袁世通

(大唐華中電力試驗(yàn)研究所，鄭州 450000)

超(超)臨界機(jī)組低負(fù)荷時(shí)MFT動(dòng)作原因分析及優(yōu)化策略

袁世通

(大唐華中電力試驗(yàn)研究所，鄭州 450000)

針對(duì)兩臺(tái)超臨界機(jī)組低負(fù)荷變工況運(yùn)行中由于給水泵再循環(huán)閥開啟，造成機(jī)組給水流量低，觸發(fā)主燃料跳閘(MFT)信號(hào)的非停事件進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了階梯式比例-積分-微分(PID)控制策略：給水泵入口流量較高時(shí)，再循環(huán)閥由PID自動(dòng)控制；給水泵入口流量降至保護(hù)開啟定值時(shí)，再循環(huán)閥由流量閥位函數(shù)綜合控制。大大降低了再循環(huán)閥對(duì)給水流量的影響，提高了機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的安全性。

超(超)臨界機(jī)組；低負(fù)荷；主燃料跳閘；給水泵再循環(huán)閥；比例-積分-微分控制

0 引言

近幾年，受我國(guó)用電量增速放緩和發(fā)電總裝機(jī)容量(包括火電、水電、風(fēng)電、光伏等)迅速增長(zhǎng)的雙重影響，火電機(jī)組發(fā)電小時(shí)數(shù)不斷降低。由于電網(wǎng)運(yùn)行中的負(fù)荷峰谷差不斷增大，作為發(fā)電主力的火電廠，其深度調(diào)峰的作用凸顯，各區(qū)域電網(wǎng)“兩個(gè)細(xì)則”的實(shí)施，更是加大了火電廠的調(diào)峰壓力。機(jī)組長(zhǎng)期低負(fù)荷調(diào)峰，對(duì)運(yùn)行設(shè)備的性能和控制系統(tǒng)的品質(zhì)提出了更高的要求。本文對(duì)兩臺(tái)超臨界機(jī)組低負(fù)荷變工況運(yùn)行中由于給水泵再循環(huán)閥開啟，造成機(jī)組給水流量低，觸發(fā)主燃料跳閘(MFT)信號(hào)的非停事件進(jìn)行分析。

1 某650 MW超臨界機(jī)組MFT事件

1.1 事件經(jīng)過

該機(jī)組鍋爐為北京巴布科克·威爾科克斯有限公司引進(jìn)美國(guó)B&W 公司技術(shù)生產(chǎn)的B&WB-1900/25.4-M 型超臨界參數(shù)“W”火焰鍋爐。

2015-11-01 T 04:47:00，機(jī)組負(fù)荷為270 MW，鍋爐給水流量為698.00 t/h，主蒸汽溫度為565.00 ℃，選擇后中間點(diǎn)溫度為360.60 ℃，設(shè)定值為364.20 ℃。給水控制在自動(dòng)方式正常調(diào)節(jié)，A，B側(cè)分離器出口溫度偏差為15.00 ℃左右。

04:49:42，選擇后中間點(diǎn)溫度為369.88 ℃，運(yùn)行人員將中間點(diǎn)設(shè)定值的偏置由-3.85 ℃調(diào)整為-7.05 ℃，中間點(diǎn)溫度設(shè)定值變?yōu)?57.43 ℃，設(shè)定值和測(cè)量值偏差為12.45 ℃，給水控制切手動(dòng)(邏輯為偏差大于10.00 ℃，延時(shí)10 s給水控制切手動(dòng))，此時(shí)給水統(tǒng)操指令為55.26%，鍋爐給水流量為731.50 t/h，此后運(yùn)行人員開始手動(dòng)操作給水指令。

04:51:47，鍋爐燃料量為118.00 t/h，運(yùn)行人員手動(dòng)將給水統(tǒng)操指令增加至57.05%，將鍋爐給水流量調(diào)整為992.92 t/h，控制邏輯中給水流量參考值為797.45 t/h，中間點(diǎn)溫度設(shè)定值為375.67 ℃，選擇后中間點(diǎn)溫度為377.59 ℃，運(yùn)行人員將給水控制投入自動(dòng)調(diào)節(jié)，此時(shí)A，B側(cè)分離器出口溫度偏差為25.00 ℃左右。

