一次風波動導致機組停機過程中跳閘的分析及防范

喻林波

摘 要：針對某350MW超臨界火電機組停機過程中，因一次風波動造成機組跳閘事件的過程和防范處置方法的情況，分析了事件發生的主要原因，指出鍋爐一次風壓調節品質差適應范圍小是導致跳機的主要原因。進行一次風壓調節控制方案上存在的問題的詳盡的剖析和防范出現相近機組的相似問題的處置方法與優化改進，達到機組安全運行的目的。

關鍵詞：一次風壓;調節;改進優化

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）10-0128-02

1 機組概況

某電廠二期兩臺350MW的超臨界煤電火力機組，鍋爐廠家是哈爾濱鍋爐廠。為額定主蒸汽壓力24.2兆帕對沖直流爐，一次再熱、露天布置、全懸吊鋼結構Π型鍋爐。中速磨制粉系統，冷一次風是正壓直吹式的，鍋爐的磨數量為5臺，其中正常未4臺運行剩下為待用。每臺磨煤機上部出口的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口。主給水為單臺全負荷汽輪機給水泵。DCS系統為GE優化與控制的XDPS-400e。

2 事件經過

2月5日，接中調令調停#3機組，機組在TF方式運行，電功率穩定在85MW，機組在正常降負荷停機過程中，3D磨煤機吹掃完成后逐漸關閉冷一次風調節擋板關到零，停止磨煤機運行，此時總風量545T/H、爐膛負壓-145Pa，相關參數均正常。00：53：06，總風量瞬間下降至163T/H，機組發生MFT，大聯鎖保護動作，聯鎖汽輪機、發電機跳閘，機組與電網解列，DCS操作員站顯示MFT首出為鍋爐風量低低跳閘。

3 原因分析

根據DCS操作員站顯示的MFT首出指示，確定為鍋爐總風量低低保護動作是導致MFT發生的直接原因。因此下一步重點是排查引起鍋爐風量低低保護動作的原因。

由于事件發生前，機組處于滑參數停機過程中，機組負荷為85MW，鍋爐風量低低保護信號是在總風量低于255.6T/H的情況下發生的。

總風量為所有二次風量與一次風量的總和。查看在鍋爐總風量低低信號產生前后的風量情況后，發現此時間段送風控制為手動方式，且未改變輸出指令;一次風壓力調節處于自動控制方式，一次風壓和一次風機入口調節門指令都處于發散振蕩狀態，對系統影響很大;引風機控制方式為自動控制方式，但其自動控制輸出指令變化很小。00時52分24秒，一次風壓調節因壓力設定值與實際值偏差大切為手動控制方式，此時一次風機入口調節門指令跟蹤切換控制方式時的實際開度。而此時刻實際開度較低，正好處于發散振蕩的最低值6%，使得一次風入口調節門幾乎為關閉狀態。一次風壓由8.3KPa迅速降為2.8KPa，總風量迅速下降，爐膛負壓加大，引風機動葉指令在自動狀態下迅速減小防止負壓加大。雖然運行人員在10秒后發現一次風壓控制切手動報警后將一次風入口調節門開大到9%，但一次風壓與總風量仍在下降，5秒后運行人員繼續開大到19%，但總風量已由549T/H降為148T/H，觸發了風量低低保護，爐膛負壓達到-980Pa。

對上述情況歷史曲線進行各系統對比分析，發現在機組發生MFT之前，一次風機靜葉自動控制一次風壓，其調節控制品質不好，一次風機靜葉開度變化造成風壓大幅度震蕩變化;負壓自動調節性能差，其調節作用與一次風壓調節產生耦合，一次風壓和一次風機入口靜葉調節門指令都處于發散振蕩狀態，使得系統運行不穩定，而送風控制系統和引風控制系統無明顯控制變化。在當一次風壓控制系統因設定壓力與實際壓力偏差大切為手動控制時，一次風機入口調門開度過小，爐膛負壓急速增大，使得引風系統為維持爐膛負壓也關小引風機調門。由此可以確定總風量變化是由一次風發散振蕩引起的。

