TF控制在火电单元机组的应用.pdf

产品与解决方案 T F控制在火电单元机组的应用 周 珑 百超 上海 精密机床有限公司，上海 2 0 0 1 3 5 摘要本文分析 了大型火电机组协调控制的几种方式并举例分析 了 T F控制方式在火电机组 事故情况下 尤其是锅炉侧故障时 发挥的重要作用。 关键词 单元机组协调控制；T F ；应用 在我国大型火力发电厂的热工控制系统中，为 解决负荷控制过程中内外能量平衡 问题 ，并依据单 元机组的负荷控制特点，单元机组的协调控制系统 的概念 C o o r d i n a t e d C c o n t r o l S y s t e m，简称 C C S 被提出来。广义上来说，也可以称之为单元机组负 荷控制系统，在其综合控制下，汽轮发电机和锅炉 成为一个整体， 根据 内部运行参数及 电网负荷需求， 机组可 同时完成协调运行。一方面对内可以使得主 蒸汽压力偏差维持在允许范围内，另一方面也可 以 使其对外具有 良好的调频能力及较快 的功率响应。 1 协调控制方式分类 常见的机组协调控制方式有以下几种方案 1 以锅炉跟随为基础 的协调控制方式 简称 BF 该方式是在汽轮机侧控制负荷 输出电功率 P E 、锅炉侧 控制 主蒸汽 压力 P T 的基础 上 ，让汽 轮机 侧的控制配合锅炉侧控制P 的一种协调控制方式。 在 实 际应 用 中，它还包 括不完全 B F 方式 ，即汽轮 机侧控制负荷，锅炉侧手动调节燃烧及主汽压力。 2 以汽轮机跟随为基础的协调控制方式 简称 TF 该方式是在锅炉侧控制负荷 输出电功率P E 、 汽轮机侧控制主蒸汽压力 P 的基础上，让汽轮机侧 的控制配合锅炉侧控制 的一种协调控制方式。在 实际应用中，它还包括不完全 T F方式，即汽轮机侧 控制主蒸汽压力，锅炉侧手动调节燃烧及机组负荷。 3 综合型协调控制方式 简称 C C S 该方式能较好地保持机组内、外两个能量供求 的平衡关系，即具有较好的负荷适应性能，又具有 良好的汽压控制性能，是一种较为合理和完善的协 调控制方式，但系统结构较为复杂，对主／ 辅设备的 性能、燃料热值稳定等方面要求较高。 1 0 8 I 电 l |l 技 康 2 0 1 3 年 第 7 期 另外，在实际运行中，还有一种手动调节锅炉 出力和 机组 负荷 的方 式 B A S E，该方式对 运行 人员 的操作要求较高，蒸汽参数及机组负荷控制起来有 较大的难度。 2 T F方式的特点 该厂机组控制方式一般采用 B F或 C C S ，下面 主要分析的是我厂 2 x 3 0 0 MW 机组事故情况下采用 较多的 T F控制方式，尤其是不完全 T F方式，它在 机组的尽快恢复稳定运行，减少控制人员的操作难 度方面具有突出的表现，该厂控制员利用此方式多 次化解机组运行险情 。下面先对 T F方式作一下简 要的介绍 。 以汽轮机跟随为基础的协调控制方式如图 1所 图 1 以汽轮机跟随为基础的协调控制方式 锅炉的主控制器接受机组负荷指令 P 。 功率给 定值和机组实发功率反馈信号 ；当负荷指令 P 。 改变时，产生负荷偏差 △ 尸 一 尸 E ，锅炉主控制器依 照此偏差值调控子控制系统指令 ， 进而使锅炉燃 烧率 包括相应的给水流量等得 以改变，并最终 适应负荷的能量需求。 汽轮机主控制器接受主蒸汽压力的给定值P 。 和 机前实际主蒸汽压力反馈信号P ，当锅炉侧调负荷 或某些因素导致主蒸汽压力值 P 改变时， 产生汽压 偏 差 A p P 。 - p ，汽轮机 主控 制器 依此调 节其 子控 制 系统的负荷指令 Ⅳ T ， 使得进汽流量及进汽调节阀的 开度 随之 改变 ，从而 保证 主蒸汽 压力 P 的稳定 。 该协调 方式 是 以加 大汽 压动 态偏 差 为代价 来换 取 负荷 响应 速度 的提 高 的 。由于这 种协 调控 制方 式 直接由负荷指令控制燃烧率，可以说它是通过加快 锅炉侧的负荷响应速度 ，使机炉之间的动作达到协 调 的 。 而不完全 T F方式属于 T F控制应用的一种扩大 型，在该厂 3 0 0 MW 机组也应用较多，即汽轮机侧 控 制主 蒸汽压 力 ， 锅炉侧 手动 调节 燃烧及 机组 负荷 ， 相 比完 全 T F方 式 ，后 者在 机组锅 炉侧 主／ 辅 设备 故 障、锅炉子控制系统故障、R B保护动作的情况下， 对于机组控制员更好的掌控机组运行，使机组尽快 恢复稳定方面的作用尤为突出。因为在实际发电生 产 中，锅炉子系统出故障及主要辅机故障的机率较 高，诸如制粉系统、空预器、给水泵、引送风机等 故障跳闸，一旦 出现这些情况，锅炉主控制器将无 法投入 自动 ，锅炉燃烧 、水位、主蒸汽参数极易大 幅波动 ，机组负荷也难以稳定，一旦控制不好就可 能造成 锅炉 MF T ，机组 跳 闸。