王劲松

(上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，上海 200240)

随着发电机组的自动化程度越来越高，对给煤机精准控制的要求也越来越高。给煤机的运行状态是否正常、给煤是否稳定将直接影响发电机组稳定和安全，因此各发电公司对给煤机在生产中运行状况及自诊断能力也越来越重视。只有当集控室能够收集到给煤机准确的运行状态数据才能保证机组安全平稳工作，一旦给煤机失速或集控室无法收集到准确的给煤机运行状态数据，锅炉就无法得到适配的给煤从而造成机组无法稳定运行，甚至造成生产事故。

笔者根据某电厂600 MW机组投运后给煤机失速造成机组失稳的实例，分析其原因，并给出解决方案。

1 机组概况及给煤机运行问题

1.1 机组概况

某电厂一期工程2台600 MW超临界间接空冷燃煤发电机组。锅炉为超临界参数、一次再热、平衡通风、固态排渣、前后墙对冲燃烧变压直流炉，设计效率为93.43%；汽轮机为超临界参数、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、表面间接空冷凝汽式汽轮机，汽轮机热耗率验收(THA)工况的热耗率为8 010 kJ/(kW·h)。制粉系统为中速磨煤机冷一次风机正压直吹式系统，每台锅炉配6台磨煤机，每台磨煤机配1台给煤机，给煤机安装在煤仓间17 m处，采用电子称重式皮带给煤机，进出口中心距离为2 200 mm，采用变频调速，最大给煤质量流量为80 t/h，最小给煤质量流量为10 t/h，皮带为800 mm宽的带裙边环形橡胶带，机组正常运行时用五备一。

1.2 给煤机运行问题

根据对该电厂一期机组给煤机运行现场的实地调研，通过现场观察发电机组给煤机使用情况并进行了模拟试验，发现该电厂的给煤机运行问题主要有：

(1) 给煤机发生失速故障后集控室无法进行正确的判断。结合现场实际情况分析是给煤机运行缺少必要的保护措施，如给煤机转速反馈故障、给煤率达不到要求等问题不能反馈到集控室，也没有设置设备自我保护的功能，集控室对机组运行状态给出错误的估计，并在此错误的基础上进行调整，轻则影响机组负荷，重则会影响机组安全。

(2) 给煤机计量问题。每天2台机组给煤机计量的累计质量比上煤系统的累计质量多2 000 t。

由实地勘察和试验得到问题的原因是没有设置对给煤机进行故障保护的完善措施，并且缺失的不仅是几次机组故障中相关的给煤机状态信号，还有很多其他故障报警信号或故障保护信号，只是问题没有严重到引起运行人员的注意，其中有些问题也是产生计量不准的原因。

2 原因分析

2.1 给煤机控制系统缺陷

根据以上故障现象及该电厂提供的原设备厂家图纸，经过仔细分析和深入探讨，笔者认为该机组给煤机在运行中出现的这些问题的根本原因是给煤机控制系统主控制器是一个通用的流量积算仪表，并不是单单针对给煤机设计的控制系统，其应用范围较广，所以其功能还需要适应其他类似需要流量积算的设备。

给煤机设在机组运行中的特殊位置(入炉煤的咽喉处)，给煤机就地控制系统除了需要接收集控室的给煤机启停和给煤量控制的指令(4～20 mA直流电)外，还必须向集控室输出以下常规信号以便于集控室操作人员合理地进行操作和调节：(1)给煤机电流；(2)给煤机转速；(3)顺控故障；(4)给煤机故障；(5)皮带电动机运行、停止状态；(6)清扫电动机运行、停止状态；(7)皮带电动机故障；(8)清扫电动机故障；(9)瞬时给煤量；(10)累计给煤量；(11)给煤机进口侧落煤管内煤流的异常情况(堵煤)；(12)给煤率偏差大；(13)皮带上断煤；(14)给煤机出口堵煤；(15)给煤机机内超温；(16)就地或远方控制方式；(17)容积式运行信号；(18)皮带电动机运行正常信号。

