超临界火电机组ＲＢ控制策略及要点

超临界火电机组ＲＢ控制策略及要点

      当机组主要辅机故障跳闸造成机组实发功率受到限制时，为适应设备出力，协调控制系统强制将机组负荷减到尚在运行的辅机所能承受的负荷目标值，该功能称为辅机故障减负荷( RUNBACK , 以下简称 RB) 。随着我国超临界发电技术不断发展，RB功能在超临界机组中广泛应用 。超临界机组的RB控制策略已基本成熟，但是机组主要调节系统在RB工况下的控制品质直接影响RB过程中机组的安全性。

一、超临界机组RB典型控制策略

1、RB 功能触发及复位

      当机组 RB 功能投入，RB 触发前机组处于协调控制方式，且机组实际负荷满足不同 RB 项目的限制条件时，相应辅机发生故障跳闸，触发 RB 功能，机组进入 RB 工况。

      当机组进入 RB 工况，机组实际负荷达到 RB 控制预置的目标负荷后，RB 功能复位或运行人员手动 通过操作画面复位 RB 功能。

2、RB 主要控制策略

1）机组控制方式切换

      RB 发生后需要快速切除部分磨煤机并相应减少总风量和给水流量，操作对主汽压力、中间点温度、主蒸汽温度等各参数扰动较大 。为确保 RB 过程中机组负荷与主汽压力、总风量、给水流量等关系的匹配并尽量减少机组重要运行参数的波动，在 RB 功能触发后机组主控即自动退出协调控制(CCS) 方式并切换为汽机跟随控制方式(TF) 。

2）燃料系统控制变化

      机组锅炉主控迅速进入跟踪模式，以较快的速率下降至预设的 RB 目标值，同时燃烧管理系统 ( BMS) 快速切除部分制粉系统，通过燃料主控闭环调节维持最终的燃料量准确。

3）主汽压力设定值切换

      主汽压力设定值根据机组滑压曲线或 RB 目标值设置，设定值的变化速率按照不同 RB 项目进行变参处理，进入调节器前不再经过机组协调方式下匹配锅炉的滞后惯性环节。

4） “ 水⁃ 煤”匹配环节参数设置

      机组RB发生后部分磨煤机相继切除，燃料量迅速下降，为尽量减小 RB 动态过程锅炉中间点温度、主蒸汽温度波动幅度，保证机组运行安全，在控制系统中，对“水⁃ 煤”匹配环节的时间常数根据 RB 信号进行变参数设置，并合理整定水煤比控制回路中相关时间常数，控制锅炉在机组 RB 工况中按合理的水煤比运行。

5）减温水超驰动作

      RB动作初期由于磨煤机快速切除、炉膛火焰中心下移，若减温水调整不及时将会加剧主蒸汽温度和再热蒸汽温度的下降速率，为提高主、再热蒸汽温度在RB过程中的稳定性，当机组RB触发后超驰关闭主、再热器减温水调节阀，一般60 s 后解除超驰信号。

6）自动解除主要调节系统偏差越限切手动功能

      鉴于机组RB发生时，系统主要参数波动范围和执行机构动作幅度均较大，增加RB优先控制逻辑 ( RB工况下，解除偏差越限切手动），使得炉膛压力、总风量、一次风压、给水、燃料等控制系统保持在自动模式，调节系统能及时控制相关参数于目标值，减少人为干预，确保机组安全运行。

二、超（超）临界机组 RB 控制要点

1、RB 的投切和触发

      RB 投切和触发逻辑的设计在 RB 控制底层构架中最为关键，关系到 RB 控制功能对机组负荷受限工况的迅速、准确识别以及该功能后续正确的启用 。RB 的投切和触发逻辑设计应注意以下要点：

      1) RB 的投入和切除功能应完备，在机组各参数及运行状态处于 RB 投入许可范围内时不应出现功能无法投入或无法复位的现象。

      2) RB 触发及复位的负荷条件阈值应谨慎设置 。RB功能最终目的是将机组负荷减到尚在运行的辅机所能承受的负荷目标值内，RB控制回路中预设的负荷目标值若过高超出尚在运行的辅机承受能力，或预设的负荷目标值过低超出锅炉燃烧稳定区，均会对机组 RB 过程中的安全运行带来影响。

