CN102226513B - 一种超临界机组单侧辅机故障优化控制方法 - Google Patents
一种超临界机组单侧辅机故障优化控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种超临界机组单侧辅机故障优化控制方法，它达到了机组安全稳定运行的目的，大大降低了机组的单侧辅机故障时的风险性。它的步骤为：第一步，确定不同的辅机发生故障发生后机组的蒸汽流量目标值(T/H)，①首先根据汽轮机第一级的压力计算出蒸汽流量；②根据不同的辅机单侧故障，确定不同的蒸汽流量目标值；第二步，根据第一步中确定的蒸汽流量目标值，确定出对应的一次风量、送风量、引风量、给水量的状态值，对一次风机、送风机、引风机、给水泵进行运行控制；第三步，在各主要辅机控制目标实现后，机组的蒸汽流量便达到了第一步中所确定的新的蒸汽流量目标值，负荷也就重新达到一个稳定值，也就是达到了新的稳定运行状态，控制结束。
Description
技术领域
本发明涉及一种超临界机组单侧辅机故障优化控制方法。
背景技术
随着材料技术的发展和节能要求的不断提高，超临界及超超临界机组在国内电源建设中得到了越来越广泛的应用。采用直流锅炉的超临界机组区别于传统亚临界汽包炉，其工艺流程与对象特性发生了较大变化，必须采用不同的运行方式与协调控制策略。机组的主要辅机为两台并列运行，当单侧辅机发生故障时，需要立即采取相应的控制策略以确保机组的安全。
传统超临界机组单侧辅机发生故障(简称RB)时，简要来说分为三步：
第一步：确定不同的辅机发生故障发生后机组新的负荷目标值(MW)，也就是根据故障前的稳定运行状态，判断出故障后需要转移到的新的稳定状态值；
第二步：根据第一步中确定的负荷目标值，确定出对应的一次风量、送风量、引风量、给水量等状态值，对各主要辅机如一次风机、送风机、引风机、给水泵进行运行控制；
第三步：各主要辅机控制目标实现后，机组的负荷便达到了第一步中所确定的新的负荷目标值，也就是达到了新的稳定运行状态，控制结束。
由于传统的控制方法是根据辅机性能的不同，确定故障发生后机组的负荷目标值以实现自动运行。这种方案应用广泛，但是存在一定的缺陷，就是若机组供热时，若在降低至原来未供热时要求的负荷目标值，则有可能会造成实际辅机的出力达不到要求，依然造成停机。以单侧一次风机故障为例，发生故障后，目标值降至50％Pn(Pn为额定功率)。若机组未供热，目标值为50％Pn，对应蒸汽流量为F1T/H；冬季供热时，蒸汽流量被分走F2T/H，也就是说此时的蒸汽流量需要为(F1+F2)T/H，才能达到50％Pn的负荷值(F1、F2数值大小根据机组容量确定，如600MW机组的F1为1000，350MW机组的F1为480)。供热和未供热数值不同，若参与供热后仍然按照未供热时加以控制，必然会要求辅机出力加大，而这时因为单侧辅机运行极易造成达不到出力要求，必然对机组稳定性、安全性造成剧烈影响。
对超临界机组而言，通常配置为正压直吹式中速磨，机组的负荷等指标能否保证，主要看一次风能否携带足够的煤粉进入炉膛燃烧。一次风机故障，必然会对炉膛燃烧及其炉膛压力造成重大影响。因此，对电厂而言，单侧一次风机故障需重点防范。
在机组正常运行时，一次风母管压力值与负荷之间是一线性关系，负荷高压力也高，从而确保磨煤机中的煤粉能够被有效的携带至炉膛中进行燃烧，若一次风量不足会造成煤粉积聚等状况发生，因此，磨煤机的跳闸条件中有一条为：一次风母管压力低信号保持5s。
由于当单侧一次风机故障(RB)时，一次风母管压力必然会瞬间大幅降低，时间极有可能会超过5s，若此时该跳闸条件发生作用的话会造成所有的磨煤机跳闸，无法实现机组继续运行，从而导致停机。
