超超臨界機組RB控制策略優化研究與試驗分析

李 魯，岳 良，耿學軍，張 威

（1.國網湖北省電力有限公司 電力科學研究院，武漢 430077；2.黃岡大別山發電有限責任公司，湖北 黃岡 438300；3.湖北方源東力電力科學研究有限公司，武漢 430077）

0 引言

圖1 RB控制策略簡圖Fig.1 Simplified diagram of RB control strategy

火力發電廠RB（RUNBACK，輔機故障減負荷）功能是指重要輔機或設備發生故障后，能夠自動快速地減至目標負荷，并控制主要參數在允許范圍內，從而使機組能夠繼續保持安全運行的功能[1-3]。隨著電網大容量參數火力發電機組的日益增多，保障大容量、高參數發電機組的安全穩定運行具有極其重要的意義[4-6]。輔機故障減負荷作為超超臨界參數火電機組最重要的控制及保護功能之一，不僅能避免發電機組非正常停機和損壞設備的情況發生，又能避免電網遭受機組停運產生的負荷沖擊影響。因此，為了電網和設備的安全考慮，有必要對優化和完善超超臨界機組RB控制策略展開研究和探討。

本文在大別山電廠二期擴建工程某660MW超超臨界機組的RB初始控制策略的基礎上，提出了優化方案并通過動態試驗驗證了方案的合理性。該機組鍋爐為東方鍋爐股份有限公司生產的單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、超超臨界壓力燃煤直流鍋爐，設置6臺中速磨煤機，采用正壓直吹式冷一次風機制粉系統，六大風機均為動葉可調軸流式風機。汽輪機為北重阿爾斯通（北京）電氣裝備有限公司生產的超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、9級回熱、濕冷、凝汽式汽輪機，給水系統為單元制并配置一臺100%容量的汽動給水泵。因此，該機組取消給水泵RB功能，只設計磨煤機、送/引風機和一次風機RB功能。

1 RB控制策略概述

RB動作的判斷通過RB公共邏輯實現，動作過程則主要依靠FSSS系統和MCS系統來完成[7,8]。圖1所示為RB控制策略簡圖，RB公共邏輯主要完成機組RB工況判斷、RB投退和復位功能。當投入該功能且觸發條件滿足時，自動判斷RB工況并生成動作信號，此時FSSS系統主要完成自動停磨和投油等控制功能，MCS系統主要完成控制負荷降至目標負荷的功能，并在此過程中保持主汽溫、再熱汽溫和爐膛壓力等重要參數的穩定，防止參數劇烈波動。動作結束的條件為：負荷指令與RB目標負荷偏差小于20MW，此時系統將自動復位；或者運行人員在判斷負荷、主汽溫度和主汽壓力穩定后，可以選擇手動復位。

1.1 RB觸發策略

RB投入的條件為CCS投入，當CCS退出時自動切除RB功能，只有當投入RB總投切開關和相應RB功能投切開關時，才會觸發對應的動作指令。磨煤機RB觸發條件為：運行中的磨煤機故障跳閘后，當前負荷指令與磨煤機跳閘后的煤層投運數量對應的負荷（設計為每一層煤投運對應130MW負荷）偏差超過30MW；送風機、引風機和一次風機RB的觸發條件為：雙側運行的任一風機故障跳閘后，且當前負荷指令大于此風機RB目標負荷50MW。若同時發生兩種及以上RB，其對應的目標負荷值取最小值作為新的目標負荷，降負荷速率取最大值送至MCS系統。

1.2 RB動作策略

RB動作信號生成后，通過FSSS和MCS系統完成一系列聯鎖保護和自動調節操作。磨煤機RB動作指令有以下幾條：

1）順控投入C層等離子和A層微油燃燒器，屏蔽油點火允許中爐膛壓力限制條件。

2）投入油燃燒器后，短時間內燃油母管壓力會突降。為避免觸發OFT動作，將OFT中“燃油母管壓力低低”條件延時，由10s切換為30s。

3）投入油燃燒器和等離子燃燒器操作大部分在啟動點火初期進行，所以當投入失敗后需立即關閉磨煤機出口風粉排出閥，以切斷進入爐膛的燃料。為防止投入油燃燒器或等離子失敗后動作出口風粉排出閥導致相應的磨煤機停機，在RB發生后，自動屏蔽磨煤機出口風粉排出閥的該保護條件。

