630_MW亚临界机组辅机故障减负荷控制策略逻辑优化_赵磊.pdf

2023 1期 亚临界机组辅机故障减负荷控制策略逻辑优化赵磊，包立军，赵太磊，庄伟，康磊（内蒙古白音华煤电有限公司坑口发电分公司，内蒙古 锡林郭勒盟 ；上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，上海 ）摘要：为了更好地实现对亚临界机组辅机故障减负荷 控制，提出了一种 亚临界机组 控制策略逻辑优化方法。以某电厂 机组为例，介绍了空冷燃煤机组主要辅机故障快速减负荷功能的逻辑设计，从 触发条件、制粉系统停运数量及顺序等方面优化控制逻辑。同时，优化机组给水泵 、送引风机 、一次风机 等重要辅机 功能的控制策略。通过 动态试验，证明了提出的 控制策略具有显著优化特性，该方法结合了机组改造后的运行需求与运行特点，动态测试中一次风机 机组的机前压力最高值和最低值为 和 ，满足设定要求，其他设备和参数也均在合理范围。在 次试验中，该方法仅发生次机组未安全、平稳地降至安全负荷，因此有效降低了现场技术人员的控制作业操作强度，提升了机组运行稳定性与可靠性，保证了机组运行控制过程的自动化、智能化与主动化。关键词：空冷燃煤机组；逻辑优化；亚临界机组；一次风机动叶；主蒸汽压力中图分类号：，（，；，）：（），基金项目：国家电力投资集团有限公司统筹研发经费支持项目“火电 机 组 智 能 监 控 系 统 技 术 研 究 与 示 范 应 用”（编 号 ）收稿日期：作者简介：赵磊（），硕士，高级工程师，研究方向为电力系统设备检修；包立军（），高级工程师，研究方向为电气工程及其自动化；赵太磊（），研究方向为电力系统自动化；庄伟（），硕 士，研 究 方 向 为 电 厂 自 动 化 控 制；康 磊（），高级工程师，研究方向为电厂自动化控制。，：；引言 是指在火电机组辅助前端机器与机械运行过程中对故障高速减负荷的技术，通过该方式确保机组在相对稳发电厂电工技术中国电工网定的条件下排除负荷运行。可作为描述机组或机组终端控制系统在发生故障或存在异常环境下的运行稳定性与适应性，属于在故障条件下机组运行能力的主要验证方式。目前，这项控制措施已被广泛应用到各个领域，包括水泵系统运行、引风机或送风机机组运行故障等。随着机组设备的升级改造，机组运行特性发生变化，需根据实际情况优化原 控制策略。文献 提出了 超临界机组辅机故障减负荷功能控制优化与应用，通过针对性的优化参数和策略，避免了 过程中过热度“虚高”引起的给水流量及机组负荷波动，减弱了 过程中各参数的相互副作用，较大幅度地提升了 过程中炉膛压力控制的安全余裕，但是存在自动控制效果不佳的问题。针对上述问题，本文针对机组升参数改造后 试验过程中出现的具体问题，有针对性地提出了控制策略逻辑优化，从而实现 控制功能。以某电厂一期工程装机容量为 的机组为例，机组原设计的 功能包括：触发送风，目标煤量为 锅炉主控对应煤量，负荷降至 ，延时 ，送风 自动复位；引风机运行时，目标煤量为 锅炉主控对应煤量，负荷降至 ，延时 ，引风 自动复位。针对这种工况，本文对 的控制策略逻辑优化方法展开全新的设计研究，并优化机组运行期全过程安全性与稳定性。触发逻辑与 动作结果描述 回路包含的辅机有台送、引风机，台一次风机和台给水泵。单台辅机出力除电动给水泵出力为 外，其余均是，当单侧辅机跳闸后，机组的最大带负荷能力（辅机的最大出力）低于当前锅炉主控输出时，触发机组。