自主運轉而決定。

1.2.2 試驗結果分析

大型火電機組輔機設備在500 MW的低負荷狀態下運行的常態參數、制粉系統跳閘后、送/引風機跳閘后、一次風機跳閘后的各項參數對比情況如表1所示。總體而言，制粉系統、送/引風機、一次風機跳閘之后，機組當前總負荷并未出現明顯變化，變化上限為525.25 MW，下限低至492.90 MW，均處于安全范圍內。此外，根據表1下方備注情況可知，某些參數會在短時間內驟然發生較大變化，但平均值與正常值相比幾乎不存在任何差異。該結果表明，即使某項參數發生了巨大的變化，但此種變化會在短時間內迅速衰減，故對均值造成的影響幾乎可以忽略不計。

造成該試驗相關結果的主要因素可能出現在如下方面：第一，輔機跳閘后的負荷變化過程變化趨勢不明顯，是因為機組原本便處于低負荷的工況之下，如風煙系統中，單側風機即使跳閘，其余風機依然能夠正常運轉，并保證機組的整體運行不受影響。第二，由表1可知，制粉系統跳閘之后，對機組負荷造成的波動最大（相較于風機而言）。可能原因為：處于低負荷工況狀態下，單套制粉系統占據的燃料量比例較大，一旦跳閘，產生的損失也較大，故對機組整體負荷造成的影響也較大。

2? 大型火電機組低負荷運行輔機跳閘控制優化設計

2.1 低負荷風機的跳閘控制策略

根據上文試驗結果以及對RB控制模式進行綜合思考后，該文在低負荷工況下，風機跳閘控制方面提出一種新的流程。具體而言：第一，初始狀態的第一次判定內容保持不變，即“對側風機出力是否提升”，如果判定為“是”，則應對風機進行如下調整：（1）即刻對風機進行整體（超馳）控制;（2）根據運行工況、動態超馳實際情況，對風機開度進行提升處理;（3）調節參數，并根據當前的實際工況完成對PID參數的調整。上述環節完成后，針對判定“對側風機出力是否提升”的“是”判定的處理宣告完成，之后的處理機制與判定為“否”的機制完全一致。第二，判定為“否”后，需要將協調控制方式切換為“汽機跟隨模式”，之后應保持鍋爐側的出力狀態不變，對汽機側進行氣壓控制，使跳閘后機組的主要參數在短時間內逐漸穩定，并逐漸恢復至跳閘前的狀態[3]。

由于運行狀態處于低負荷工況，故當輔機跳閘時，整個機組的出力情況幾乎不會受到影響。由此導致的后果是，低負荷工況的常規RB控制機制不會被觸發。以此為基礎進行調整時，因為低負荷段多個參數的穩定性不足，且在跳閘時會出現較大的變化，故會對機組的整體運行產生影響。因此，需要仿照高負荷工況跳閘時的RB控制機制進行協調調整。具體而言，輔機跳閘后，系統發出警報后，需要在第一時間將鍋爐方面的控制從“自動”轉換為“人工”，并維持當前的出力情況不變[4]。

2.2 制粉系統跳閘控制策略

根據表1顯示的數據可知，在低負荷工況下，制粉系統跳閘后，對機組當前運行狀態造成的影響最大。但有資料顯示，如果在高負荷工況下，制粉系統跳閘后對機組當前運行狀態造成的影響卻最小。造成此類差異的直接原因在于：在高負荷工況下，同時投入使用的制粉設備數量較多，其中一臺設備（一個子系統）跳閘時，燃料量方面的損失的整體占比較低;而在低負荷工況下，同時投入使用的制粉設備數量可能僅有2～3臺，故其中一臺出現跳閘情況時，燃料量可能瞬間損失1/3～1/2的占比，故對機組設備整體產生的影響較大[5]。明確原因之后的制粉系統跳閘控制策略在于：（1）必須保證制粉系統出力效果不變;（2）使用邏輯連鎖投運底層油槍，幫助輔助穩燃[6]。

3? 結語

根據上文所述的方式對大型火電機組低負荷運行工況下的輔機跳閘控制機制進行調整后，最終結果顯示（送風機跳閘）：負荷、主汽壓、主汽溫等參數在跳閘前后的具體數值，經過SPSS 25.0統計學軟件行比對處理后，P>0.5，表明所有參數的差異極小，沒有統計學意義。由此可見，該文所述的控制調整方式具備可行性。

參考文獻

[1] 陸陸，韓峰，鐘文晶，等.大型火電機組低負荷運行輔機跳閘控制策略研究[J].自動化儀表，2020，41（11）：70-75.

[2] 吳啟光.火電機組變負荷運行特性及節能優化控制系統分析[J].電力設備管理，2020（2）：70-71，96.

[3] 劉曉慧.火電機組超低負荷運行穩定性分析及控制系統優化[D].北京：華北電力大學，2018.

[4] 虞國平，張新勝，屠海彪，等.火電機組深度調峰工況輔機安全控制技術研究[J].浙江電力，2021，40（2）：85-90.

[5] 孔祥華.火力發電廠重要輔機油站電源可靠性分析與改造[J].神華科技，2018，16（2）：43-44，51.

[6] 陳歡樂，歸一數，費章勝，等.火電機組低負荷磨組運行方式及控制優化[J].鍋爐技術，2020，51（6）：63-67.