4）隨著燃料量的變化汽溫會迅速下降，為使主再熱汽溫及時回調，在20s內超馳關閉一級減溫水調閥、二級減溫水調閥和再熱減溫水調閥。

5）機組由CCS方式切至TF方式，維持滑壓運行模式，DEH保持遙控模式。通過調節調門開度控制主汽壓力，主汽壓力設定值變化速率由0.2 MPa/min切為1 MPa/min，隨滑壓曲線降至目標負荷對應的主汽壓力。

6）燃料主控、給水主控等回路保持自動，燃料量和給水量設定值根據鍋爐負荷指令函數生成，此時鍋爐負荷指令以13MW/s的速率降至目標負荷。

7）為防止轉TF方式時，因主汽壓力的變化使汽機調門動作導致負荷反調，設置汽機主控指令在25s內禁增。

8）系統判斷有瞬間切磨時，每切一臺磨一次風機動葉超馳減少4%，以減小因跳磨引起的一次風壓波動。

9）取消負荷指令速率限制。

10）取消風煤交叉、水煤交叉限制允許。

圖2 A磨跳閘觸發RB邏輯Fig.2 Trigger RB logic of A mill trip

送/引風機RB后，除了上述的動作指令外，若有4臺或4臺以上磨煤機運行，則以6s的間隔依次停F磨、E磨、D磨，直至保留3臺磨煤機運行，4臺以下磨煤機運行時不發出停磨指令。

除磨煤機和送/引風機RB發生后的動作外，一次風機RB時需要更加快速的停磨操作來維持一次風壓平衡，將停磨間隔時間由6s切換為3s，而此時由于停磨間隔加快，鍋爐負荷指令降速率需要在之前基礎上稍微加快，以16MW/s速率降至目標負荷。同時，為避免一次風壓低觸發磨煤機保護動作，磨煤機一次風壓低保護延時由15s切換至120s。

2 RB控制策略優化

2.1 優化思路

根據現行規程DL/T1213-2013《火力發電機組輔機故障減負荷技術規程》要求，評判RB動作是否成功應同時滿足以下條件：一是不引起機組跳閘，二是主要參數在安全范圍內。所以優化控制策略的目標就是針對以上兩點，提高機組RB動作的可靠性和安全性以及盡量減小動作過程中主要參數的變化幅度。

在機組實際運行過程中，RB與重要的主保護功能一樣時刻保護著機組的安全穩定運行，與熱工保護一樣，其功能的完善、正確和可靠是機組穩定運行的必要條件。因此，優化控制策略的思路需要考慮設計完善的防止誤動和拒動以及保護條件的冗余性的控制措施。

主汽溫、再熱汽溫、一次風壓和爐膛壓力等參數會在RB工況下發生劇烈的波動變化，嚴重威脅了設備的安全。因此，在降低這些參數變化幅度方面也應采取一定的優化措施。

2.2 磨煤機RB觸發邏輯優化

機組正常運行時所有磨煤機并非全部運行，而且會經常進行啟、停磨煤機的操作。因此，不能以類似于風機取運行信號消失來作為RB的觸發條件。以A磨為例，優化后的判斷條件如圖2所示，判斷條件有：A磨煤機運行信號消失、A給煤機已運行180s、機組負荷大于330MW和A給煤機瞬時煤量大于24t/h，只有滿足上述條件后，才會觸發磨煤機RB動作。

