利用深度磨煤机RB试验优化660MW机组FCB给水控制策略.pdf

第 3 8 卷 第 1 1 期 2016年 1 1 月 华 电 技 术 Huadian Technology Vol.38 No. 11 Nov. 2016 利用深度磨煤机RB试验优化660 MW 机 组FCB给水控制策略 林艺展 (广东红海湾发电有限公司， 广 东 汕 尾 516623) 摘 要:分析了小旁路机组快速减负荷（FCB)工况下给水控制的难点，及利用深度磨煤机辅机故障快速减负荷（RB)，验 证FCB工况下给水控制策略的可行性。提出了 FCB工况下单汽菜自动控制给水的控制策略， 优化了相关给水控制回 路，并通过试验进行了验证和完善。试验结果证明了控制策略优化的有效性，对同类机组FCB改造中的给水控制具有 一定指导作用。 关键词:发电自动控制技术;辅机故障快速减负荷;给水控制策略优化 中图分类号:TK 323 文献标志码：B 文章编号： 1674 -1951(2016)11 -0026 -04 总容量为1 5 % 的动力控制泄放阀（ PCV阀） 。 因机组旁路容量小、 PCV阀容量低， FCB动作 后 ， 机组负荷必须快速降至极低值， 因此燃料和给水 目标值都很低（ 燃料目标值95 t/h， 给水目标值650 t/h)， 这就对机组给水控制提出了更高的要求。机 组突然大幅度甩负荷时， 燃料快速下降， 给水随之快 速下降， 若给水下降过快， 可能导致后期给水失控， 机组因给水流量低引起锅炉主燃料跳闸（ MFT);若 给水下降过慢， 又可能导致主汽温下降过快而最终 被迫停炉。因此， 控制合适的给水下降速率是FCB 取得成功的关键之一， 也是给水控制的难点之一。 其次， 给水指令突然降至较低值时， 2 台汽泵共同控 制主给水流量， 伴随着主给水流量波动及2 个最小 流量阀的频繁开关， 极易引起给水系统振荡， 或引发 汽泵抢水， 应急不当， 极有可能导致机组因给水流量 低 ， 锅炉主燃料跳闸。此外， 以汽泵控制给水的机 组 ， FCB工况时存在汽泵汽源切换问题4。所述机 组已成功完成了汽泵汽源切换控制试验， 此处不再 细述。 设 置 1 个 与 FCB相近的磨煤机故障快速减负 荷（ RB)工况， 模 拟 FCB工况下的给水控制， 验证 FCB工况下的给水控制策略是减少直接甩负荷对机 组的损害、 损失降至较低的有效办法。当发生磨煤 机 RB且实际煤量小于110 t/h时， 触发深度磨煤机 RB信号， 深度磨煤机R B 目标负荷较低， 约为额定 负荷的3 3 % ， 燃料、 给水、 风量等目标值与FCB工况 下基本相同。因此， 利用深度磨煤机RB验 证 FCB 工况下的给水控制策略及机组其他重要参数的稳定 运行能力， 是可行的5-7。 引言 近年来， 大型火电机组工艺系统日趋完善， 发电 设备可靠性显著提高， 对发电自动控制技术也提出 了更高的要求， 发电机组快速减负荷（ FCB)功能日 益受到重视1_2， FCB功能对整个电网的快速恢复 和整体安全具有重要意义3-4。 汕尾电厂#3机 组 为 国 产 660 MW超超临界压 力燃煤发电机组， 3 大主设备由东方电气集团公司 下属的东方锅炉厂（ 锅炉型号： DG260/2. 15 - n2)、 东方汽轮机厂（ 汽轮机型号： N660 - 25/600/ 600)、 东方电机股份有限公司（ 发电机型号:QFSN - 660 - 2 - 22A)制造， 容量及参数相互匹配， 机组的 主要功能是带负荷运行， 同时具有一定的调峰能力， 热力系统为单元制系统。 2013年“ 天兔” 台风过后， 汕尾电厂对#3机组 FCB改造的可行性进行了调研， 根据调研结果， 对 #3机组实施了 FCB改造。本文主要介绍FCB改造 后 ， 利用深度磨煤机故障快速减负荷试验， 优化机组 FCB工况下的给水控制策略。 