张天海, 于国强, 殳建军, 管诗骈, 胡尊民

(江苏方天电力技术有限公司， 南京 211102)

超超临界二次再热火电机组RB功能试验及控制策略

张天海, 于国强, 殳建军, 管诗骈, 胡尊民

(江苏方天电力技术有限公司， 南京 211102)

针对辅机故障快速降负荷功能(RB)在二次再热火电机组中的特殊要求，介绍了RB的含义和分类，结合国内某台1 000 MW超超临界二次再热机组RB动态试验过程，分析了RB控制在二次再热机组上的重点和难点，并对RB控制策略进行了优化。实践结果表明：RB功能试验动作逻辑正确；试验中水冷壁的超温问题经过一些改进也得到了解决，机组在RB发生后的安全性得到了保证。

火电机组； 二次再热； RB功能; 控制策略； 试验

当机组的重要主、辅机或设备发生故障影响到机组的带负荷能力或危及机组的安全运行时，必须对机组的实际负荷指令进行处理，从而保证机组可以安全稳定地运行，该功能称为辅机故障快速降负荷功能(简称RB)。近些年，为实现节能降耗，提高机组的发电效率，采用二次再热技术已成为国内燃煤发电行业的热门发展趋势。与传统一次再热机组相比，二次再热机组设备更为复杂，因此由于辅机故障引起机组非正常停机的概率也有所增加。为提高二次再热机组自动应对辅机故障的能力，保证机组安全、稳定运行，在机组新建过程中必须进行RB功能试验，并根据试验过程中机组各主要参数变化情况，对RB控制策略进行优化，确保机组RB功能动作正确，提高二次再热机组热工自动控制系统的性能。

1 RB分类

RB发生时由协调控制系统(CCS)进行逻辑判断并协调机组各系统的动作，保证机组在故障状态下自动快速减负荷，适应故障状态下机组带负荷的能力，并控制机组参数运行在允许范围内。RB功能的实现为机组在高度自动化运行方式下的安全性和稳定性提供了保障。

根据机组辅机的情况，常规火电机组一般设置以下几种RB功能:

(1) 磨煤机RB。

(2) 送风机RB。

(3) 引风机RB。

(4) 一次风机RB。

(5) 空气预热器RB。

(6) 给水泵RB。

除了以上几种常见的辅机RB功能，针对一些脱硫系统配置带有增压风机的百万千瓦机组，增压风机运行时突然跳闸，使得风道阻力增加，导致机组必须迅速降负荷，根据需求，可以设置增压风机RB逻辑；另外当机组配置3台炉水循环泵(两用一备)，可以设置炉水循环泵RB逻辑，以保证机组在启动过程中炉水循环泵发生故障时机组快速降负荷。

2 RB试验

RB控制策略主要由模拟量控制系统(MCS)和燃烧器管理系统(BMS)共同实现[1]。RB试验是CCS乃至整个机组控制系统在调试及投运过程中一个综合性的重要项目[2]。在生产运行过程中，当对机组MCS、DEH、SCS、FSSS等系统与RB功能相关的组态进行了修改后宜进行RB静态试验，在下列情况下，机组应进行RB动态试验:

(1) MCS、FSSS或者DEH等系统进行改造后。

(2) 有与RB功能相关的主要热力系统和热力设备变更或改造后。

(3) 新建机组正式移交生产前。

(4) 机组进行大修之后。

RB控制回路主要包括重要辅机输出能力计算、RB速率计算、机组允许的最大输出能力计算、RB工况判断、RB状态指示灯。试验前按照逻辑进行相应的静态试验，对各相关辅机进行输出能力测试，确保RB目标负荷的合理性；对MCS锅炉煤、水、风等自动调节回路进行优化，保证这些调节系统能协调配合，使燃烧和给水系统保持相对稳定。

当下列各项满足时，可认为机组具备RB的投运条件:

(1) 机组能够在CCS、TF等方式下运行。

(2) DEH能够独立运行，或投入CCS遥控运行。

(3) 机组炉膛压力控制、风量控制、给水控制、燃料控制等系统能够投入自动运行。

(4) FSSS燃烧器投运、停运正常。

国内某1 000 MW超超临界二次再热机组，锅炉为2 710 t/h 超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，汽轮机为N1000-31/600/610(620)/610(620)型超超临界参数、二次中间再热、单轴、五缸四排汽、凝汽式汽轮机。单元机组控制系统采用的DCS为 EDPF-NT +分散控制系统，设计包含 DAS、BMS、MCS、SCS等系统。DEH/ETS 采用了SPPA-T3000 分散控制系统。机组共设计了7种RB工况，即单台磨煤机RB、2台磨煤机RB、送风机RB、引风机RB、空气预热器RB、一次风机RB、给水泵RB。在试验前，根据机组设备的实际运行状况，确定了RB动作后重要辅机超驰开度等参数：