2.3 至FSSS邏輯優化

根據《防止電力生產事故的二十五項重點要求》第9.4.3條中的要求：所有重要主、輔機的保護都應采取“三取二”的判斷方式，所以為滿足上述要求，自動停磨邏輯判斷不能只采用一個RB信號。優化后的邏輯實現方案為：將送往FSSS的信號增加3個DO以硬接線方式送往FSSS柜，RB通訊到FSSS的信號與硬接線信號“三取二”后作為停磨的判斷條件。

自動投油邏輯原設計為僅投入A層微油，若此時A磨沒有運行，則無法投入A層微油，易使得機組穩燃負荷不夠導致鍋爐MFT。優化后的邏輯為：順序投入A、B、C、D、E、F層油燃燒器（并判斷投運煤層），任一層油燃燒器投運后順控復位。如圖3所示，RB自動投油信號為一個8s脈沖信號，首先以A至F的順序判斷投運煤層直至確認最近的投運煤層，然后自動投入該煤層的油燃燒器，檢測到有投運煤層后延時10s判斷下一個煤層的投運狀態，然而此時自動投油信號8s脈沖已過，因此該邏輯確保了RB后只會有一層油燃燒器投運。

2.4 針對汽輪機保護特點的優化

RB動作后存在停磨的過程，燃料量瞬間下降的同時汽溫也會迅速下降，所以常規超超臨界機組主汽壓力變化速率一般設置較快以滿足快速穩定汽溫的需要。與常規機組不同，北重阿爾斯通汽輪機設置了高壓缸和中壓缸熱應力保護，過快的蒸汽溫度變化有可能會觸發保護動作從而導致汽輪機跳閘的嚴重后果，為保證汽輪機安全穩定運行，將控制策略做如下優化：

圖3 RB投油邏輯Fig.3 RB put in oil logic

1）放慢主汽壓力下降速率，由原先設計的1MPa/min優化設置為0.9MPa/min。

2）為防止再熱汽溫進一步降低，60s內置過熱煙氣擋板30%開度并全開再熱煙氣擋板。

3）燃料指令是隨著鍋爐負荷指令函數生成的，在燃料量瞬間下降的同時，燃料指令是緩慢下降的，此時燃料主控輸出增加的同時燃料量繼續增加，所以RB后需要燃料主控輸出保持不變一段時間再進行調節。因此，增加了RB后燃料主控指令30s內維持不變的控制策略。

4）RB發生后，適當加快給水調節速度，將給水指令變化速率由1.1t/s切換為10t/s，三階慣性時間由30s切換為24s，PID積分時間由70s切換為60s；屏蔽小機轉速指令與反饋偏差過大解除小機遙控的條件；同時，加大給水指令與反饋偏差閉鎖間的定值，由-100t/h切至-600t/h。

2.5 爐膛壓力控制優化

燃料量、給水量和一次風壓急劇變化的惡劣工況會引起爐膛壓力短時間內急劇波動，嚴重威脅了機組的安全。為了控制爐膛壓力的穩定，采取了以下控制措施：

1）單側引風機停止后，為避免另一側引風機動葉瞬間增加導致爐膛壓力劇烈波動，引風機動葉開度閉鎖增加了RB信號觸發20s之內和引風機電流大于617A（額定電流值）兩個條件，并設置引風機動葉開度上限為80%。

2）每當有一臺運行的磨煤機停止后，立即減小引風機動葉指令5%。

3）一次風機RB后引風機動葉指令減小5%。

4）送風機的出力變化也會影響爐膛壓力的變化，并且為了在負荷指令變化后確保先減燃料再減風，適當增加風量指令遲延，RB后將風量指令濾波時間由15s增至20s，達到減緩風量調節和減慢送風機出力變化的作用。