机组 触发后，机组运行方式由 （协调控制）方式切至汽轮机跟随的运行方式，同时汽轮机主控闭锁增加（此信号持续 ），且屏蔽燃料主控设定值与实际值偏差大于手动的条件（此信号持续 ）。送、引风机 ：磨煤机按照 的顺序依次停运运行磨煤机直至磨煤机运行台数等于台，主蒸汽压力设定值以 的速率滑压至目标值 ，给煤量以 的速率将低至 锅炉主控对应煤量，各级过、再热减温水调门超驰关闭。一次风机：磨煤机按照的顺序依次停运运行磨煤机直至磨煤机运行台数等于台，主蒸汽压力设定 值 以 的 速 率 滑 压 至 目 标 值 ，给煤量以 的速率降低至 锅炉主控对应煤量，各级过、再热减温水调门超驰关闭。给水泵 ：磨煤机按照 的顺序依次停运运行磨煤机，直至磨煤机运行台数等于 台（汽泵跳闸，电泵联启保留台磨煤机；汽泵跳闸，电泵未联启保留台磨煤机），主蒸汽压力设定值维持当前压力，然后以 的速率滑压至目标值 ，给煤量以 的速率降低至 锅炉主控对应煤量（汽泵跳闸，电泵联启保留 锅炉主控对应的煤量；汽泵跳闸，电泵未联启保留 锅炉主控对应的煤量），各级过、再热减温水调门超驰关闭。机组 控制策略逻辑优化 送、引风机动叶控制器逻辑优化由于送、引风机 发生时，机组运行工况发生剧烈变化，为防止 过程中送、引风机动叶失速，将其在自动状态下最大出力限定从 减至。同时，引风机动叶调节器采用台送风机动叶平均指令作为前馈，当送风机停运时，其指令迅速变为，这对处于自动模式下运行的引风机动叶调节产生较大扰动，炉膛出现短暂的正压过程，针对该情况，将台送风机动叶平均指令改为总风量指令作为引风机动叶调节器的前馈。一次风机动叶控制器逻辑优化为防止 过程中一次风机动叶失速，将一次风机在自动状态下最大出力限定从 减至。此外送、引风机 发生后，仅保留台磨组通风，一次风系统通流阻力骤增，容易造成一次风母管的压力突增，风机运行接近不稳定工况区，情况严重时导致一次风机发生喘振。针对该情况，在非一次风机 控制发生时，需以一定速率超驰关一次风机动叶，以实现优化。过程中主蒸汽压力、主蒸汽温度优化控制风烟系统和给水 发生后，机组主蒸汽压力设定值均以 的速率降至目标压力，并未区分不同的 工况。一般来说，送、引风机 时，主蒸汽压力的下降速率滞后于一次风机 时的降压速率，由于 发生后，机组处于汽轮机跟随运行方式，设置固定的降压速率，容易造成 过程中汽轮机的综合阀位指令下降速率变慢，进而影响机组负荷的下降速度，因此需根据机组不同的 工况设置适应机组情况的滑压速率。同时，机组满负荷运行时减温水量大，发生后减温水门均全关，造成锅炉的给水流量产生较大波动，对汽包水位影响较大，建议 试验前加强炉膛水冷壁处的吹灰，增加水冷壁的吸热量。给水泵 触发逻辑优化由于本机组汽轮机通流改造后，小机工作汽源参数下降，且机组改为空冷后，相对于湿冷，背压上升，导致在夏季高背压情况下，台汽泵独立运行机组带满负荷吃力，因此存在台给水泵并列运行的工况。给水泵原 触发逻辑未考虑泵运行及汽泵电泵运行工况时的给水最大出力，导致当机组负荷大于 ，锅炉主控输电工技术发电厂2023 1期出大于，台给水泵并列运行时，运行人员手动打闸台 汽 泵 后，机 组 最 大 带 允 许 负 荷 能 力 由 减 至，此时锅炉主控输出大于机组最大带负荷能力，从而触发给水泵（正常情况下汽泵电泵运行机组可带 以上负荷）。针对该情况，优化给水泵 触发逻辑，优化时需充分考虑泵运行及汽泵电泵运行工况，并针对不同工况分别设置电泵的最大带负荷能力：汽泵跳闸，电泵刚刚联启时，最大带负荷能力为；汽泵跳闸，电泵联启且并泵完成时，最大带负荷能力为；单台电泵正常运行时，最大带负荷能力为。