1控制难点与可行性分析 汕尾电厂#3机组给水系统采用单元制， 每台机 组配备2 台5 0 % 容量的汽动给水泵， 配备1 台 30% 容量液力偶合器调速的电动给水泵， 用于启动和备 用。机组设置1 套 4 0 % 容量的高压旁路和5 2 % 容 量的低压旁路， 并在过热器出口管道上装设了 2 只 收稿日期:2016 - 06 - 29;修回日期:2016 - 07 - 08 第 1 1 期 林艺展:利用深度磨煤机RB试 验 优 化 660 MW机 组FCB给水控制策略 27 2试验过程分析及控制策略优化 2.1高负荷深度磨煤机高负荷深度磨煤机RB试验试验 2.1.1试验过程分析 2015 -10 -31 T 17:26,机组负荷为640MW， 给 水流量为1 865 m3/h， 煤量为274 t/h， 风量为1 900 t/h， 主汽压力为2 . 2 MPa， 6 台给煤机运行（ 其中 A， C，F 3 台给煤机切手动， 总煤量约为95 t/h)。手 动跳闸B， E， D磨煤机， 触发深度磨煤机RB， 总煤量 约 95 t/h ， RB过程中风烟系统送/引风机、 增压风机 动作正常， 炉膛压力波动范围为- 604 307 Pa， 总 风量由1900 t/h 下降至1290 t/h， 主汽温度由600 C 下降至589 C， 再热汽温由600 C 下 降 至 594 C。 17 ： 7: 45， 给水流量由1158 t/h 快速下降， 17 ： 8 ： 8， 给 水流量降至1 5 t/h， 锅炉主燃料跳闸。 本 次 RB， 风、 煤动作正常， 但主给水流量下降过 快 ， 主要原因是出目标负荷低， 只有220 MW左右， 对应燃料95 t/h， 给 水 流 量 650 t/h。由于是仿真 FCB工况， B， E， D 3 台磨煤机跳闸后， 触发深度磨煤 机 RB， 主给水流量指令快速下降至650 t/h， 主给水 流量快速减少， 同时2 台汽泵的最小流量阀快速打 开至5 0 % ， 加剧了主给水流量的快速下降， 此外汽 机调门要维持较高的主汽压力（ 约 24. 3 MPa)也快 速关小， 导致抽汽压力降低， 汽泵出力快速减少， 实 际给水流量在40 S左右已降低至1 200 t/h 以下， 其 后给水流量加速下降， 直至机组给水流量低低 MFT， 给水控制曲线如图1 所示。 2 . 1 . 2 控制策略优化 为防止FCB工况或深度磨煤机RB触发后， 主 给水流量下降过快而出现不受控的现象， 主要进行 如下控制策略优化。 (1) 变双汽泵控制给水为单汽泵控制给水。考 虑到FCB工况或深度磨煤机RB触发后， 给水目标 值较低， 最小流量阀随着给水流量波动可能频繁开、 关 ， 双汽泵控制反而不利于给水流量快速降至目标 值并平稳运行， 针对这一特殊工况， 设置单汽泵控制 给水的策略:设定A 汽泵为主控制泵，FCB工况或 深度磨煤机RB触发后，延时20 s，并满足以下条件 时， B 汽泵切手动， 以0. 5 m3/s 的速率超驰减至不出 力的热备状态， 由 A 泵在自动状态下控制给水。B 汽泵超驰减条件（ 以下条件为“ 与” 的关系） ： FCB工 况或深度磨煤机RB触发， 延时20 s; A 汽泵在自动 状态;B 汽泵转速大于3 000 r/min;主给水流量大于 630 t/h; B 汽泵入口流量大于350 t/h;主给水流量设 定值大于主给水流量50 t/h。 (2) 降低主给水指令的下降速率。FCB工况或 深度磨煤机RB触发后， 主给水流量指令变化速率 由原来的100 t/s改 为 30 t/s;分散控制系统（ DCS) 输出至汽机电液控制系统（ MEH)的转速指令增加 速率限制功能， 最大变化速率设定为20 / s;增加汽 泵转速指令与实际转速偏差大闭锁汽泵转速指令下 降功能，当指令与反馈偏差超过200 / m i 时，闭锁 转速指令下降。 (3) 增加主汽压力滑压控制功能。深度磨煤机 RB触发后， 将主汽压力设定值以每分钟IMPa的速 主给水流量 泵出.