由于现在 广泛 推行全 员值班制度，一台 3 0 0 MW 机组仅两人控制，在事 故面前 ，如何合理分工，抓住主要参数，才能腾出 手来尽快明晰故障类型及危险点， 将机组控制稳定。 而主汽压力就是这个主要参数，只有这个参数尽可 能稳定 ，才能为锅炉燃烧、水位等调整创造 良好条 件 ，控制员才不至于受忙脚乱，顾此失彼 ，不完全 T F方式正好适应了这种工况， 虽然牺牲 了机组负荷 可由值长及时向调度申请机组负荷调频减少不合 格 电量 ， 但 稳住 了主汽 压力 ，有利 于控 制员专 心调 整 燃烧 和水 位 ，尽快将 机 组稳 定下 来 ，下面举 一个 该 厂发 生 的机 组跳 闸案 例来 印证不 完全 T F 方式 的 合理 利用 对机 组稳 定运 行 的作 用 。 3 案例分析 3 ． 1 事故 经过 2 0 0 6 年 0 4 月 2 5日 1 7 0 6 ， 槲 机带 负荷 2 4 0 MW， A送风机突然跳 闸，A 送风机跳闸后，机组 R B保 护动作 ，E 层给粉机跳闸，主汽压力下降，机组 自 动快速减负荷至 1 4 2 MW， 控制员立即增大天然气流 量 以稳定锅炉燃烧，同时手动调整引、送风机维持 负压和 正常 风量 ，锅 炉 燃烧得 以维 持 。1 7 1 2 A送 产品与解决方案 风机投运正常， 此时机组负荷在 1 4 2 MW， 主汽压力 回升，立即投负荷控制，目标负荷 2 0 0 MW，负荷率 1 5 MW／ mi n ，机组开始加负荷 ，同时继续增加汽泵 转速 ，1 7 1 4主汽 压力上 升趋 势加快 ，汽 包安全 门 动作 ，汽包 水 位迅速 下 降 ，给 水流 量下 降 ，最 后到 零 ，继续 增加 汽泵转 速 仍不见 给水 流量 回升 ，1 7 1 6水位降至一3 5 0 mm锅炉 MF T动作，汽机跳闸， 发电机解列 。 3 ． 2 原因分析及处理过程 分析认为1 7 0 6分，A送风机突然跳闸，R B 保护动作 。由于锅炉、燃料、汽机的主控均以手动 方式控制， DE H处于负荷控制方式 即不完全 B F 。 R B动作 后 ， 汽 机主控 随之 自动 强切 ， 机 组处于汽 机 跟随方式。也就是说 ，当主汽压力增大时，调节汽 机调门用以阻止主汽压力提高；相反 ，当主汽压力 下降时，使汽机调门关小，以保证主汽压力平衡。 通过历史曲线不难看出，R B发生后，在约 3 mi n的 时 间内 ， D E H负荷 从 2 4 0 Mw 迅速 下 降到 1 4 5 Mw ， 同时 ，主汽压 力从 1 6 ． 5 9 MP a 跌 至 1 6 ． 0 6 6 MP a ，而 后趋于稳定。整个 T F控制期间，主汽压力的波动 不是十分明显。可以看出，在没有采取其它的稳压 方式时，若不能快速减小负荷，就不能保证主汽压 力维持在允许范围。保证主汽压力，虽然是以牺牲 功率为代价 ，但 同时也保障了其他的参数的稳定。 1 7 1 0 0 3 ，工作 人员 切除 T F运行 方式 ，DE H 处 于负荷控制 ，这种情况下，升负荷率影响负荷的增 减 。据厂家资料，DE H和 MC S中升负荷率范围处 于 0 ～ 1 5 Mw 之 间 ，超 出范围 的设定则无 效 。1 7 1 1 mi n ，主汽压力上升 ，2 mi n后呈快速上升趋势， 工作人员进行增加负荷，因受升负荷率限制，快速 开大汽机调 门不能使锅炉压力维持平衡，导致主汽 压 力持 续上升 。 1 7 1 5 5 4 ， 安全 门动作 发生 ， D E H 负荷为 1 5 8 ． 7 MW ，主 汽压力 1 8 ． 6 6 MP a ，低于其 最 大 限 1 9 ． 6 3 3 MP a 。 另外还 需指 出， T F方式 下锅炉 压力 的稳定过 程 是十分快速的， 其中 DE H控制器不受升负荷率的限 制，MC S中汽机调门受汽机主控输 出直接控制。我 们 知道 ，在 汽包 的压 力突 然下 降时 ，炉水 的饱和 温 度随压力相应下降， 从而放出大量热进行 自行蒸发， 引起炉水内汽泡增多，体积膨胀 ，致使水位上升， 形成一个虚假的水位 。 而在汽包的压力突然提升 时，使得与之对应的饱和温度也随之提高，其中产 下转 第 1 1 1页 2 o 1 3 年 第 7 期摩 叠一 l 获 撤l 1 0 9 问 的工作 ，致 使变 频器 产生 的热 量很 多 ，变 频 器温 度很高。高温状况下工作对变频器来说威胁很大， 曾几 次使 变频器 零 部件损坏 。 分析解 决 要正确的使用变频器，必须认真地考虑散热 的 问题。 变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。 