04:52:07，給水統(tǒng)操指令為56.40%，鍋爐給水流量為999.20 t/h，中間點(diǎn)溫度設(shè)定值為376.00 ℃，選擇后中間點(diǎn)溫度為372.50 ℃，運(yùn)行人員將給水控制切手動(dòng)，開始手動(dòng)減小給水流量，此時(shí)A，B側(cè)分離器出口溫度偏差為29.00 ℃左右。

04:52:47，運(yùn)行人員手動(dòng)將給水統(tǒng)操指令減為48.83%，鍋爐給水流量為763.00 t/h，控制邏輯中給水流量參考值為808.49 t/h。此時(shí)A汽動(dòng)給水泵(以下簡(jiǎn)稱汽泵)轉(zhuǎn)速指令為3 402.69 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速為3 804.72 r/min，B汽泵轉(zhuǎn)速指令為3 470.63 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速為3 878.67 r/min，兩臺(tái)汽泵的轉(zhuǎn)速指令和實(shí)際轉(zhuǎn)速相差400.00 r/min左右，此時(shí)運(yùn)行人員投入給水自動(dòng)，給水統(tǒng)操指令在48.83%的基礎(chǔ)上開始增加。

04:53:06，給水統(tǒng)操指令增至53.27%，鍋爐給水流量為541.90 t/h，此時(shí)A汽泵轉(zhuǎn)速指令為3 612.37 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速為3 745.32 r/min，B汽泵轉(zhuǎn)速指令為3 675.37 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速為3 802.70 r/min，運(yùn)行人員將給水控制切手動(dòng)，開始增加給水統(tǒng)操指令。

04:53:09，給水統(tǒng)操指令增至53.84%，A汽泵轉(zhuǎn)速指令為3 662.37 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速為3 746.80 r/min，B汽泵轉(zhuǎn)速指令為3 725.40 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速為3 800.80 r/min，鍋爐給水流量為522.90 t/h，B汽泵進(jìn)口流量為296.52 t/h(低于300.00 t/h)，B汽泵最小流量閥超馳開啟。

04:53:37，鍋爐給水流量為424.80 t/h，給水流量低MFT保護(hù)動(dòng)作。

1.2 事件分析

給水控制切手動(dòng)后，由于運(yùn)行人員手動(dòng)大幅增減鍋爐給水流量，導(dǎo)致B汽泵最小流量閥因?yàn)锽汽泵入口流量低于300.00 t/h而超馳聯(lián)開，鍋爐給水流量下降，最終導(dǎo)致給水流量低MFT保護(hù)動(dòng)作，具體過程分析如下。

04:49:42，給水統(tǒng)操指令為55.26%，鍋爐給水流量為731.50 t/h。

04:52:07，手動(dòng)增加給水統(tǒng)操指令至56.40%，鍋爐給水流量為999.20 t/h。

04:52:47，運(yùn)行人員手動(dòng)減小給水統(tǒng)操指令至48.83%，鍋爐給水瞬時(shí)流量為763.00 t/h，此時(shí)由于給水統(tǒng)操指令降速過快，且汽泵正常轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)需要一定時(shí)間，兩臺(tái)汽泵的轉(zhuǎn)速指令比實(shí)際轉(zhuǎn)速低400.00 r/min左右，給水指令對(duì)應(yīng)的給水流量遠(yuǎn)低于763.00 t/h。此后，雖然給水指令開始增加，但轉(zhuǎn)速指令仍然低于汽泵當(dāng)前轉(zhuǎn)速，因此汽泵出力繼續(xù)下降，鍋爐給水流量繼續(xù)降低。

04:53:09，由于此前給水統(tǒng)操指令降得太低，雖然給水統(tǒng)操指令已增至53.84%，但此時(shí)對(duì)應(yīng)的汽泵轉(zhuǎn)速指令仍低于汽泵實(shí)際轉(zhuǎn)速(A汽泵轉(zhuǎn)速指令為3 662.37 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速為3 746.80 r/min； B汽泵轉(zhuǎn)速指令為3 725.40 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速為3 800.80 r/min)，因此汽泵出力并無增加，此時(shí)B汽泵進(jìn)口流量降為296.52 t/h(低于300.00 t/h)，B汽泵最小流量閥超馳開啟。此后，雖然給水統(tǒng)操指令繼續(xù)增加，但由于B汽泵最小流量閥超馳全開，鍋爐給水流量繼續(xù)降低。