除了以上需要输出的状态信号外，给煤机就地控制系统还必须具有故障的自诊断和保护功能，当某些特定故障(如电动机速度控制故障和给煤机出口侧落煤管严重堵煤等)发生时，进行保护性停机，并向集控室输出故障停机状态信号。但是该电厂机组的集控室仅接入了给煤机电流、给煤机转速、给煤的瞬时量和累计量，以及给煤机就地或远方控制方式等部分信号，而许多故障状态信号仅反映在流量积算仪表的故障清单中，只能在流量积算仪表的面板上查阅却不能对外输出，因此也没有将其接入集控室[1]。由于以上原因造成运行时集控室无法收集到准确的给煤机运行状态信号，造成了集控室可能在错误的基础上调整锅炉的给煤量，影响了机组安全[2]。

2.2 给煤机计量失准

对于电厂给煤机计量失准的情况，通过阅读研究原供货厂家提供的使用手册，笔者认为该控制系统的计量误差来源于称重信号的不合理使用和皮带转速的不准确估算，速度和质量是构成煤量积算的重要因素。称重传感器虽然是双侧布置，但2个传感器的输出是并联后接入系统的，相当于仅接收了1个传感器的数据，只有在理想状态下，即称重平台的煤层是完全均匀的、2个传感器的性能(起始状态和单位质量的输出)是完全一致的情况下，才能真正反映所称的质量，但实际是不可能达到这种理想状态的；而标定时需要估算速度，并结合人工计时，速度估算完全是理论过程，没有考虑到皮带张紧度，皮带张紧度不同会导致皮带厚度的差异，进而导致计量结果的差异。以上因素都会造成给煤机校验得到的控制参数的失准，用失准的控制参数去进行流量调整和积算，其结果的准确性也就无法保证了[3]。

3 解决方案

要根本解决电厂机组给煤机运行中的诸多问题是比较大的技术改造工程，而该电厂的实际情况不具备技术改造的条件，因此只能针对给煤机在运行中对机组安全生产有较大影响的2个主要问题分别进行解决。

3.1 给煤机控制系统改进

采用外挂功能补丁完善给煤机控制系统缺陷是比较切合实际的办法，笔者对采用外挂功能补丁的方案进行了研究、模拟和试验，最后产生了以下可行的3个方案。

3.1.1 方案一

方案一是对当前给煤机的转速信号进行判别，当转速信号为0时跳机并发送信号至集控室报警或者发送报警信号至集控室，由操作人员停转给煤机。采用的主要设备有微型可编程逻辑控制器(PLC)、模拟I/O接口、分路器等，工作原理为：并一路集控室发出的启动信号至PLC，将皮带电动机测速装置的信号接入分路器分成两路，一路仍接到流量积算仪表中，另一路作为判断依据，由集控室发出的启动信号触发1个计数器用以延时3～10 s(视具体情况确定此采样周期)。当计数器计满后(延时时间到后)，比较转速信号。当转速信号正常(大于0)，则计数器清零并重新开始计数；如果转速信号为0，则PLC输出报警信号用以跳机和集控室报警。当接收到集控室停止信号即启动信号消失时，计数器清零并停止工作。该方案的优点是可以直接判定转速信号是否正常，不正常就直接跳机或报警；缺点是测速信号在传输线路上多加了1个节点，即多了1个故障点，对系统的可靠性会有一定影响。