由于电厂的主要辅机均为两台并列运行，两者之间需要考虑出力平衡问题。一次风机常规控制方式为母管压力测量值与设定值的偏差经PID运算后，再经过一个平衡模块(Balance)进行出力平衡。当发生单侧设备故障后，有时会出现实际输出大于100％，这是不能实现的，而且会造成积分饱和现象，其根本原因是因为故障侧设备的指令值不能突降至0％，下降需要一定时间。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种超临界机组单侧辅机故障优化控制方法，它通过对机组当前的运行状态进行分析，进而确定机组的控制策略及相应的机组应达到的新的稳定状态；同时，针对部分机组存在抽汽供热问题，转换控制思路，从而达到了机组安全稳定运行的目的，大大降低了机组的单侧辅机故障时的风险性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种超临界机组单侧辅机故障优化控制方法，它的步骤为：
第一步，确定不同的辅机发生故障发生后机组的蒸汽流量目标值(T/H)，
①首先根据汽轮机第一级的压力计算出蒸汽流量；
②根据不同的辅机单侧故障，确定不同的蒸汽流量目标值；
第二步，根据第一步中确定的蒸汽流量目标值，确定出对应的一次风量、送风量、引风量、给水量的状态值，对一次风机、送风机、引风机、给水泵进行运行控制；
第三步，在各主要辅机控制目标实现后，机组的蒸汽流量便达到了第一步中所确定的新的蒸汽流量目标值，负荷也就重新达到一个稳定值，也就是达到了新的稳定运行状态，控制结束。
所述第一步中，根据中国电力行业热工信号测量标准，对汽轮机第一级压力信号进行“三取中”，利用第一级压力与蒸汽流量之间存在的汽轮机厂家提供的固定函数关系，由测量出的第一级压力得到蒸汽流量值。
所述第二步中，对一次风机、送风机、引风机、给水泵进行运行控制的方法为，送风机、引风机单侧故障时，蒸汽流量目标值为X1T/H；一次风机、给水泵单侧故障时，蒸汽流量目标值为X2T/H(X1、X2代表的是蒸汽流量值的大小，具体数值由机组容量决定)；当蒸汽流量实际值达到设定的蒸汽流量目标值后，单侧故障控制结束。
所述第二步中，对一次风压低跳闸磨煤机进行保护延时，延时时间为60s。
所述第二步中，对一次风机控制优化，采取发生单侧设备故障时，先通过Timer延时器模块保持PID原来指令值不变2～4s，这样，给故障侧设备的指令值降到0％的时间，而平衡模块Balance块具有自动计算功能，将会自动将故障侧设备减掉的指令值叠加到正常运行侧的指令上，从而保证输出值不突变，也保证PID模块在2～4s后，会从原来值的基础上增加，从而避过指令超出100％的情况发生，也就避免了积分饱和现象的发生。
所述第二步中，所述送风机控制优化为，送风机为两台并列运行，送风机控制为总风量测量值与总风量指令值的偏差经PID运算后，再经过一个平衡模块Balance进行出力平衡；其中，总风量测量值为二次风量与所有磨煤机一次风量的和；采取发生单侧设备故障时，先保持PID原来指令值不变2～4s，确保PID模块从原来值的基础上增加，避过指令超出100％的情况发生，避免积分饱和现象的发生。
所述第二步中，引风机控制优化为，引风机为两台并列运行，引风机控制为炉膛压力三取中的测量值，与炉膛压力设定值的偏差经PID运算后，再经过一个平衡模块Balance进行出力平衡；采取发生单侧设备故障时，先保持PID原来指令值不变2～4s，确保PID模块从原来值的基础上增加，避过指令超出100％的情况发生，避免积分饱和现象的发生。
所述第二步中，给水泵控制优化，利用两台汽动给水泵满足正常运行时的给水要求；给水控制为给水流量三取中测量值与给水流量设定值的偏差经PID运算后，再经过一个平衡模块Balance进行出力平衡；采取的方法同一次风控制相同，采取发生单侧设备故障时，先保持PID原来指令值不变2～4s，确保PID模块从原来值的基础上增加，避过指令超出100％的情况发生，避免积分饱和现象的发生。
本发明与传统控制方法的区别主要集中在第一步中目标值的确定，以及第二步中的保护措施及主要辅机的优化控制，具体介绍如下：
一、单侧辅机故障(RB)发生后蒸汽流量目标值的确定
汽轮机理论计算及实际运行结果均证明，汽轮机组的蒸汽流量与机组负荷成线性关系。因此，在本控制方法中，采用机组的蒸汽流量目标值来代替负荷目标值，是完全可行的，并且，采用这样方法后无论机组是否进行抽汽供热，蒸汽流量的值是不变的，确保机组实际的安全运行，保证了控制方法具有普遍性。
