310MW機組輔機故障減負荷控制策略分析及完善

王鵬鵬，孫國強

（1．天津大港發電廠，天津300272； 2．國網能源哈密煤電公司，哈密839000）

輔機故障減負荷（RB）功能是一種對大型發電機組工況突變的保護控制功能。當機組某些重要輔機跳閘，機組瞬間失去部分帶負荷能力時，依靠RB功能快速將機組負荷降至規定范圍，并且保持機組各主要運行參數在安全穩定范圍內，以避免造成設備損壞或機組故障停運［1］。RB功能的實現和可靠投入對于保障機組安全穩定運行、減少非正常停機和提高電網穩定性都有著重要意義。

1 機組RB控制策略

1．1 功能概述

某火電廠2臺310MW機組RB邏輯示意圖見圖1。

機組鍋爐為 HG－1038／18．34－HM35型亞臨界、一次中間再熱、自然循環汽包爐，采用平衡通風、四角切圓燃燒方式、雙層等離子無油點火。汽輪機為 NCK310－17．75／540／540型亞臨界、中間一次再熱、三缸雙排汽、單軸、直接空冷抽汽冷凝式汽輪機。單元機組配置2臺送風機、2臺引風機、2臺一次風機、3臺50%MCR電動給水泵、5臺直吹式中速磨煤機。DCS為LN－2000型分散控制系統，DEH為DEH－V型數字電液調節系統。

圖1 RB控制邏輯示意圖

RB控制策略對內協調CCS（協調控制）各子系統，對外協調FSSS、SCS、DEH等控制系統，確保RB發生時運行工況的快速、平穩過渡。

1．2 RB功能的前提條件

機組在CCS方式或者TF（汽輪機跟蹤）方式，電負荷大于160MW，并且RB按鈕投入，3個條件同時滿足。

1．3 RB工況類別

機組設計的RB工況有以下5項：

（1）負荷＞180MW，4臺（或3臺）磨煤機運行時發生1臺磨煤機跳閘，觸發磨煤機RB。

（2）負荷＞185MW，2臺引風機運行時發生1臺引風機跳閘，觸發引風機RB。

（3）負荷＞185MW，2臺送風機運行時發生1臺送風機跳閘，觸發送風機RB。

（4）負荷＞160MW，2臺一次風機運行時發生1臺一次風機跳閘，觸發一次風機RB。

（5）負荷＞160MW，2臺給水泵運行時發生1臺給水泵跳閘，且延時5s后備用泵聯啟未成功，觸發給水泵RB。

1．4 RB動作過程

1．4．1 磨煤機 RB

如機組在CCS方式下發生磨煤機RB，則機組仍維持CCS方式運行，機組目標負荷指令跟蹤磨煤機跳閘后記憶的剩余總給煤量所能帶的最大負荷，而機組的實際負荷指令則按預設的降負荷速率降至目標負荷指令。如果機組在TF方式下發生磨煤機RB，則由于鍋爐主控原來就在手動，鍋爐主控指令由運行人員手動操作調整。

1．4．2 磨煤機以外的輔機RB

非磨煤機原因的RB發生時，機組自動切至TF方式，鍋爐主控器切手動，燃料主控器仍自動接受鍋爐主控器指令控制風量和給煤量，鍋爐主控器根據預設的RB降負荷速率（引風機RB為150MW／min，送風機RB為150MW／min，一次風機 RB 為180MW／min，給 水 泵 RB 為180MW／min）按照RB目標負荷（引風機RB為180MW，送風機RB為180MW，一次風機RB為155MW，給水泵RB為155MW）所對應的給煤量作為鍋爐燃料指令快速減煤量和風量；同時機組自動切為滑壓方式運行，汽輪機主控自動調壓，主汽壓力設定值為滑壓曲線函數中機組負荷的對應值，汽輪機主控跟隨RB目標負荷按預設的RB降負荷速率（引風機RB為75MW／min，送風機RB為75MW／min，一次風機RB為100MW／min，給水泵RB為100MW／min）快速關小汽輪機調門，并根據壓力設定值自動調節機前主汽壓力。

引風機RB、送風機RB、給水泵RB發生后，立即自動跳閘1臺磨煤機，保留3臺磨煤機運行；一次風機RB后自動跳閘1臺磨煤機，間隔5s跳閘下1臺磨煤機（跳閘順序自上至下），保留2臺磨煤機運行；RB發生后自動投入制粉系統中運行燃燒器層對應的等離子點火系統。

1．5 RB復位

當機組實際電負荷與RB目標值的偏差小于5MW時自動復位RB信號，也可以在機組各項參數穩定后由運行人員手動復位RB；RB信號消失后，鍋爐主控手動，汽輪機主控自動，機組運行在機跟隨（TF）方式下。