3 RB試驗

將以上優化后的控制策略進行工程實踐，結合單臺輔機最大出力試驗結果，合理設置了不同RB的負荷目標值，并進行了以下幾個工況的動態試驗，表1所示為RB試驗設定參數。

3.1 兩臺磨煤機RB試驗

試驗前機組負荷602.1MW，主汽壓力26.1Mpa，CCS控制方式投入，爐膛壓力自動投入，爐膛風量自動投入，主汽溫自動投入，再熱汽溫自動投入，A、B、C、D、F 5臺磨煤機運行。運行人員就地間隔6s先后打閘F、D磨煤機，觸發磨煤機RB。待機組負荷降至410MW，RB自動復位，機組維持TF控制。如圖4所示，期間主汽溫下降32.2℃、再熱汽溫下降44.8℃后緩慢回升，爐膛壓力最多降至-647.6Pa，其他主要參數平穩過渡，試驗數據見表2。

圖4 兩臺磨煤機RB試驗曲線Fig.4 Two mills RB test curve

圖5 引風機RB試驗曲線Fig.5 IDF RB test curve

表1 RB試驗設定參數表Table 1 Setting parameter table for RB test

表2 兩臺磨煤機RB試驗數據記錄Table 2 Two mills RB test data record

3.2 送/引風機RB試驗

送風機和引風機保護跳閘邏輯均有雙側送風機和引風機運行工況下，任一送/引風機跳閘后聯跳同側引/送風機這一條件，任一風機停運后都會變為單側送、引風機運行工況。因此，兩者實質上為一個RB功能，試驗時只需驗證任意一個即可。

試驗前機組負荷600.3MW，主汽壓力25.7Mpa，CCS控制方式投入，爐膛壓力自動投入，爐膛風量自動投入，主汽溫自動投入，再熱汽溫自動投入，A、B、C、D、F 5臺磨煤機運行。運行人員就地打閘引風機A，觸發引風機RB，送風機A聯跳動作正確，F、D磨煤機聯跳動作正確。

表3 引風機RB試驗數據記錄Table 3 IDF RB test data record

表4 一次風機RB試驗數據記錄Table 4 PAF RB test data record

圖6 一次風機RB試驗曲線Fig.6 PAF RB test curve

機組負荷最低降至381.5MW后緩慢上升，上升至408.9MW后手動復位RB，機組維持TF控制。如圖5所示，期間主汽溫下降15.9℃、再熱汽溫下降45.7℃后緩慢回升，爐膛壓力最多降至-411.1Pa，其他主要參數平穩過渡，試驗數據見表3。

3.3 一次風機RB試驗

試驗前機組負荷610.5MW，主汽壓力25.6Mpa，CCS控制方式投入，爐膛壓力自動投入，爐膛風量自動投入，主汽溫自動投入，再熱汽溫自動投入，A、B、C、D、F 5臺磨煤機運行，一次風機動葉開度上限設置為85%，設置一次風機電流大于216A時一次風機動葉指令閉鎖。試驗時運行人員就地打閘一次風機A，觸發一次風機RB，F、D磨煤機聯跳動作正確。待機組負荷降至330MW，RB自動復位，機組維持TF控制。如圖6所示，期間主蒸汽汽溫下降32.4℃、再熱汽溫下降45.1℃后緩慢回升，爐膛壓力最多降至-1486.4Pa，一次風壓最多降至4.76kPa，其他主要參數平穩過渡，試驗數據見表4。

通過對RB控制策略的一系列優化，在動態試驗過程中運行人員無手動干預，實現了全程自動控制，且所有試驗項目均一次成功，主要參數均控制在合理波動范圍內。

4 結語

經過對大別山電廠二期擴建工程超超臨界機組實際情況的詳細分析，并經實際應用可知，采取適當降低壓降速率，提高給水控制速率，關閉煙氣擋板等一系列措施可以避免發生RB后汽溫下降過快的問題，爐膛壓力控制回路增加前饋控制和閉鎖條件可以避免爐膛壓力大幅度波動；同時，分析和提出了防止RB誤動和拒動的措施，使動作更加安全可靠，保證了機組的安全穩定運行。

綜上所述，優化后的控制策略合理，有效提升了機組的自動化水平，提高了機組運行的可靠性，可以為同類型機組設計和優化RB控制策略提供一定的參考和借鑒。