口流量辑令 B 汽泵转速 B 泵出口 Oil a siM 电达资 _ 电达资 _ o n 流量 1.473 6 0.019 流量 166.4747 154.2634 0.0011 93.2015 91.5931 A 最小流量 阀开度 图 1 640MW磨 煤 机 RB给水控制曲线 28 华 电 技 术第 3 8 卷 Ini I 12:36:30 20 1 6 - 0 1 - 2 020 1 6 - 0 1 - 2 0 率滑压至16 MPa， 与 FCB工况下的高劳压力设定值 保持一致。 2.2中负荷深度磨煤机中负荷深度磨煤机RB试验试验 2.2.1试验过程分析 为避免高负荷试验引起机组参数不可控进而导 致机组跳闸， 经上述优化后， 进行了 450 MW中负荷深 度磨煤机RB试验。2016 -01 -20 T 12 ：1， 机组负荷 450MW， 给水流量为1299 t/h， 煤量为181 t/h， 风量为 174 t/h， 主汽压力为18. 2 MPa， 5 台给煤机运行（ 其 中A， C，F 3 台给煤机切手动， 总煤量约95 t/h)。手 动跳闸E， D 磨煤机， 触发深度磨煤机RB， 总煤量约 95 t/h ， RB过程中风烟系统送、 引风机、 增压风机动 作正常， 炉膛压力波动范围-931 Pa 361 Pa， 总风量 1749 t/h 下降至1298 t/h， 主汽温度598 C下降至579 C ， 再热汽温594 C下降至570 C。12 ：1: 58， 给水流 量快速下降至518 t/h， 运行人员利用热备用的电泵快 速增加给水， 12 : 1 :10， 给水恢复至720 t/h。 本次中负荷RB， 风、 煤动作正常， 但主给水流量 仍然下降过快， 主要原因是深度磨煤机RB触发后， B 汽泵未立即切手动， 前期在自动状态下与A 汽泵 一起快速减水， RB动作后（ RB后延时20 s)2 台汽 泵最小流量阀的快速打开又进一步加剧了主给水流 量的快速下降， 主给水流量的快速下降， 导 致 B 汽 泵超驰减水的控制策略因条件不满足（ 主给水流量 小于设定值630 t/h)而未达到设计效果。其次， 主 给水流量指令下降至650t/h 的速率仍然偏快。此 外， 三级给水控制回路中（ 第 1 级为主给水流量控 制回路， 第 2 级为汽泵出口流量控制回路， 第 3 级为 汽泵转速控制回路） ， 第 2 级汽泵出口流量控制回 路的前馈作用过强， 比例作用过弱， 导致汽泵出口流 量低于汽泵出口流量指令时， 汽泵转速指令未能快 速提升， 反而因前馈作用过强导致转速快速下降， 第 3 级转速控制回路随之快速减水， 导 致 RB试验失 败 ， 其给水控制曲线如图2 所示。 2.2.2控制策略优化 为实现FCB工况或深度磨煤机RB触 发 后 A 汽泵单汽泵控制给水策略， 防止FCB工况或深度磨 煤机 RB 触发后主给水流量下降过快， 再次进行如 下的控制策略优化。 (1) 取消A 汽泵最小流量阀在FCB工况或深度 磨煤机RB触发后的超驰开功能， 避免前期给水下降 过快， 导致B 汽泵超驰减水回路因给流量过低而不起 作用， A 汽泵的最小流量保护由原流量保护回路实 现;B 汽泵最小流量阀的超驰开延时由原来的20 s 改 为 3 S(避开汽泵汽源切换时间） ， 在 RB动作前期快速 打开B 汽泵最小流量阀， 避免后期给水流量较低时开 阀对给水控制带来巨大的扰动;B 汽泵最小流量阀打 开的同时， B 汽泵切手动， 延 时 15 s 后（ 避免减水过 快， 甩负荷瞬间机组憋压导致锅炉断水） ， 超驰减B 汽泵至不出力的热备用状态， 保持A 汽泵在RB动作 期间对给水的全程自动调节， 避免快速减水至低流量 工况下双汽泵自动调节带来的巨大耦合干扰。 (2) 将主给水流量指令回路中燃料量对应给水 指令的二阶惯性环节由固定值修改为流量的函数， 流量越大， 惯性环节时间越短， 从而起到前期快速减 水、 而后期缓慢减水的作用， 有 利 于 FCB工况或深 度磨煤机RB触发后期给水的回调和控制。 (3) 在第2 级泵人口流量控制回路增加新的 a a c o a t a c B s s w tD :基 实时1 | 3m 6CIM 6H ID 7D 状态 点名当前值 |游标值点 碰 -I 上限 | 下PB ODOQQQDDO _o 画 o Q Q Q Q Q OOOOOOOOQQ 0055500000 2211166711 一一 图 2 450MW磨 煤 机 RB给水控制曲线 第 1 1 期 林艺展:利用深度磨煤机RB试 验 优 化 660 MW机 组FCB给水控制策略 29 PID调节回路，削弱给水调节的前馈作用，加强比例 调节作用， 在 FCB工况或深度磨煤机RB条件下， 与 原控制回路实现快速无扰切换， 加强对汽泵人口流 量的动态调节作用。 3试验结果分析 经前述2 次控制策略优化后， 机组随后进行了 中、 高负荷的深度磨煤机RB试验， 均取得了良好效 果， 试验过程中， 机组各参数控制在正常范围， 达到 了设计效果。 2016 -01 -27 T 12:00,机组负荷448 MW， 给水 流量为1225 t/h， 煤量为188 t/h， 风量为1583 t/h， 主 汽压力为18.9 MPa， 5 台给煤机运行(其中A， C， F 3 台 给 煤 机 切 手 动 ， 总 煤 量 约 95 t/h )。手动 跳 闸E ， D磨煤机， 触发深度磨煤机RB， 总煤量约 95 t/h ， RB过程中风烟系统送/引风机、 增压风机动 作正常， 炉膛压力波动范围-871 604 Pa， 总风量 由1583 t/h 下降至1243 t/h， 主汽温度由598 C下降 至 576 C ， 再热汽温由599 C下降至564 C 。 本次中负荷RB， 风、 煤、 水均动作正常， 前期快速 减水， 后期减水速率变缓， 主给水流量始终紧跟主给 水指令并稳定于目标值附近。深度磨煤机RB触发 后， 延时3 s 开 B 汽动汽泵最小流量阀， 同时B 汽泵切 手动， 延时15 S后 B 汽泵超驰减， 12 : 0 :38， B 汽泵超 驰减至不出力的热备状态， 12:00 : 7 ， 主给水流量平 稳， 实现了 A 汽泵在RB动作期间对给水的全程自动 调节， 达到了控制要求， 其给水控制曲线如图3 所示。 2016 -01 -28 T 14:30,机组进行了高负荷深 度磨煤机RB试验， 同样取得了良好效果， 其给水控 制曲线如图4 所示。 图3 448 MW磨煤机RB给水控制曲线 机组: .负荷 泵出口流量 泵出口流: B 汽泵转速 1 817.626 1 815.315 1 904.909 2 907.685 7 900.778 2 5 660.482 3 5 615.278 9 A 最小流量阀开度 631.567 5 -Q.109 3 0.402 7 图 4 630 MW磨 煤 机 RB给水控制曲线(下 转 第 3 4 页） 34 华 电 技 术第 3 8 卷 电压总畸变率均在0 .5%左右， 与 3.1节中仿真结 果相符， 达到了规定的6 kV电压等级电压总谐波畸 变率低于4.0%的要求。 4结束语 本文就发电厂厂用电系统中的电子开关型谐波 源进行了分析研究， 综合考虑了高压变频器、 低压变 频器、 等离子点火器、 不间断电源四种类型的谐波 源， 并分别对其进行理论研究和仿真分析。母线整 体仿真表明， 4 种类型的谐波源或是采用进线滤波 器、 电流多重化等技术减小谐波， 或是由于本身容量 较小， 对厂用电母线影响一般能控制在国家标准要 求之内， 实例测量结果也验证了仿真结果的正确性。 对发电厂厂用电谐波分析与治理具有一定参考 价值。 参考文献：参考文献： 1 史朝晖.发电厂厂用电系统谐波监测与抑制D.济南: 山东大学,2005. 林建软,杜永宏.电力系统谐波危害及防止对策.