      3) 由于 RB 功能触发的准确性尤为关键，需全面考虑和完善 RB 触发回路中的相关佐证条件，避免因佐证条件存在缺陷 RB功能带来拒动、误动、错动的风险。

针对以上 RB 投切和触发逻辑应注意的要点提出以下优化建议：

      1) RB 的投入和切除逻辑应尽量简化，避免因边界条件过度复杂，出现功能无法投入，或者形成死循 环造成无法复位。

      2) RB 触发及复位的负荷条件阈值应结合单台辅机最大出力试验结果和机组运行实际情况为依据， 合理设置。

      3) RB 功能触发控制应慎重使用单信号（硬接线或网络通信）参与佐证条件的判断[4] , 避免单信号误 动或拒动 。例如，触发各项 RB 中的辅机故障跳闸反馈应采用综合信号，且判断逻辑应与 RB 触发控制回 路搭建在同一控制器中。

      4) 辅机运行情况判断逻辑中，部分时间参数应结合实际辅机联动情况设置，避免发生错误判断 。例 如，给水泵 RB 中，若电动给水泵（ 以下简称电泵）具备联启功能，应注意电泵启动时间，合理设置电泵联 启的给水 RB 动作与电泵未联启的给水 RB 动作的判断间隔时间 。空气预热器 RB 应注意主、辅电机切 换的时延，躲避辅电机联启工况。

      5) RB 功能触发控制中还应着重考虑各项 RB 触发的相互闭锁，避免同时出现多个 RB 项目，造成机 组 RB 控制混乱。

2、锅炉主控

      RB发生后，BMS 快速切除部分制粉系统，锅炉主控作为机组风量、煤量、水量的控制中心，需要维持机组能量的平衡，因此在 RB 过程中应充分考虑锅炉主控的控制状态和调节品质。

      1) RB 过程中锅炉主控应处于跟踪状态，需以极快速率下降至 RB 目标值，将风量、煤量、水量快速匹 配 。其中锅炉主控在 RB 过程中的目标值应考虑机组煤质的变化。

      2) 锅炉主控下降速率对风量和水量控制系统影响较大，可根据机组水量的下降情况及机组 RB 过程 参数变化情况优化设置速率。

针对以上 RB 过程中锅炉主控应注意的要点提出以下优化建议：

      1) 结合多台超（超）临界机组 RB 过程经验，建议该速率不低于每分钟 120 t/h , 以达到机组各介质在 RB 过程中快速调整的需求。

      2) 由于多数机组煤质稳定性较差，建议采用 RB 前实际煤量与设计煤量的比值乘以目标负荷对应的 设计煤量作为锅炉主控在 RB 工况下跟踪的目标值，具体设计方案如图所示，图中 F( X) 为设计煤种的 功煤比函数，DIV 模块输出为图中 A/B 。RB 工况下动态匹配煤质的锅炉跟踪目标值可以在煤质发生较 大改变时，维持合适的锅炉热负荷，避免机组蒸汽压力、蒸汽温度波动幅度过大。

3、汽机主控

      RB 状态下机组处于 TF 方式运行，由汽机主控调整机组主蒸汽压力 。机组主蒸汽压力设定值可以根 据滑压函数形成，亦可为固定目标值 。固定目标值的设置应参考机组滑压曲线，不易偏差过大 。RB 过程 中，汽机主控相关参数设置应充分考虑以下情况：

      1) 压力设定值变化率设定过快，机组主蒸汽压力实际下降速率低于设定值下降速率，汽轮机调节阀 开度将增大，造成实发功率增加，蒸汽温度下降，延长 RB 过程时间[5] 。

      2) 压力设定值变化率设定过慢，机组主蒸汽压力实际下降速率高于设定值下降速率，汽轮机调节阀  开度将减小 。当汽轮机调节阀开度过低时，汽轮机进汽流量降低，可能造成给水泵汽轮机进汽压力过低， 给水泵出力不足，导致给水流量过低[6] 。