2 機組RB功能靜態試驗

為在實際動態試驗之前確保RB邏輯的正確性，首先在機組停機情況下進行RB靜態試驗。逐項進行相關輔機最大給煤量、最大引風量、最大送風量、最大一次風量、最大給水量等測試，單側風機、單臺電泵運行時，逐漸增加單臺輔機的葉片開度或轉速，檢驗其是否過電流。記錄單臺輔機的最大帶負荷能力，作為RB發生后機組負荷目標值。

根據機組RB控制策略設計，模擬RB產生的條件，切除1臺運行中的輔機，檢查負荷運算回路、負荷指令變化等RB功能回路，并按設計數據初步設定負荷指令變化速率，檢查RB工況發生后，控制系統自動產生RB邏輯信號送往機、鍋爐主控器和FSSS系統。FSSS系統按要求切除相應磨煤機，并投入運行燃燒器層等離子點火系統。RB負荷指令取代鍋爐負荷指令，通過燃料主控快速將鍋爐負荷減到RB目標值對應的數值。在減負荷過程中，汽輪機主控中的主汽壓力控制系統和MCS的其他主要參數自動控制系統協調動作，對機組各主要參數進行調整。通過逐項模擬RB產生的條件，檢查RB動作情況來驗證邏輯的正確性。

3 機組RB功能動態試驗

在靜態試驗完成并確認無誤后，對RB功能進行動態試驗。試驗前分別對A、B層等離子點火系統進行試投，確保功能正常，將機組投CCS方式，且RB功能按鈕投入，汽包水位高低保護（定值：＋240mm，－330mm）、爐膛壓力高低保護（定值：＋3 240Pa，－2 490Pa）檢查確認投入，逐項進行各項輔機RB試驗。

3．1 磨煤機RB

機組負荷281MW，A、C、D、E磨煤機運行，運行人員在操作員站手動停止E磨煤機，立即觸發磨煤機RB，機組維持CCS方式運行，目標負荷指令跟蹤磨煤機RB延時2s后A、C、D磨煤機實時總煤量所折算的最大負荷218MW，實際負荷指令按預設的12MW／min速率降至218MW，主汽壓力維持定壓方式，設定值不變，4min后機組負荷降至222MW，自動復位RB。磨煤機RB試驗期間機組各主要參數變化值見表1。

表1 磨煤機RB時機組各主要參數的變化

3．2 引風機RB

機組負荷278MW，A、C、D、E磨煤機運行，運行人員在操作員站手動停止A側引風機，立即觸發引風機RB，動作過程如下：自動關閉A引風機出口擋板；聯鎖跳閘A送風機、關閉A送風機出口擋板；聯鎖跳閘E磨煤機；投入A層等離子；B側引風機靜葉根據A側引風機跳閘前靜葉開度按比例函數自動超馳增加開度，以幫助調節爐膛負壓；同時B側送風機動葉根據A側送風機跳閘前動葉開度按比例函數自動超馳增加開度，以幫助調節送風量的不足；RB同時機組切至TF控制方式，鍋爐主控以150MW／min的降負荷速率將鍋爐主控指令降至180MW所對應的煤量上；主汽壓力設定自動切為滑壓方式，汽輪機主控器自動控制主汽壓力。8min后機組負荷降至184MW，自動復位RB。引風機RB試驗期間機組各主要參數變化值見表2。

表2 引風機RB時機組各主要參數的變化

3．3 送風機RB

機組負荷280MW，A、C、D、E磨煤機運行，運行人員在操作員站手動停止A側送風機，立即觸發送風機RB，動作過程如下：關閉A送風機出口擋板，RB觸發延時60s打開送風機出口聯絡擋板；聯鎖跳閘E磨煤機；自動投入A層等離子；雙側引風機靜葉根據爐膛負壓的波動情況自動調節爐膛負壓；B送風機動葉根據A送風機跳閘前動葉開度對應比例函數超馳增加開度，以幫助調節送風量的不足。RB同時機組切至TF方式，鍋爐主控以150MW／min的降負荷速率將鍋爐主控指令降至180MW所對應的煤量上，主汽壓力設定自動切為滑壓方式，汽輪機主控器自動控制主汽壓力，6min后機組負荷降至194MW，各參數穩定，手動復位RB。引風機RB試驗期間機組各主要參數變化見表3。