根据中国电力行业热工信号测量标准，对汽轮机第一级压力信号进行“三取中”，而第一级压力与蒸汽流量之间存在一固定函数关系(汽轮机厂家提供)，因此可由测量出的第一级压力得到蒸汽流量值。蒸汽流量计算逻辑如图1所示。
因为不同的辅机单侧运行时，所能保持的机组负荷不一样，因此需分别判断。如图2所示，送风机、引风机单侧故障(RB)时，蒸汽流量目标值为X1(T/H)；一次风机、给水泵单侧故障(RB)时，蒸汽流量目标值为X2(T/H)(X1、X2代表的是蒸汽流量值的大小，具体数值由机组容量决定)；当蒸汽流量实际值达到设定的蒸汽流量目标值后，单侧故障控制结束，当然，也可由电厂运行人员手动结束，对应于第三步。
二、故障发生后主要辅机的保护措施及运行控制优化
对超临界机组而言，通常配置为正压直吹式中速磨，机组的负荷等指标能否保证，主要看一次风能否携带足够的煤粉进入炉膛燃烧。一次风机故障，必然会对炉膛燃烧及其炉膛压力造成重大影响。因此，对电厂而言，单侧一次风机故障需重点防范。
1、一次风机的保护与控制优化
(1)一次风压低跳闸磨煤机保护延时
本发明对此条件进行优化修改，当发生单侧一次风机跳闸时，由原来的5s延时到60s。
(2)一次风机控制优化
本发明采取发生单侧设备故障时，先通过“Timer”延时器模块保持PID原来指令值不变2～4s，这样，给故障侧设备的指令值降到0％的时间，而Balance块具有自动计算功能，将会自动将故障侧设备减掉的指令值叠加到正常运行侧的指令上，从而保证输出值不突变，也保证PID模块在2～4s后，会从原来值的基础上增加，从而避过指令超出100％的情况发生，也就避免了积分饱和现象的发生。
2、其他主要辅机的控制优化
一次风机的优化控制方法同样适用于送风机、引风机、给水泵的控制。
(1)送风机控制优化
送风机为两台并列运行，送风机控制为总风量测量值与总风量指令值的偏差经PID运算后，再经过一个平衡模块Balance进行出力平衡。其中，总风量测量值为二次风量与所有磨煤机一次风量的和。同样，常规控制方法当发生单侧设备故障后，有时会出现实际输出大于100％，造成积分饱和现象。采取的方法同一次风控制相同，采取发生单侧设备故障时，先保持PID原来指令值不变2～4s，确保PID模块从原来值的基础上增加，避过指令超出100％的情况发生，避免积分饱和现象的发生。
(2)引风机控制优化
引风机为两台并列运行，引风机控制为炉膛压力测量值(三取中)与炉膛压力设定值的偏差经PID运算后，再经过一个平衡模块Balance进行出力平衡。同样，常规控制方法当发生单侧设备故障后，有时会出现实际输出大于100％，造成积分饱和现象。采取的方法同一次风控制相同，采取发生单侧设备故障时，先保持PID原来指令值不变2～4s，确保PID模块从原来值的基础上增加，避过指令超出100％的情况发生，避免积分饱和现象的发生。
(3)给水泵控制优化
超临界机组的给水控制一般设计为一台电动给水泵满足启动时给水要求，两台汽动给水泵满足正常运行时的给水要求。
给水控制为给水流量测量值(三取中)与给水流量设定值的偏差经PID运算后，再经过一个平衡模块(Balance)进行出力平衡。同样，常规控制方法当发生单侧设备故障后，有时会出现实际输出大于100％，造成积分饱和现象。采取的方法同一次风控制相同，采取发生单侧设备故障时，先保持PID原来指令值不变2～4s，确保PID模块从原来值的基础上增加，避过指令超出100％的情况发生，避免积分饱和现象的发生。
本发明的有益效果是：
本控制方法在某超临界供热机组中加以应用，取得良好的应用效果。如图4、图5、图6、图7所示，主要辅机单侧发生故障(RB)后的负荷及压力等重要参数的变化趋势，能够实现快速、稳定、安全的达到新的运行状态。
附图说明
图1为蒸汽流量计算逻辑图；
图2为主要辅机故障后机组目标值确定；
图3为一次风母管压力低跳磨逻辑优化；
图4为一次风机单侧故障(RB)趋势图；
图5为给水泵单侧故障(RB)趋势图；
图6为送风机单侧故障(RB)趋势图；