使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升 高 1 0 ℃，变频器使用寿命减半 。在变频器工作时， 流过 变频 器 的 电流 是很 大 的，变频 器产 生 的热 量也 是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响。通常 变频器安装在控制柜中，我们要了解一台变频器的 发热量 大概 是 多少 ， 可 以用 以下 公式估 算 发 热量 的近似值 变频器容量 k W 5 5 [ W1 ，如果变频 器 带 有直 流 电抗 器或 交 流 电抗器 。并 且 也在柜 子 里 面，这时发热量会更大一些。 初始考虑增加风扇对其散热，由于是夏天，配 电室周 围的温度较高，散热效果都不理想。现场配 电室 内部 有一 台空 调 ，但 是 功率有 限 ，一时 无法 更 换 大功 率 的空调 。为保证 入料 泵变 频器 正常 工作 ， 采用接风管的方法，把空调出来的冷风通过柔性管 引至变频器 内部进行吹风散热， 吹风方 向自下而上， 产 品与解 决方案 散 热效果 相 当好 ，大 大提 高 了变 频器运 行可 靠性 。 2 变频器停机后需要维护的项 目 1 用带塑料吸嘴的吸尘器彻底清洁变频器柜内 外，保证设备周围无过量的尘埃。‘ 2 检查变频室的通风、照明设备 ，确保通风设 备 能够 正 常运转 。 3 检 查变频 器柜 内所有 接地 应可靠 ，接地 点无 生锈 。 4 每月应再紧固一次变频器 内部电缆的各连接 螺母 。 5 检查所有 电气连接的紧固性，查看各个 回路 是否有 异 常的放 电痕迹 ，是否有 怪 味、变色 ，裂纹 、 破损等 现 象 。 6 每次维护变频器后，要认真检查有无遗漏的 螺丝及导线等，防止小金属物品造成变频器短路事 故。特别是对电气回路进行较大改动后，确保 电气 连接 线的 连接 正确 、可靠 ， 防止 “ 反送 电 ”事 故 的 发生 。 上接第 1 0 9页 生 的一些 热 量被用 来对 炉水进 行加 热 ， 减少蒸 发量 ， 因此炉 水 内汽泡 减少 ，体积 减 少 ，从而 使得水 位 下 降，同样形成一个虚假水位。 因此， R B动作发生 ， 汽机主控强投维持主汽压力， 有其相应的理论支持 。 此次 R B触发后 3 mi n ， 工作人员切除 T F方式， DE H 进入负荷控制 ，在恢复 A送风机 以后，由于未采取 其 它有 效措 施将 主汽 压力得 以有 效控 制 注 锅炉 主 控 、燃 料主控 在手 动 ，致 使 安全 门动作 ，给 水位 控 制带 来很 大难 度 。分析任 为 引起 锅 炉汽包 水位 低I I I 值 MF T动作机组跳闸的主要原因是作为控制 员在恢复送风机时未注意锅炉燃料的投入 ，送风量 的匹配，引起主汽压力回升，加之又将 T F方式切 除，投入负荷控制，使得加负荷受限，从而主汽压 力升高，锅炉安全 门动作。造成锅炉进水困难 ，机 组 因汽包 水位 低跳 闸 。 工保护动作逻辑，掌握不同工况下机组的控制方式 并加 以合理应 用 ， 加 强在事故 处理 中的沟通 和联 系 ， 要经常做好各类事故预想，提高事故处理能力 。当 前 ，我 国火 电机 组发 电小 时数 大幅 下降 ，运营 成本 持续上涨 ，在川火电机组发电形势更为严峻，因此 切实抓住难得的发电机遇，练好 内功 ，保证机组稳 定运行 显得尤 为重 要 。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 】 [ 4 ] 4 结论 [ 】 通过上述分析 ，笔者认为作为运行人员，特别 [ 6 】 是机组控制员要进一步加强学习，特别是要了解热 参考文 献 郑体宽． 热力发电厂【 M】 ． 北京 水利 电力出版社， 1 9 9 5 ． 高伟． 计算机控制系统【 M】 ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 8 ． 湖北襄樊发 电有限责任公司编著． 汽轮机设备及运行 [ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 3 ． 湖北襄樊发电有限责任公司编著． 燃煤锅炉机组[ M】 ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 3 ． 肖大雏． 火电厂计算机控制[ M】 ． 北京 水利 电力出版 社， 1 9 9 5 ． 高伟． 论火电厂综合自动化[ J ] ． 华中电力， 1 9 9 9 3 ． 2 o 1 3 年 第 7 期电 囊 曩毫 技 撤I 1 1 1