这样既保证 发生 后 机 组 的 正 常 运 行，又 不 会 危 害 重 要 辅 机 的安全。过程炉膛压力优化机组发生 后，负荷的大幅度下降，导致给煤量大幅减小，总风量随煤量下降，炉膛压力在 初期产生较大偏差。根据以往经验，其下降量在 左右，对锅炉稳定燃烧造成威胁，因此设计炉膛压力偏差控制器，如图所示。图 1 炉膛压力偏差控制器炉膛压力主控制器炉膛压力控制指令KTTRKTTR采用纯比例作用设计炉膛压力偏差控制器，可根据试验情况设定控制器参数大小。设计主要目的是：当炉膛压力大幅度波动时，不再是主控制器单独负责调节压力，控制器的输出让偏差控制器担负起调压任务，快速调节炉膛压力，克服炉膛压力剧烈波动；当炉膛压力恢复至正常变化时，偏差控制器失去作用，恢复至主控制器正常调节炉膛压力。动态试验与结果分析为了证明本文提出的控制策略在实际应用中具有优化效果，对 进行动态试验，并根据试验结果，分析控制策略的优化性能。为了保证试验的真实性与可行性，需在试验前布设动态试验环境。选择某电厂 亚临界机组为研究对象，机组运行方式与机组运行中的辅助条件见表。表机组运行方式与机组运行辅助条件运行辅助环境 设备数量 型号正压直吹式制粉系统锅炉台中速辊式磨煤机台 型号，按照前后墙布置，前后各台续表运行辅助环境 设备数量 型号平衡通风动叶可调轴流式引风机台给水系统运行 容量的设备台汽动给水泵组台电动调速给水泵 容量的设备台分散控制系统（）艾默生公司的 系统 软件版本为 完成描述试验环境与试验中相关设备后，将从下述个方面分析设计方法的优化性能。送、引风机 动态试验 年月 日时分秒，在、磨运行条件下，对集成在 侧的机组进行了 侧送、引风机 动态试验。试验中，时分秒，现场技术指导人员与运行监测人员在发现机组运行存在异常后，采用就地手动跳闸的方式，进行 引风机的运行出力；后，送风机联锁跳闸，触发引风机。同时、磨依次跳闸（间隔），空冷燃煤机组在协调运行条件下，主动切换控制方式，由自动控制转换为随机跟随控制，对应时刻机组的滑压运行速率为 。记录这期间的空冷燃煤机组的各个参数变化过程，并将记录结果作 为 送、引 风 机 动 态 试 验 结 果，具 体 内 容 见表。表送、引风机 机组主参数记录 机组主参数试验前最低最高设定值机组负荷 总燃料量（）机前压力 炉膛压力 总给水流量（）一次风压 主汽温度 再热汽温 汽包水位 总风量（）由表可知，炉膛负压 为最高值，记录时间为时分 秒；炉膛负压在 条件下已稳定，记录时间为时分秒；汽包水位 为最低值，记录时间为时分 秒；汽包水位在 条件下已稳定，记录时间为时分 秒。一次风机 动态试验 年月 日 时 分秒，在、磨运行条件下，现场技术人员对集成在 侧的一次风机进行了 动态试验。时 分秒，运行人员从就地手动跳闸 一次风机；后，一次风机 被主动触发。同时，、磨依次跳闸（间隔），空冷燃煤机组在协调运行条件下，主动切换控制方式，由自动控制转换为随机跟随控制，对应的运行速率为 。记发电厂电工技术中国电工网录这期间的空冷燃煤机组的各个参数变化过程，并将记录结果作为一次风机 动态试验结果，具体内容见表。表一次风机 机组主参数记录 机组主参数试验前最低最高设定值机组负荷 总燃料量（）机前压力 炉膛压力 总给水流量（）一次风压 主汽温度 再热汽温 汽包水位 总风量（）由表可知，炉膛负压 为最低值，记录时间为 时 分 秒；炉膛负压 为最高值，记录时间为 时 分 秒；炉膛负压在 条件下已稳定，记录时间为 时 分 秒；汽包水位 为最低值，记录时间为 时 分 秒；汽包水位在 条件下已稳定，记录时间为 时 分 秒。