最終在04:53:37，鍋爐給水流量降為424.80 t/h，給水流量低MFT保護(hù)動(dòng)作。

2 某660 MW超超臨界機(jī)組MFT事件

2.1 事件經(jīng)過

該機(jī)組使用上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的SG-2000/26.15-M625 型鍋爐，為國(guó)產(chǎn)超超臨界參數(shù)變壓直流爐，一次再熱、固態(tài)排渣、全鋼結(jié)構(gòu)、Π型布置，采用平衡通風(fēng)以及四角切圓燃燒方式。

2016-07-15 T 01:37:02，鍋爐跳閘，跳閘首出為鍋爐給水流量低低。鍋爐跳閘前，機(jī)組負(fù)荷為330 MW，主給水流量約為920.0 t/h，A汽泵進(jìn)口流量為560.0 t/h，B汽泵進(jìn)口流量為520.0 t/h，但主給水流量波動(dòng)較大。查詢現(xiàn)場(chǎng)歷史趨勢(shì)，B汽泵的低壓調(diào)節(jié)閥伺服閥存在卡澀現(xiàn)象，造成伺服指令與線性可變差動(dòng)變壓器(LVDT)反饋存在較大遲延，從而產(chǎn)生伺服指令與LVDT反饋交替變化的正弦波振蕩，造成主給水流量波動(dòng)較大。

01:25:12，由于給水流量波動(dòng)，運(yùn)行人員將B汽泵切手動(dòng)調(diào)整，B汽泵實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令存在偏差。

01:28:54，將B汽泵重新投入自動(dòng)，A汽泵指令在40%～37%之間波動(dòng)，B汽泵指令在41%～37%之間波動(dòng)，給水流量在920.0～850.0 t/h之間波動(dòng)，A汽泵入口流量在490.0～440.0 t/h之間波動(dòng)，B汽泵入口流量在520.0～440.0 t/h之間波動(dòng)。

01:34:00，運(yùn)行人員將A汽泵切手動(dòng)，A汽泵實(shí)際指令為38%，A汽泵入口流量穩(wěn)定在530.0 t/h左右；B汽泵自動(dòng)，指令自動(dòng)由41%逐漸下減。

01:35:55 ，A，B汽泵入口流量分別為566.0，556.0 t/h，A，B汽泵轉(zhuǎn)速分別為4 115，4 126 r/min，此時(shí)運(yùn)行人員再次將B汽泵切至手動(dòng)控制，B汽泵指令為32%。

01:36:41，鍋爐給水流量下降至785.0 t/h，B汽泵入口流量降至358.0 t/h，低于設(shè)定值360.0 t/h， B汽泵再循環(huán)閥逐漸開啟。

01:36:42，B汽泵再循環(huán)流量降至348.6 t/h，B汽泵再循環(huán)閥全開，01:36:48主給水流量低于500.0 t/h，延時(shí)15 s后，鍋爐因給水流量低低跳閘。

2.2 原因分析

(1)因B汽泵伺服閥卡澀造成給水泵汽輪機(jī)伺服系統(tǒng)的遲緩率增大，伺服指令發(fā)出后，約30 s后LVDT反饋才動(dòng)作，造成控制不及時(shí)，導(dǎo)致給水流量波動(dòng)大。

(2)運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)給水流量波動(dòng)后，由于操作不當(dāng)造成給水流量波動(dòng)加大，導(dǎo)致B汽泵的入口流量低于350.0 t/h，B汽泵再循環(huán)閥快速打開，從而使主給水流量快速降至跳閘值。