3.1.2 方案二

方案二是对输出到集控室的瞬时流量进行判定，即当输出瞬时流量为0时，判别给煤机是否在启动状态及皮带电动机是否在转动，以此判定给煤机的工作状态是否正常，采用的设备除了方案一使用的微型PLC、模拟I/O接口、分路器以外，还必须在皮带电动机主轴上另装1套测速装置，工作原理为：并一路集控室发出的启动信号至PLC，将流量积算仪表的瞬时流量反馈接入模拟一拖二分成两路，一路仍传输到集控室，另一路作为判断的依据，同样由集控室发出的启动信号触发1个计数器用以延时3～10 。当计数器计满后，检测瞬时流量反馈是否为0，同时检测采样的另一路即加装的皮带电动机测速信号。若该皮带电动机测速信号不为0而瞬时流量反馈为0，则PLC输出停机或报警信号至集控室；若瞬时流量反馈不为0，则计数器清零并重新开始计数，当接收到集控室停止信号即启动信号消失时，计数器清零并停止工作。为避免加装的测速信号失效，可增加1个报警信号(流量不为0而加装的测速信号为0也输出1个报警信号)，检修人员可以根据该信号安排检修。该方案的优点是不影响主控回路的运转，仅通过反馈信号来判别给煤机转速是否消失；缺点是没有直接检测主控回路的转速反馈信号，如果2个测速信号同时在运行中损坏(小概率事件)，则无法达到要求的保护功能，并且该方案需要加装的外部设备较多，费用也比方案一高。

3.1.3 方案三

方案三是方案二的延伸，但是是对方案二的简化，主要在集控室的分散控制系统(DCS)中对瞬时反馈量进行甄别，即当集控室发出启动给煤机指令并接到给煤机就地控制系统皮带电动机运行的回复信号后，延时一定时间，也可以是3～10 s，这个延时仅在刚刚启动时需要，之后随时监测瞬时反馈信号，一旦为0并且就地控制系统回复的皮带电动机运行的信号仍然正常，则DCS发出停止信号停运给煤机。该方案的优点是比较简单，不需要增加外围线路，只需要在DCS增加1个判别组态及少量I/O接点，费用也较低，但是通过查阅该电厂的图纸时发现就地控制系统没有给煤机皮带电动机运行正常的信号(给煤机技术规范常规要求输出的信号、皮带电动机运行正常信号)输出，在该系统中只能借用变频器的RUNNING信号来替代给煤机皮带电动机运行正常信号；该方案的缺点在于仅对给煤机转速信号消失进行了保护，通过对比该电厂目前的给煤机控制系统与常规的给煤机控制系统的要求，发现缺失的信号还有很多，如果需要增加其他将来可能发现的故障保护设备，需要重新考虑方案，而前2个方案可以直接在PLC上进行扩展。

以上3个方案均可以对给煤机控制中出现的转速反馈消失进行保护，技术也不复杂，用户可自己完成，这些方案也有各自的局限性，电厂可根据自身机组的要求自主选择。

3.2 给煤机计量失准改进

对于给煤机计量失准的问题，解决方案是采用模拟实煤校验的方法，即通过在皮带上计量已知质量的砝码进行比对，通过计算得出实际产生的误差，以此反推出校验数据的偏差，并逐步修正，得到正确的校验数据，使给煤机能够在正确的数据下运行，得到相对准确的计量，作为原先技术性能先天不足的一些弥补[4]，方法[5]如下：

(1) 挑选数十个能够仿真与实际物料相似输送状况的砝码(准确度达到M级)。

(2) 记录给煤机控制系统显示的累计量(初值)，然后将砝码逐个放入运行中的称重式给煤机入口输送带上。

(3) 当砝码全部通过给煤机输送带后，记录在给煤机控制系统显示的累计量(终值)。

(4) 根据终值与初值的差和真值(所有砝码的总质量)比较，可得给煤机确切的计量误差。

(5) 根据该误差，通过运算逐步修正给煤机定度得到控制参数。

4 结语

通过对该电厂给煤机实际运行情况的调研和考察，得出采用流量积算仪的给煤机控制系统在实际运行中有诸多不适应给煤机这个特殊设备的缺陷，结合实际情况实际分析，可以通过采用外挂功能补丁的方式针对性地解决该问题。由于采用流量积算仪系统控制的给煤机在整个电力市场有着一定的占有率，因此该电厂的给煤机运行中出现的问题具有一定的代表性，解决该问题对其他类似的给煤机控制系统具有一定的借鉴性。