4 發現問題

4.1 一次風壓控制系統調節品質不好、適應范圍小

在停機低負荷工況時，兩臺磨煤機運行，運行人員正常停運空載磨煤機情況下，一次風機靜葉自動控制一次風壓，其調節控制品質不好，一次風機靜葉開度變化造成風壓大幅度震蕩變化;負壓自動調節性能差，其調節作用與一次風壓調節產生耦合，連鎖引起負壓、一次風壓、總風量、燃燒強度等相關參數互相影響、發散越限。因一次風壓控制指令與一次風機入口調門開度反饋都處于發散振蕩狀態，且振蕩頻率一致，可以確定一次風壓控制器參數不合適。對一次風壓控制器指令輸出有影響的參數有前饋量、比例系數和積分時間三個參數。在這三個參數中前饋量只與功率設定值有關，而此時間段的功率設定值無任何變化，排除前饋量對一次風壓控制器的影響。由此可以確定，一次風靜葉調節控制器的比例系數和積分時間兩參數與一次風系統本身的特性不匹配，是引起一次風壓發散振蕩的根本原因。需進行機組各工況下的擾動實驗，調整控制器參數，以確保控制器的適應性。需嚴格按照要求對熱工重要調節系統定期擾動試驗，未能及時通過機組不同運行狀況下的重要調節系統定期擾動試驗發現問題，排除隱患。

4.2 對鍋爐總風量低低的判斷不合理

機組在較高負荷時鍋爐總風量比較大，但當負荷比較低時，燃燒是不太穩定的，且風量也比較小，若只用一個總風量定值進行判斷很容易出現誤判。用機組負荷高時的總風量值去判斷，又會使機組負荷低時提前保護動作，造成不必要的保護動作;用負荷較低時的總風量值去判斷，會使機組在負荷高時發生滯后保護動作，可能引起損壞設備的情況。因此，需對總風量低低保護判斷按照機組實際負荷高低情況進一步細化保護動作值，以提高總風量低保護動作的及時性和準確性。

4.3 一次風切手動報警設置不合理

機組停運過程中，機組負荷已低于最低穩燃負荷，D磨煤機停運，給一次風壓、爐膛負壓帶來較大擾動，該工況下，一次風機擋板調節、引風機動葉調節自動相互干擾，已不能達到理想調節效果，運行人員未能及早退出一次風機擋板自動調節、引風機動葉調節自動運行。導致爐膛負壓大幅波動，引風機動葉開度較小時，導致總風量低于鍋爐風量保護跳閘值，最終使得機組故障跳閘。同時，在一次風壓控制因設定壓力與實際壓力偏差大切手動時，無明顯的聲光報警提醒運行人員及時發現機組運行異常，同時運行人員異常判斷處理能力有限，無法快速準確判斷出問題所在，從而及時切換運行方式為手動，人為控制一次風量靜葉開度，確保一次風量穩定。

5 改進及防范措施

為了從根本上消除一次風系統存在的隱患，依據控制方案設計中的設計可靠性原則為指導，對相應系統控制方案進行了改進。

（1）對一次風壓控制器參數重新整定。在火力發電廠的熱工自動控制系統中，一般都采用經典的PID控制。在現場應用里，除了采用全部的三個控制量PID控制，也可單采用其中的兩給量PI或者PD控制。控制系統采用PID調節，增大比例的系數P時，控制指令變化快、反應迅速、能減少系統穩定的差距。但設置的參數太大時，會增加波動的次數，甚至控制不了。系統穩態誤差通過調整積分參數。在實際參數整定中，用的方法最對的是工程經驗整定法，都是通過試驗獲得控制過程的特性參數，然后按照工程經驗公式來設定控制器的參數。運用工程經驗整定方法，通過試驗，對現場系統運行調整的曲線加以分析，對各參數逐步修改調整，達到在階躍擾動下的最優控制參數，即為得到了比較合適的控制參數。