图7为引风机单侧故障(RB)趋势图；
图8为辅机单侧故障控制过程流程图。
其中，1-主蒸汽压力；2-一次风母管压力；3-机组实时负荷；4-主蒸汽流量；5-炉膛负压。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
一种超临界机组单侧辅机故障优化控制方法，它的步骤为：
第一步，确定不同的辅机发生故障发生后机组的蒸汽流量目标值(T/H)，
①首先根据汽轮机第一级的压力计算出蒸汽流量；
②根据不同的辅机单侧故障，确定不同的蒸汽流量目标值；
第二步，根据第一步中确定的蒸汽流量目标值，确定出对应的一次风量、送风量、引风量、给水量的状态值，对一次风机、送风机、引风机、给水泵进行运行控制；
第三步，在各主要辅机控制目标实现后，机组的蒸汽流量便达到了第一步中所确定的新的蒸汽流量目标值，负荷也就重新达到一个稳定值，也就是达到了新的稳定运行状态，控制结束。
所述第一步中，根据中国电力行业热工信号测量标准，对汽轮机第一级压力信号进行“三取中”，利用第一级压力与蒸汽流量之间存在的汽轮机厂家提供的固定函数关系，由测量出的第一级压力得到蒸汽流量值。
所述第二步中，对一次风机、送风机、引风机、给水泵进行运行控制的方法为，送风机、引风机单侧故障时，蒸汽流量目标值为X1(T/H)；一次风机、给水泵单侧故障时，蒸汽流量目标值为X2(T/H)(X1、X2代表的是蒸汽流量值的大小，具体数值由机组容量决定)；当蒸汽流量实际值达到设定的蒸汽流量目标值时，单侧故障控制结束。
所述第二步中，对一次风压低跳闸磨煤机进行保护延时，延时时间为60s。逻辑示意图如图3所示。当“一次风机RB”信号为“1”，即发生单侧一次风机故障时，切换器模块“T”输出值为“Y”端值，即为60；信号为“0”，及两台一次风机正常运行时，切换器模块“T”输出值为“N”端值，即为5。数值送到延时器模块“Timer”中，实现不同的延时时间。“一次风母管压力低”信号经过延时后送出跳磨信号。这样，既保证了正常运行时对磨煤机的安全保护，又可实现一次风机RB时机组的连续运行。
所述第二步中，对一次风机控制优化，采取发生单侧设备故障时，先通过Timer延时器模块保持PID原来指令值不变2～4s，这样，给故障侧设备的指令值降到0％的时间，而平衡模块Balance块具有自动计算功能，将会自动将故障侧设备减掉的指令值叠加到正常运行侧的指令上，从而保证输出值不突变，也保证PID模块在2～4s后，会从原来值的基础上增加，从而避过指令超出100％的情况发生，也就避免了积分饱和现象的发生。
所述第二步中，所述送风机控制优化为，送风机为两台并列运行，送风机控制为总风量测量值与总风量指令值的偏差经PID运算后，再经过一个平衡模块Balance进行出力平衡；其中，总风量测量值为二次风量与所有磨煤机一次风量的和；采取发生单侧设备故障时，先保持PID原来指令值不变2～4s，确保PID模块从原来值的基础上增加，避过指令超出100％的情况发生，避免积分饱和现象的发生。
所述第二步中，引风机控制优化为，引风机为两台并列运行，引风机控制为炉膛压力三取中的测量值，与炉膛压力设定值的偏差经PID运算后，再经过一个平衡模块Balance进行出力平衡；采取发生单侧设备故障时，先保持PID原来指令值不变2～4s，确保PID模块从原来值的基础上增加，避过指令超出100％的情况发生，避免积分饱和现象的发生。
所述第二步中，给水泵控制优化，利用两台汽动给水泵满足正常运行时的给水要求；给水控制为给水流量三取中测量值与给水流量设定值的偏差经PID运算后，再经过一个平衡模块Balance进行出力平衡；采取的方法同一次风控制相同，采取发生单侧设备故障时，先保持PID原来指令值不变2～4s，确保PID模块从原来值的基础上增加，避过指令超出100％的情况发生，避免积分饱和现象的发生。
