CN111077765A - 一种用于火电机组深度调峰工况的辅机runback保护控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于火电机组深度调峰工况的辅机RUNBACK保护控制方法，包括：步骤1、低负荷段发生辅机跳闸时，机组控制方式调整为：将机组控制方式切换为汽机跟随方式TF，锅炉侧保持出力不变，由汽机维持主汽压力的稳定。本发明的有益效果是：本发明提出了一种用于火电机组深度调峰工况的辅机RUNBACK保护控制方法，分析了目前辅机跳闸控制逻辑在50％额定负荷以下工况应用的不足与缺点，从机组控制方式、各种辅机控制等方面提出了适应新工况的控制策略，补充了原RUNBACK保护控制策略中所缺少的深度调峰工况下的保护控制方法，保证火电机组在深度调峰工况下主要辅机发生意外跳闸时的运行安全。
Description
技术领域
本发明涉及火电机组深度调峰领域，尤其包括一种用于火电机组深度调峰工况的辅机RUNBACK保护控制方法。
背景技术
为了响应国家对火电机组灵活性运行的要求，已有越来越多的机组开展了相关的试验和研究，并具备了向40％额定负荷甚至更低负荷调峰的能力。从目前的技术水平及研究方向来看，主要着重于扩大火电机组的调峰范围，以及提高机组低负荷运行的灵活性和稳定性，对于机组低负荷运行安全性的研究较少，特别是主要辅机发生意外跳闸时的保护控制策略。
现有的辅机故障减负荷功能，称为RUNBACK功能，简称RB，该功能的作用是当机组发生部分主要辅机故障跳闸，且机组的最大理论出力低于当前实际负荷时，机组协调控制系统将机组负荷快速降到所有辅机实际所能达到的最大出力，并控制机组参数在允许范围内保持机组继续运行。根据机组辅机的情况，一般设置以下几种RUNBACK功能：磨煤机RB、送风机RB、引风机RB、一次风机RB、空预器RB、给水泵RB和增压风机RB。磨煤机RB为机组运行过程中，发生磨煤机跳闸，机组负荷大于剩余磨煤机最大带载能力，发生磨煤机RB，机组控制方式切换为汽机跟随方式(TF)，负荷自动减至剩余磨煤机带载能力对应的目标负荷值，如果机组负荷小于剩余磨煤机最大带载能力，则不发生磨煤机RB。而风机、空预器、给水泵等成对配置的主要辅机设备，与磨煤机RB略有不同，任一设备停运，且机组负荷大于单台设备最大能带负荷，若发生RB，一般目标负荷设置为50％额定负荷，跳闸相应台数的磨煤机，机组控制方式切为TF方式，负荷按照一定的速率减至目标负荷。
设计RB功能的时候，火电机组的负荷低限一般设置为50％额定负荷，50％额定负荷以下运行时称为低负荷运行，是火电机组深度调峰提出的新需求，因此目前大多数机组设计的快速减负荷控制回路及其应对辅机跳闸的相关控制逻辑均主要针对50％额定负荷以上运行工况设计，在各大发电机组相继进行深度调峰工作后，火电机组的负荷下限降低至40％额定负荷甚至更低，在50％额定负荷以下运行，RUNBACK功能在低负荷下的有效性并未进行过验证与分析，成对配置的辅机仅单侧运行也能够满足机组负荷的要求，因此跳闸一台辅机不会对机组的出力产生限制，可能不会触发RUNBACK，机组协调控制的运行方式将保持不变，在投入AGC的情况下继续接受调度指令，由于低负荷段各参数的稳定性相对较差，主要辅机事故跳闸对其他协调运行参数也具有较大的扰动。
目前，如给水系统、送/引风系统、一次风系统等重要调节回路一般都设计有对应辅机跳闸后的超驰控制回路，设计的目的是为了在高负荷段单台辅机跳闸后运行辅机能够快速增加出力，维持调节参数的稳定，但是在低负荷段，成对配置的辅机单台运行即能满足机组正常运行的需求，该策略的有效性和合理性还有待考究。以风机为例的成对配置的辅机，一台事故跳闸后，指令将超驰叠加至另一台仍在运行的辅机，快速增加运行辅机的出力，在低负荷运行时可能造成出力过大反而影响机组运行安全。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于火电机组深度调峰工况的辅机RUNBACK保护控制方法。
这种用于火电机组深度调峰工况的辅机RUNBACK保护控制方法，包括：
步骤1、低负荷段发生辅机跳闸时，机组控制方式调整为：将机组控制方式切换为汽机跟随方式TF，锅炉侧保持出力不变，由汽机维持主汽压力的稳定；
步骤2、低负荷段发生辅机跳闸时，主要辅机控制策略为：
步骤2.1、设计超驰控制回路；首先在低负荷段不同负荷点进行单侧辅机出力试验，获得正常工况下各负荷点单侧辅机运行的参数，根据机组运行负荷点动态设置指令上限值；在机组运行负荷低于50％额定负荷且RB信号触发的情况下，辅机运行指令小于或等于该机组运行负荷所对应的指令上限值；在机组运行负荷高于50％以上额定负荷时，仍按原策略控制主要辅机；