(3)B汽泵運(yùn)行時(shí)B汽泵再循環(huán)閥投入自動(dòng)，再循環(huán)閥根據(jù)B汽泵入口流量設(shè)定值(360.0 t/h)與B汽泵入口流量偏差進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，逐漸開啟閥門。但是，B汽泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥的邏輯中有超弛開B汽泵再循環(huán)閥邏輯，超弛開的定值為350.0 t/h；01:36:42，B汽泵入口流量降至348.6 t/h，超弛信號(hào)起作用，再循環(huán)閥瞬間打開，從而使主給水流量降至跳閘值，所以該超弛邏輯是不合理的[1-2]。

3 給水泵再循環(huán)閥控制策略分析和優(yōu)化

3.1 控制策略分析

這兩次機(jī)組非停的直接原因是給水流量波動(dòng)時(shí)，達(dá)到汽泵入口流量低限，觸發(fā)給水泵再循環(huán)閥動(dòng)作，快速開至100%，導(dǎo)致給水流量進(jìn)一步降低，最終觸發(fā)MFT信號(hào)。給水泵再循環(huán)閥控制邏輯如圖1所示(圖中：DPU為分散處理單元)。

圖1 給水泵再循環(huán)閥控制邏輯

圖2 階梯式PID控制策略

3.2 控制策略優(yōu)化方案

針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)了階梯式比例-積分-微分(PID)控制策略[3-4]，該策略主要包括PID控制部分和流量閥位函數(shù)控制部分。給水泵入口流量較高時(shí)，再循環(huán)閥由PID自動(dòng)控制；給水泵入口流量降至保護(hù)開啟定值時(shí)，再循環(huán)閥由流量閥位函數(shù)綜合控制；另外，該控制邏輯保留原有邏輯的超馳保護(hù)部分(適當(dāng)降低流量低限設(shè)定值)，控制邏輯如圖2所示。

在PID控制部分，通過給水泵出口壓力設(shè)定給

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水泵入口最小流量定值，壓力-流量函數(shù)關(guān)系見表1，然后再通過PID自動(dòng)調(diào)節(jié)給水泵再循環(huán)閥開度。

在流量閥位函數(shù)控制部分，通過給水泵的最小流量安全運(yùn)行區(qū)域，確定給水泵轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的再循環(huán)閥指令，轉(zhuǎn)速-開度函數(shù)關(guān)系見表2。

3.3 運(yùn)行效果

按照階梯式PID控制策略對(duì)兩臺(tái)機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化，機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，給水泵再循環(huán)閥可以平穩(wěn)開啟、關(guān)閉，大大降低了再循環(huán)閥對(duì)給水流量的影響，同時(shí)也降低了給水泵的電耗，提高了給水泵的經(jīng)濟(jì)性和機(jī)組的安全性。

表1 壓力-流量函數(shù)關(guān)系

表2 轉(zhuǎn)速-開度函數(shù)關(guān)系

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)兩臺(tái)超臨界機(jī)組在低負(fù)荷變工況運(yùn)行中，由于給水泵再循環(huán)閥開啟，造成機(jī)組給水流量低，觸發(fā)MFT信號(hào)的非停事件，提出了階梯式PID控制給水泵再循環(huán)閥的解決方案，經(jīng)過控制系統(tǒng)的改進(jìn)優(yōu)化，取得了良好的效果。

[1]侯悅.300 MW機(jī)組汽動(dòng)給水泵出口流量低的原因分析及處理[J].機(jī)電信息，2012(9)：41，43.

[2]岳建華，謝建民，朱延海，等.火力發(fā)電廠給水泵再循環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].中國(guó)電力，2014，47(9)：11-17.

[3]畢明波，李國(guó)浦，閔兆儉.600 MW超臨界機(jī)組電動(dòng)給水泵控制邏輯優(yōu)化[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2015，33(2)：75-79.

[4]李波，張謙，殷建華，等.350 MW汽輪發(fā)電機(jī)組給水泵再循環(huán)閥控制策略優(yōu)化[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2016，34(1)：45-48.

(本文責(zé)編：劉芳)

2017-05-12；

2017-06-21

TM 621

B

1674-1951(2017)07-0048-04

袁世通(1985—)，男，河北武邑人，工程師，工學(xué)博士，從事發(fā)電廠復(fù)雜系統(tǒng)建模與控制方面的工作(E-mail:yst.19@163.com)。