从图4可以看出，发生一次风机单侧故障(RB)后，一次风机母管压力2(曲线2)瞬间大幅度下降，并且维持Ns的时间，N的取决于一次风机瞬间性能的好坏，大部分时间是5＜N＜60，具体大小由其所处的运行状态决定，而RB时一次风机运行的状况是无法确定的，也就意味着机组大部分时间是处于不安全的状态。一次风机母管压力2低信号跳闸保护延时由5s延长至60s后，可以完全躲过一次风母管压力2瞬间大幅降低造成危险的区间段，从而保证了机组的连续运行。
从图4、图5、图6、图7可以看出，无论是哪种主要辅机单侧故障，一次风母管压力2、炉膛负压5的波动经过两个波左右就能恢复到一个相对稳定的状态值上，衰减率在0.8以上，性能良好。
Claims (6)
1.一种超临界机组单侧辅机故障优化控制方法，其特征是，它的步骤为：
第一步，确定不同的辅机发生故障后机组的蒸汽流量目标值，
①首先根据汽轮机第一级的压力计算出蒸汽流量；
②根据不同的辅机单侧故障，确定不同的蒸汽流量目标值；
第二步，根据第一步中确定的蒸汽流量目标值，确定出对应的一次风量、送风量、引风量、给水量的状态值，对一次风机、送风机、引风机、给水泵进行运行控制；
第三步，在各主要辅机控制目标实现后，机组的蒸汽流量便达到了第一步中所确定的新的蒸汽流量目标值，负荷也就重新达到一个稳定值，也就是达到了新的稳定运行状态，控制结束；
所述第一步中，根据中国电力行业热工信号测量标准，对汽轮机第一级压力信号进行“三取中”，利用第一级压力与蒸汽流量之间存在的汽轮机厂家提供的固定函数关系，由测量出的第一级压力得到蒸汽流量值；
所述第二步中，对一次风机、送风机、引风机、给水泵进行运行控制的方法为，送风机、引风机单侧故障时，蒸汽流量目标值为X1；一次风机、给水泵单侧故障时，蒸汽流量目标值为X2，其中，X1、X2代表的是蒸汽流量值的大小，具体数值由机组容量决定；当蒸汽流量实际值达到设定的蒸汽流量目标值后，单侧故障控制结束。
2.如权利要求1所述的超临界机组单侧辅机故障优化控制方法，其特征是，所述第二步中，对一次风压低跳闸磨煤机进行保护延时，延时时间为60s。
3.如权利要求1所述的超临界机组单侧辅机故障优化控制方法，其特征是，所述第二步中，对一次风机控制优化，采取发生单侧设备故障时，先通过Timer延时器模块保持PID原来指令值不变2～4s，这样，给故障侧设备的指令值降到0%的时间，而平衡模块Balance块具有自动计算功能，将会自动将故障侧设备减掉的指令值叠加到正常运行侧的指令上，从而保证输出值不突变，也保证PID模块在2～4s后，会从原来值的基础上增加，从而避过指令超出100%的情况发生，也就避免了积分饱和现象的发生。
4.如权利要求1所述的超临界机组单侧辅机故障优化控制方法，其特征是，所述第二步中，所述送风机控制优化为，送风机为两台并列运行，送风机控制为总风量测量值与总风量指令值的偏差经PID运算后，再经过一个平衡模块Balance进行出力平衡；其中，总风量测量值为二次风量与所有磨煤机一次风量的和；采取发生单侧设备故障时，先保持PID原来指令值不变2～4s，确保PID模块从原来值的基础上增加，避过指令超出100%的情况发生，避免积分饱和现象的发生。
5.如权利要求1所述的超临界机组单侧辅机故障优化控制方法，其特征是，所述第二步中，引风机控制优化为，引风机为两台并列运行，引风机控制为炉膛压力三取中的测量值，与炉膛压力设定值的偏差经PID运算后，再经过一个平衡模块Balance进行出力平衡；采取发生单侧设备故障时，先保持PID原来指令值不变2～4s，确保PID模块从原来值的基础上增加，避过指令超出100%的情况发生，避免积分饱和现象的发生。
6.如权利要求1所述的超临界机组单侧辅机故障优化控制方法，其特征是，所述第二步中，给水泵控制优化，利用两台汽动给水泵满足正常运行时的给水要求；给水控制为给水流量三取中测量值与给水流量设定值的偏差经PID运算后，再经过一个平衡模块Balance进行出力平衡；采取的方法同一次风控制相同，采取发生单侧设备故障时，先保持PID原来指令值不变2～4s，确保PID模块从原来值的基础上增加，避过指令超出100%的情况发生，避免积分饱和现象的发生。
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