给水泵 动态试验 年月 日 时 分 秒，、磨运行，进行给水泵的 试验。时 分 秒，现场技术人员对从 汽动给水泵，采用了就地手动跳闸的控制方式；后，电动给水泵呈现联锁启动状态；后，给水泵中的 被触发。同时，磨跳闸，空冷燃煤机组在协调运行条件下，进行了控制方式的主动切换，机组维持当前压力 ，然后滑压运行至 ，速率为 。记录这期间的空冷燃煤机组的各个参数变化过程，并将记录结果作为给水泵 动态试验结果，具体内容见表。表给水泵 机组主参数记录 机组主参数试验前最低最高设定值机组负荷 总燃料量（）机前压力 炉膛压力 总给水流量（）一次风压 主汽温度 再热汽温 汽包水位 总风量（）由表可知，炉膛负压 为最低值，记录时间为 时 分 秒，炉膛负压在 条件下已稳定，记录时间为 时 分 秒。汽包水位 为最低值，记录时间为 时 分 秒，汽包水位在 条件下已稳定，记录时间为 时 分秒，电泵勺管最大开至，汽泵转速 为最大值，记录时间为 时 分 秒。自动控制效果整体测试将本文控制方法和传统的机组 控制方法进行对比分析试验，以设备是否正常运行为试验指标，试验方法为模拟辅机跳闸故障，机组安全平稳地降至安全负荷为合格，该标准仅设置合格和不合格。测试结果如图所示。图 2 自动控制效果测试记录由图可知，本文控制方法的 次试验中，累计发生次机组未安全平稳地降至安全负荷，成功率为；传统控制方法的 次试验中，累计发生次机组未安全平稳地降至安全负荷，成功率为，不合格次数明显高于本文控制方法。由此表明本文控制方法有效保障了机组在事故工况下的安全运行。试验结果讨论综合上述试验结果可知，送、引风机，一次风机，汽泵跳闸后联电泵 试验结果合格，说明了本文提出的 控制策略具有显著的优化特性。本文设计结合了机组改造后的运行需求与运行特点，在实际应用中有效地降低了现场技术人员的控制作业操作强度，实现了对机组运行稳定性与可靠性的同步提升，保证了机组运行控制过程的自动化、智能化与主动化。在 控制的全过程中，执行的联锁控制行为均正确，且 机组主参数在运行中均被控制在预警范围内。由此可知，本文设计的控制方法有效 优 化 了 控 制 策 略，解 决 了 控 制 过 程 中 出 现 的问题。结语本文以某电厂一期工程装机容量 的机组为例，从几个方面优化机组 控制策略逻辑，并通过动态试验论证的方式，证明了本文优化策略具有一定的可行性。但在进一步研究试验结果中发现，发生后，再热汽温下降较快，应增加动作过、再热烟气挡板的逻辑，超驰开大再热烟气挡板，进一步减少运行人员的操作量。改造后，在满负荷运行后，机组减温水量约等于 。这种现象对于机组存在较大的经济方面影响，因此建议优化锅炉前、后上层二次风门及 风门的开度曲线，同时加强锅炉水冷壁处的吹灰，改善减温水系统的运（下转第 页）电工技术发电厂2023 1期建模 电力系统自动化，（）：黄银龙，乐健，王东旭，等环网下电力线载波通信信道特性的影响因素分析 电力系统保护与控制，（）：王艳，王阳，赵洪山，等 中压配电网电力线载波通信信道建模 电力系统保护与控制，（）：黄银龙，蔡伟，毛涛，等具有格状网的电力线载波通信信道特性的分析 电力系统保护与控制，（）：，（）：，（）：蔡伟，乐健，刘开培，等 基于信息节点的智能配电网中压电力线载波通信信道建模方法中国电机工程学报，（）：胡正伟，贺冬梅，谢志远基于 算法的电力线通信 信 号 分 离 方 法 电 力 自 动 化 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