电 网与清洁能源,2009,25(2) : 28 -31. 3 刘颖.高压大功率变频器谐波分析D.哈尔滨:哈尔滨 工业大学,007. 4 吴国沛， 刘育权， 任震.电力系统谐波对继电保护装置的 影响.电力自动化设备,002,2(7) : 78 -79. 5 苏红波， 尹项根,陈树德.高灵敏度的三次谐波式发电机 定子接地保护J.电力系统自动化， 1997,21 (3): 36 -38. 6 陆杨.供电系统谐波的产生、 危害及其防护对策.华 4结束语 针对小旁路机组FCB工况下给水失控的问题， 提出了单汽泵自动控制给水的控制策略， 并通过深 度磨煤机RB试验对该策略进行验证和完善， 试验 结果证明了该控制策略的可行性和有效性， 对同类 机 组 FCB改造的给水控制具有一定的指导作用。 单汽泵控制给水的控制策略在高负荷RB试验过程 中， 主给水流量与指令偏差稍大， 这完全可以通过优 化相关参数达到更好的控制效果， 在此基础上将继 续进行后续FCB相关的甩负荷试验。 参考文献：参考文献： 1 王立， 鲁学农.660 MW机组快速减负荷试验及控制策略 优化.发电设备,2014,28(1):19 -22. 2王立地， 姚金环.FCB功能的成功应用与一种新的实现 东电力， 2003,31(10) :75 -77. 王增平， 张举， 焦彦军， 等.发电机保护中的三次谐波滤 过器和滤波器算法 .华北电力大学学报（ 自然科学 版）， 2001， 28(3):6-9. 邓志， 徐柏榆,梅桂华， 等.谐波功率对感应式有功电度 表计量的影响J .中国电机工程学报,2002，22 (4): 37 -42. 9 彭晨光， 曾小超,刘连光， 等.基于派克变换算法的空冷 电厂厂用电谐波分析J.电网与清洁能源，2009, 25 (5) ： 25 -29. 10 刘丽影， 侯淑莲,顾学宏.基于ETAP仿真的直接空冷机 组厂用电谐波分析与抑制研究 .电力科学与工程， 2012,28(2) ： 18 -25. 11 张成， 古力迪娜， 程水兴.发电厂电气系统中谐波的问 题与控制措施J.科技风,2014(7) : 75 -75. 12穆伟.发电厂电气系统中谐波的抑制措施J.中小企 业管理与科技旬刊，010(24) :314 -314. 13 陈伟淳.广州恒运热力公司厂用电谐波分析与治理 D.广州：华南理工大学,2010. 14 林令知， 张永平.发电厂空冷变频装置谐波及其抑制技 术分析J.电气应用,2011(22) :32 -35. 15胡斌， 舒欣， 李伟. 电能质量公用电网谐波GB/T 145491993国标实际应用中局限性的探讨C/电能 质量及柔性输电技术研讨会.2014. (本文责编：齐琳） 作者简介： 李虎（ 1985）男， 江苏徐州人， 工程师,从事电气相关 运行和生产准备方面的工作（ E- mail: zhendong_ji 126. com)。 方案J.自动化仪表,004,25(6)48 -52. 3 黄道火.660 MW超临界机组快速切负荷试验研究J. 广东电力, 2012(8) : 39 -43. 4 段学友， 蔡利军,刘晓鹏， 等.660 MW超超临界机组给水 菜汽轮机汽源切换及给水控制方式优化.内蒙古电 力技术, 2014,2(1) : 9 -13. 王锋， 钟尚文. 660 MW小旁路机组FCB给水控制策略 优化.发电设备,2016,30(5): 342 -346. 6陈世慧， 郭瑞君， 段学友， 等.单列辅机配置的超超临界 机组RB及FCB功能设计与应用J.华东电力， 2013 ,1 (11)2408 -2412. 7 郝永利.600 MW机组RB控制策略研究D.北京:华北 电力大学,012. (本文责编： 齐琳） 作者简介： 林艺展（ 1985） ， 男， 广东潮阳人， 助理工程师， 从事火力 发电厂热工自动化方面的工作（ E- mail: l 8549426 qq. com)。 (上接第2 9 页）