      3) 压力设定值变化率设定过慢，机组主蒸汽压力实际下降速率高于设定值下降速率，汽轮机调节阀 开度将减小，导致实际压力偏高 。当实际压力与给水压力偏差达到一定的阈值后，可能造成机组上水无 法维持。

针对以上 RB 过程中汽机主控参数设置应注意的要点提出以下优化建议：

      1) 根据以往多台机组 RB 动作成功案例分析，主蒸汽压力设定值变化速率宜设置为 0. 7 ~ 1. 5 MPa/min。 尤其是给水泵 RB 发生时，压力变化率应酌情放快，有利于机组给水流量的维持和控制。

      2) 建议增加 RB 过程中闭锁汽机主控输出增加，避免 RB 期间机组负荷反弹；以及主汽压力大于给水 压力一定阈值后（此阈值一般设置为 1 . 2 ~ 1 . 5 MPa) 闭锁汽机主控输出减少，维持给水流量，增加机组 RB 过程中的安全稳定性。

4、燃料控制

      超（超）临界火电机组常规配置 6 台磨煤机，RB 发生后为了快速匹配燃料量，BMS 连续跳磨，在跳闸 磨煤机逻辑以及燃料主控自动调节品质方面应注意以下几点：

      1) 跳闸磨煤机顺序应根据锅炉类型而定，一般为由上而下（ 哈尔滨锅炉厂有限公司的四墙切圆锅炉 为由下而上）。

      2) RB 跳闸磨煤机的时间间隔应根据不同辅机 RB 对机组主要系统的影响合理设置。

      3) 应注意结合不同类型的 RB 项目以及不同工况下磨煤机运行的组合，增加辨识条件，保证进入 RB 工况后，保留至少 3 台磨煤机运行。

      4) 部分机组 RB 过程中为了稳定锅炉燃烧，设计有 RB 触发后投运油枪或投运等离子系统 。此时应 注意控制逻辑中投运时间间隔设置，防止因时间间隔过短，造成油压过低发生油燃料跳闸( Oil Fuel Trip , 以下简称 OFT) 动作或者整流柜过电流。

      5) RB 触发初期，虽然燃料的需求设定值正快速下降，但是由于部分制粉系统的快速切除，造成实际 燃料量远远低于燃料设定值，燃料主控在 PID 调节器的作用下会大幅度增加剩余制粉系统的给煤量，有 可能造成剩余运行磨煤机因给煤量反弹导致堵磨。

针对以上 RB 过程中对燃料控制的要求，结合相关参数设置应注意的要点，提出以下优化建议：

      1) 非一次风机 RB 跳闸磨煤机时间间隔一般设置 10 s 左右，一次风机 RB 跳闸应缩短磨煤机时间间 隔，设置 5 s 左右为宜。

      2) 建议 RB 发生后一定时间内（一般 30 ~ 60 s) 闭锁燃料主控输出的增长，避免在 RB 触发的初期燃 料反向调整。

5、给水控制

      当机组进入 RB 工况，部分制粉系统快速切除，燃料量直接下降到目标值附近，给水流量由于要考虑 锅炉蓄热、给水泵运行安全等多方面因素，无法匹配燃料量一步下降到位，因此 RB 过程中给水流量的合 理性与机组运行安全紧密关联 。鉴于给水流量控制的关键性，超（超）临界机组 RB 过程中的给水控制策 略设计和参数设置应充分考虑、利用锅炉响应和蓄热，以及给水控制系统滞后惯性等因素。

      1) 为了匹配锅炉响应特性，超（超）临界机组的给水控制策略在给水设定值通常设计有给水惯性环 节，由于 RB 工况下部分制粉系统快速切除，给水控制惯性环节原有时间常数的设置已无法及时匹配锅 炉的响应特性，易造成 RB 过程中机组蒸汽温度的大幅下降，影响机组安全运行。

      2) 超（超）临界机组给水泵转速变化率一般设置在 200 ~ 400 rpm/min , 其直接影响实际给水流量的 变化 。根据快速减水控制设计理念在 RB 工况中的实际应用可以发现，给水流量设定值下降速率一般高 于实际给水流量的下降速率，给水流量设定值和实际值的偏差在 RB 工况的前中期会不断加大 。给水系 统因惯性叠加过大的偏差，导致给水控制的超调，幅度过大的超调量会造成给水流量过低，有可能引发扩 大化事故。