（2）加強設備維護和定檢工作。嚴格執行《火力發電廠熱工自動化系統檢修運行維護規程》中的要求和其它相關規定，加強對熱工重要調節系統定期擾動試驗。及時通過機組不同運行狀況下的重要調節系統定期擾動試驗發現問題，排除隱患，提高自動控制的準確性、快速性、穩定性，和單元機組的自動控制系統投入率。定期核對保護邏輯和通道動作測試。在進行機、爐、電聯鎖與聯動試驗時，一定要全通道控制與設備進行測試。

（3）對總風量低低的判斷作進一步的細化判斷，以保證保護信號發出的合理性。改進后的保護控制邏輯中觸發鍋爐風量低低有以下兩種情況：

一是當機組有油層投運或煤投運時，且機組實發功率在175MW以上，若總風量低于255T/H并持續時間超過6秒，就發出鍋爐總風量低低保護信號，觸發鍋爐主保護動作。

二是當機組有油層投運或煤投運時，且機組實發功率在175MW以下，若總風量低于130T/H并且持續時間超過2秒，就發出鍋爐總風量低低保護信號，觸發鍋爐主保護動作。

（4）增加一次風切手動光字牌聲光報警。同時對控制系統數據庫的報警設置逐一核對，完善相關報警分級警示的功能，確保運行人員在第一時間就能通過聲音和光字牌知道出現什么級別的報警，什么報警事件，同時確定需要投入何種重視級別的操作緊張程度。

（5）送風機及氧量控制系統送風量控制系統根據鍋爐煤量指令，通過調節兩臺送風機入口擋板開度調節鍋爐總風量，并通過煙氣含氧量調節回路對風量進行校正。

按鍋爐煤量指令確定總風量指令時，需考慮實際總燃料量是否過多，增加風煤交叉限制，通過大值選擇器保證有足夠富裕的風量指令。氧量指令由鍋爐負荷指令決定，可根據實際運行情況手動增減偏置。氧量調節回路對總風量進行正負20%校正。增加減負荷時風量指令慣性回路，保證減負荷先減煤再減風，確保鍋爐富氧燃燒安全運行。由于風量指令由煤量指令獲得，由于負荷變化的時候，煤量變化較大，如果風量一直跟隨煤量，必然造成風量較大，影響再熱汽溫的控制，可能導致汽溫超溫，因而增加變負荷時風量指令校正回路，以抵消變負荷期間煤量指令前饋對風量的干擾。

由于二次風量和煤量存在函數關系，該函數關系的合理與否直接影響控制系統的正常投入，因此根據機組運行情況，合理配置了該函數關系。

6 結語

在此次鍋爐總風量低低保護動作的跳機的事故剖析和防范處置中，對一次風控制系統和鍋爐總風量低低判斷采取有針對性的改進和防范措施，該進了一次風控制方案中的問題，增強了機組風量低低主保護的準確動作方案設置。

這起停機過程中的跳機事件充分暴露出在設備管理維護方面存在不足，未嚴格按照要求對熱工重要調節系統定期擾動試驗，系統涉及到爐膛壓力的取壓裝置、壓力開關、傳感器、火焰檢測器及冷卻風系統等外圍設備必須處于完好狀態。同時，也暴露出運行人員對機組操作的熟練程度還不太高，對機組邏輯不夠熟悉，異常處理方法掌握不熟練。利用學習班的機會進行培訓，學習異常情況下的操作，交流經驗，完善運行規程。已安排在每周的學習時間中加強培訓，深入學習供汽控制邏輯，熟練掌握異常處理方法。對相關人員需要認真總結從中汲取教訓。要嚴格執行相關部門和行業中的要求，做好現場設備巡查和控制邏輯與方案的研究工作，對機組在運行過程中的各種擾動下的動作曲線要認真分析研究，提高機組自動投入率和保護的可靠性，降低保護誤動率。為機組運行穩定與安全提供堅實的技術支撐基礎。

參考文獻

[1] 王鵬鵬.火檢系統故障導致機組跳閘事故的分析及防范[J].電力安全技術，2013（3）：19-22.