(1) 送风机动叶开度超驰设为83%，引风机叶片开度超驰设为83%，一次风机开度超驰设为83%，汽动给水泵转速上限设为5 400 r/min。

(2) RB试验降负荷目标及速率设定见表1。

表1 RB试验降负荷目标及速率设定

3 RB动态试验

3.1单台磨煤机RB

3.1.1 试验过程

单台磨煤机RB试验步骤见表2。

表2 单台磨煤机RB试验卡

机组在923 MW负荷稳定运行，A、B、D、E、F 5台磨煤机运行，机前压力稳定在29.5 MPa，手动停F磨煤机，RB发生。机组以TF方式运行由汽轮机调节压力，锅炉主控指令降至800 MW，压力调节器定值从RB发生时跟踪实际机前压力，并以1.5 MPa/min的速率降至压力目标值。

3.1.2 试验分析

试验过程中，RB发生后各项逻辑动作正确，参数调节较为稳定。单台磨煤机RB试验曲线及RB后机组各主要参数变化见图1和表3。

图1 单台磨煤机RB试验曲线

项目起始值过程最大值过程最小值稳定值机组负荷/MW923923790803主汽压力/MPa29.529.525.225.5炉膛压力/kPa-0.15-0.09-0.32-0.15一级过热器入口过热度/K54544153主汽温度/℃598598580595一次再热温度/℃583583571576二次再热汽温/℃584584571571氧量/%3.75.23.74.8

3.22台磨煤机RB

3.2.1 试验过程

机组在918 MW 负荷稳定运行，A、B、C、D、E 5台磨煤机运行，机前压力稳定在28.7 MPa，手动停A磨煤机，10 s后再手动停E磨煤机，触发2台磨煤机RB。机组以TF方式运行由汽轮机调节压力，锅炉主控指令降至600 MW，压力调节器定值从RB发生时跟踪实际机前压力，并以1.5 MPa/min的速率降至压力目标值。2台磨煤机RB试验步骤见表4。

表4 2台磨煤机RB试验卡

3.2.2 试验分析

试验过程中，2台磨煤机RB发生后，机组自动控制系统迅速减水，导致一级过热器入口过热度上升，水冷壁存在超温现象。RB发生后各项逻辑动作正确，各自动控制系统参数调节较为稳定。2台磨煤机RB试验曲线及RB后机组各主要参数变化见图2和表5。

图2 2台磨煤机RB试验曲线

项目起始值过程最大值过程最小值稳定值机组负荷/MW918918593593主汽压力/MPa28.728.718.918.9炉膛压力/kPa-0.100.24-0.9-0.10一级过热器入口过热度/K641005757主汽温度/℃597597574574一次再热温度/℃579579549549二次再热汽温/℃580580541541氧量/%2.94.62.94.6

3.3引风机RB

3.3.1 试验过程

机组在920 MW负荷稳定运行， A、B、C、D、E 5台磨煤机运行，机前压力稳定在29.7 MPa，2台引风机平均分配负荷。手动停A引风机，RB发生，连锁跳闸A送风机；按F→A→E的顺序，间隔10 s跳剩3台磨煤机。机组以TF方式运行，汽轮机调节压力，锅炉主控指令降至500 MW目标值，压力调节器定值从RB发生时跟踪实际机前压力，并以1.5 MPa/min的速率降至压力目标值。引风机RB试验步骤见表6。

表6 引风机RB试验卡

3.3.2 试验分析

RB动作后，B引风机动叶超驰开至83%，送风机动叶开至83%，炉膛较长时间维持正压，RB超驰时间过后，送、引风系统恢复自动调节，炉膛压力恢复正常。根据该情况，将送风机动叶超驰值略微降低。试验过程中，与2台磨煤机RB相同，一级过热器入口过热度上升，水冷壁存在超温现象，其他参数调节稳定。引风机RB后机组各主要参数变化及曲线见表7和图3。

表7 引风机RB后机组各主要参数变化

图3 引风机RB试验曲线

3.4一次风机RB

3.4.1 试验过程

机组在922 MW 负荷稳定运行，5台磨煤机运行，机前压力稳定在29 MPa，2台送风机、引风机、一次风机负荷平均分配。手动停A一次风机，RB发生磨煤机按F→A→E的顺序，间隔5 s，跳剩3台磨煤机。机组以TF方式运行由汽轮机调节压力，锅炉主控指令降至500 MW目标值，压力调节器定值从RB发生时跟踪实际机前压力，并以1.8 MPa/min的速率降至压力目标值。引风机RB试验步骤见表8。