表3 送風機RB時機組各主要參數的變化

3．4 一次風機RB

機組負荷272MW，A、B、C、D磨煤機運行，運行人員在操作員站手動停止A側一次風機，立即觸發一次風機RB，動作過程如下：關閉A一次風機出口擋板，RB觸發后延時60s打開一次風機出口聯絡擋板；聯鎖跳閘D磨煤機，延時5s跳C磨煤機；發10s脈沖將所有過熱、再熱減溫水調門切手動超馳關閉；自動投入A、B層等離子，雙側引風機靜葉根據爐膛負壓的波動情況自動調節爐膛負壓、雙側送風機自動調節風量；同時，B一次風機入口調節擋板根據A一次風機跳閘前入口調節擋板開度，對應比例函數超馳增加開度，以快速穩定一次風壓；RB同時機組切至TF方式，鍋爐主控以180MW／min的降負荷速率將鍋爐主控指令降至155MW所對應的煤量上，主汽壓力設定自動切為滑壓方式，汽輪機主控器自動控制主汽壓力，3min后機組負荷降至159MW，自動復位RB。一次風機RB試驗期間機組各主要參數變化值見表4。

表4 一次風機RB時機組各主要參數的變化

3．5 給水泵RB

機組負荷281MW，A、C、D、E磨煤機運行，A、C給水泵運行，B給水泵備用退出；運行人員在操作員站手動停止C給水泵，延時5s觸發給水泵RB，動作過程如下：關閉C給水泵出口門，超馳打開C給水泵再循環門；聯鎖跳閘E磨煤機，自動投入A層等離子；雙側引風機靜葉根據爐膛負壓的波動情況自動調節爐膛負壓，雙側送風機自動調節風量；由于給水流量與主汽流量偏差突升，A電泵勺管迅速開大；RB同時機組切至TF方式，鍋爐主控以180MW／min的降負荷速率將鍋爐主控指令降至155MW所對應的煤量上，主汽壓力設定自動切為滑壓方式，汽輪機主控器自動控制主汽壓力，7min后機組負荷降至159MW，自動復位RB。給水泵RB試驗期間機組各主要參數變化值見表5。

表5 給水泵RB時機組各主要參數的變化

4 機組RB控制策略完善

在整個RB試驗過程中，機組各主要參數在正常范圍內變化，沒有引起任何保護動作，所有參數均由相應的自動調節系統控制和恢復，RB功能可以滿足機組安全運行要求。但在RB試驗過程中也發現了一些問題，為使RB功能更加可靠，針對這些問題對控制策略進行了如下改進［2］：

（1）設置RB發生時自動取消爐膛負壓、送風、一次風壓、燃料主控、汽包水位、汽溫調節系統的設定值與被調量偏差大切手動邏輯。避免偏差大切手動導致不進行自動調整的情況，盡量發揮系統的自動調節功能。

（2）增加在RB動作后發一定時間的脈沖閉鎖燃料主控器輸出增大的邏輯，有效避免RB發生后燃料主控器反調加煤情況的發生。

（3）增加RB發生后將A、B、C給煤機給煤量控制強制投入自動方式邏輯。因RB發生后燃料主控器維持自動，A、B、C給煤機給煤量控制均投入自動，可以保證迅速地減少給煤量快速降負荷。

（4）由于非磨煤機因素引起的RB發生后汽輪機主控先減負荷然后調節主汽壓力，設置RB發生后發90s脈沖閉鎖調節指令的增加邏輯。在RB初期防止汽輪機調壓PID控制器反調，使汽輪機調門開大。

（5）為防止RB發生后尚在運行的送風機、引風機、一次風機、電動給水泵過電流，將對應各調節器指令輸出上限限制在90%開度，并增加上述輔機超額定電流閉鎖相應調節指令增加邏輯，避免RB后單側運行設備過負荷跳閘引起整個機組跳閘。

（6）當磨煤機RB、引風機RB、送風機RB、給水泵RB時，保留3臺磨煤機運行，主汽、再熱汽溫基本可以維持，因此過熱、再熱減溫水調門仍維持自動調節；而當一次風機RB時保留2臺磨煤機運行，主汽、再熱汽溫下降幅度較大，因此將邏輯完善為：一次風機RB發生后，超馳關閉過熱減溫水總門、再熱減溫水總門，并且發出10s脈沖，將所有過熱、再熱減溫水調節門切至手動超馳關閉，以有效減小汽溫下降幅度。

5 結語

通過對RB控制策略的完善和實際的RB試驗，使該機組RB功能可靠地投入運行。機組投產后的運行實踐也表明：當該機組的某一重要輔機發生跳閘時，不需要運行人員任何干預，依靠RB功能完全能夠將各運行主要參數控制在允許范圍之內，有力地保障了機組在事故工況下的安全運行。RB功能的完善和可靠投入，對于保障機組安全運行、降低非正常停機的頻率、減輕運行壓力、控制操作風險等均有著非常積極的意義。

［1］朱延海．1 955t／h直流鍋爐快速減負荷控制策略優化及試驗［J］．發電設備，2010，24（4）：276－279．

［2］尹峰，朱北恒，項謹，等．火電機組全工況自動RB控制策略的研究與應用［J］．浙江電力，2008，27（4）：5－8．