针对以上 RB 过程中给水控制策略设计和参数设置应考虑的重点，建议采取以下措施有效降低给水 控制的超调量，将给水流量控制在安全范围内。

      1) 给水控制惯性环节中的时间常数应设置为变参，RB 发生后常数切换至较小数值，提高给水设定的 变化速率。

      2) 给水流量设定值的下限可以优化为变参，当进入 RB 工况后，给水流量设定值的下限可以适当 提高。

      3) 部分机组随着深度调峰的改造，给水遥控指令下限继续下探 。建议遥控指令下限过低的机组在 RB 发生时将遥控指令下限切至 2 800 ~ 3 000 rpm/min。

      4) 给水泵转速变化速率应在给水泵安全运行的前提下适当提高，匹配给水快速下降的要求，一般设 置为 600 ~ 900 rpm/min 为宜。

      5) 在 RB 触发的前中期，实际给水流量会高于给水流量设定值，若给水流量控制的 PID 的积分参数 过强，将导致在 RB 过程中给水流量过调量偏大，因此在 RB 过程中不宜采用强积分的参数设置。

      6) 若汽动给水泵（ 以下简称汽泵）再循环调阀在自动状态且为 PID 控制，其自动参数应优化为变参， 在 RB 工况下比例参数削弱，防止给水流量下降过快，在未达到设定值前再循环调阀开启，造成给水流量  继续降低。

      7) 建议优化增加非给水泵 RB 触发后汽泵再循环调阀以每秒 1% ~ 1 . 5% 速率自动开至 20% ~ 30% 开度并且切至手动控制方式的逻辑 。汽泵再循环调阀的提前开启，有利于初期给水流量的下降，以及低给水流量时对给水泵提供保护。

      8) 机组 RB 给水指令快速下降的过程中，由于小汽轮机电液控制系统 ( Micro Electro⁃ Hydraulic

当机组发生 RB 时，随着制粉系统的快速变化，维持锅炉总风量、一次风压、炉膛负压处于安全范围 是风烟系统首要控制任务 。对于控制策略的设计和参数的调整应注意以下几点：

      1) 应在机组开展模拟量扰动试验时择机进行大阶跃量（一般为 200 Pa) 的炉膛压力扰动试验，并根 据试验结果进行参数优化。

      2) 应注意用于控制调整的炉膛压力量程设置的合理性，若量程设置太小在 RB 过程中炉膛压力剧烈 波动超出量程后，炉膛压力比例控制将失效，易造成调节品质剧烈下降。

      3) 一次风机 RB 时，炉膛压力的波动会较为剧烈，应结合非一次风机 RB 的炉膛压力控制效果，考虑 设计一次风机 RB 给予炉膛压力前馈输送。

      4) 配置双列风机的风烟系统控制，一般采用平衡回路算法 。应注意平衡算法的死区设置，防止一侧 风机跳闸后，对侧风机动叶（或静叶）不超驰开启。

针对以上 RB 过程中对风烟系统控制策略设计和参数的要求提出以下优化建议：

      1) 单列风机运行、双列风机运行对风烟系统的响应特性有所不同，建议增加单列风机、双列风机运行 的控制参数切换设计 。在条件允许的情况下，在单列风机运行时对总风量、一次风压和炉膛压力进行定值扰动试验，并根据试验结果对单列风机控制参数进行调整，保证机组在 RB 过程中风烟系统运行稳定。

      2) 建议将用于控制回路的炉膛压力量程至少设置为 ± 1 500 Pa , 防止 RB 过程中炉膛压力剧烈波动， 超量程后比例控制失效。

      3) 若非一次风机 RB 动作过程中炉膛压力控制效果不佳，可添加一次风机 RB 对炉膛压力控制的前 馈作用 。需要关注的是当一次风机 RB 复位后，施加的前馈作用应按照适当的速率缓慢收回，避免造成 炉膛压力的二次波动。

      4) 仔细检查风烟系统各自动回路的策略设计和相关参数设置，若未设计平衡算法，应设计一侧风机 跳闸后，对侧运行风机指令超驰动作。

来源：火电技术学习记录