表8 一次风机RB试验卡

3.4.2 试验分析

试验过程中，一次风机RB发生后B一次风机超驰开到83%，超驰动作正确，整个机组RB发生后参数稳定。

引风机RB后机组各主要参数变化及曲线见图4和表9。

图4 一次风机RB试验曲线

项目起始值过程最大值过程最小值稳定值机组负荷/MW922922555555主汽压力/MPa29.029.017.417.4炉膛压力/kPa-0.100.18-1.60-0.10一级过热器入口过热度/K68953275主汽温度/℃594594559585一次再热温度/℃587587554554二次再热汽温/℃582582554554氧量/%3.56.13.55.0

一次风机RB动作过程中，根据一级过热器入口过热度，手动增加给水流量，有效地抑制了过热度的上升，防止了水冷壁超温。考虑到给水泵RB时，给水流量会急剧下降，再手动增加给水流量定值可能无法使给水流量增加，所以在RB时通过减煤来达到降低一过入口过热度的目的。

3.5给水泵RB

3.5.1 试验过程

机组在925 MW负荷稳定运行，B、C、D、E、F 5台磨煤机运行，机前压力稳定在30.3 MPa，2台给水泵负荷平均分配。手动停A给水泵，RB发生，B给水泵转速指令升至5 400 r/min；按F→A→E的顺序，间隔5 s，跳剩3台磨煤机。机组以TF方式运行由汽轮机调节压力，锅炉主控指令降至500 MW目标值，压力调节器定值从RB发生时跟踪实际机前压力，并以2.3 MPa/min的速率降至压力目标值。给水泵RB试验步骤见表10。

表10 给水泵RB试验卡

3.5.2 试验分析

试验过程中，RB发生后直接联跳相应磨煤机，给水泵超驰动作正确，因为RB过程中，超驰减少了部分煤量，所以整个过程中，一级过热器入口过热度变化较小，水冷壁温正常，机组参数正常可控。给水泵RB后机组各主要参数变化及曲线见表11和图5。

表11 给水泵RB后机组各主要参数变化

图5 给水泵RB试验曲线

4 RB动态试验控制逻辑优化

试验过程中当RB工况发生后，系统自动切换到相应的RB工作模式，并发出信号至FSSS进行跳磨，过程中无切换扰动，RB逻辑动作正确。

RB试验过程中，炉膛负压、一次风压力等控制子系统能根据情况进行必要的超驰控制，以迅速阻止被调参数大幅越限。在5个RB工况的试验中，机组各主要调节回路均维持自动状态，被调参数波动均在正常范围内。试验中出现的水冷壁超温问题，通过增加超驰减煤对RB控制逻辑进行优化后得到了解决。

原控制逻辑中，当给水泵RB时，运行给水泵转速超驰到5 400 r/min。给水泵RB试验过程中发现给水泵出力较大，为了防止低负荷发生给水泵RB时，运行给水泵超驰到5 400 r/min，导致给水流量偏大，因此将运行给水泵转速超驰值改为“RB时转速+300 r/min”。

经过试验，发现RB发生时，机组水冷壁容易超温，但主蒸汽温度又会下降，两者需要根据实际情况，寻求一个平衡点。建议在以后的RB过程中，密切关注中间点的过热度变化，便于以后逻辑的进一步优化。

5 结语

二次再热机组的结构和运行方式的特殊性使得RB控制策略的设计变得更加复杂。试验结果表明：此二次再热机组RB试验逻辑动作正确，过程中参数变化稳定控制在允许范围，达到了机组在辅机意外跳闸时自动安全快速减负荷的目的，为机组运行的安全性和稳定性提供了保障。

[1] 任高, 李梅凤. 协调控制系统中RB试验的探讨[C]//山西省电机工程学会第五届学术年会论文集. 太原: 中国电机工程学会, 2007.

[2] 毛忠国. 300 MW燃煤机组RB控制技术试验研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2005.

ResearchonRBTestandControlStrategyofanUltraSupercriticalDoubleReheatUnit

Zhang Tianhai, Yu Guoqiang, Shu Jianjun, Guan Shipian, Hu Zunmin

(Jiangsu Frontier Electric Technology Co., Ltd., Nanjing 211102, China)

To satisfy the special requirement of runback (RB) function in double reheat thermal power units, an introduction was presented to the meaning and classification of RB. Based on the dynamic process of RB test for a domestic 1 000 MW ultra supercritical double reheat unit, an analysis was conducted on key points and difficulties of RB control in the double reheat unit, after which an optimization was carried out on the control strategy. Results show that the actions of RB logic are proved to be correct; the over-temperature problem occurring in the testing of water wall has been settled by appropriate improvements, and the unit safety is then secured after initiation of the RB function.

thermal power unit; double reheat; RB function; control strategy; test

2016-10-31；

2017-01-03

张天海(1989—)，男，工程师，从事电厂热工自动化控制工作。E-mail: zhangth2009@163.com

TM621.3

A

1671-086X(2017)06-0442-06