步骤2.2、当机组运行负荷低于50％额定负荷时，对PID控制器采用变参数设计，根据机组运行负荷和辅机运行工况对PID控制器的参数进行赋值；
步骤3、低负荷段发生制粉系统跳闸时，控制策略为：
步骤3.1、有制粉系统跳闸后自动判断剩余运行制粉系统的带载能力是否低于负荷指令；若剩余运行制粉系统的带载能力低于负荷指令，通过RB控制回路实施快速减负荷操作，将负荷将至目标值；若剩余运行制粉系统的带载能力高于负荷指令，将协调控制方式切换为汽机跟随方式TF，锅炉侧保持出力不变，由汽机维持主汽压力的稳定；
步骤3.2、在引风机控制中增加超驰控制回路；在一次风机控制中也增加超驰控制回路。
作为优选，步骤2所述主要辅机为成对配置的辅机，包括：送风机/引风机、一次风机、空预器、给水泵和增压风机。
作为优选，步骤2.1所述各负荷点单侧辅机运行的参数包括：负压、汽包水位和汽温。
作为优选，步骤3.1所述RB控制回路全程投入。
作为优选，步骤3.2所述引风机和一次风机的超驰控制回路中各参数根据各机组低负荷工况运行的特点进行设定。
本发明的有益效果是：本发明提出了一种用于火电机组深度调峰工况的辅机RUNBACK保护控制方法，分析了目前辅机跳闸控制逻辑在50％额定负荷以下工况应用的不足与缺点，从机组控制方式、各种辅机控制等方面提出了适应新工况的控制策略，补充了原RUNBACK保护控制策略中所缺少的深度调峰工况下的保护控制方法，保证火电机组在深度调峰工况下主要辅机发生意外跳闸时的运行安全。
附图说明
图1为低负荷辅机跳闸(除制粉系统外)的控制流程图；
图2为主要辅机控制策略示意图；
图3为低负荷段制粉系统跳闸控制流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
本发明为了解决火电机组低负荷运行工况下的保护控制问题，设计了一套低于50％额定负荷运行工况时主要辅机意外跳闸保护控制的方法，作为低负荷段RUNBACK功能的补充，主要包括以下几点：低负荷段辅机意外跳闸后机组控制方式的选择；低负荷段主要调节系统控制参数的调整；针对各种主要辅机的运行特性，设计低负荷段辅机意外跳闸后的控制策略。
主要方案步骤如图1和图3所示，解决方案分为三部分内容：机组控制方式调整、主要辅机控制策略和制粉系统跳闸后的控制策略。
机组控制方式调整：
除制粉系统外，送/引风机、空预器、一次风机、给水泵、增压风机等辅机在低负荷段运行时跳闸不会对机组的出力产生限制，可能不会触发RB控制，机组仍处于协调控制方式并接受AGC指令，而辅机设备的跳闸短时间内会引起部分调节参数的波动，继续接收外部指令进行负荷变动将对参数造成更大的扰动，不利于机组的运行安全。因此，低负荷段发生辅机跳闸，应将机组控制方式切换为汽机跟随方式(TF方式)，锅炉侧保持出力不变，由汽机维持主汽压力的稳定，可避免外部指令和信号造成的扰动，保障机组运行安全。
主要辅机控制策略：
除制粉系统跳闸外，为应对单侧辅机跳闸后出力不足的情况，设计有相应的超驰控制回路，这里指的主要辅机均为成对配置的辅机，如送/引风机、一次风机、空预器、给水泵和增压风机等。目前的控制逻辑为跳闸前辅机指令叠加至运行侧辅机指令，以达到快速增加运行辅机出力的目的。在高负荷段由于单侧辅机出力不足，发生辅机跳闸后可迅速提升运行侧辅机出力至最大，满足RUNBACK过程中各项参数控制的要求。在低负荷工况，直接采用指令翻倍的方式可能导致出力过大，反而影响机组的运行安全。因此低负荷工况下的超驰控制策略应进行调整，首先在低负荷段不同负荷点进行单侧辅机出力试验，获得正常工况下各负荷点单侧辅机运行的参数，根据机组运行负荷点动态设置指令的上限，在机组负荷低于50％额定负荷，且RB信号触发的情况下，辅机运行指令不能大于该负荷所对应的上限值，保证单台辅机出力不会过高，逻辑做法如图1所示，控制策略逻辑如图2所示。50％额定负荷以上运行时仍按原策略控制。另外，部分主要运行参数，如负压、汽包水位、汽温等在辅机跳闸后的调节过程会发生震荡，表明相关控制参数在低于50％额定负荷运行时调节性能不佳，在本方法中对PID控制器采用变参数设计，参数的赋值取决于机组运行负荷和辅机运行工况等因素。
图2所示的控制策略逻辑中，SELMW为发电机有功功率，即机组的实际发电负荷；M/A站为执行机构主控制器，可在M/A站中设置该执行机构为自动控制方式、手动控制方式和就地控制方式，在手动控制方式下，可由操作员手动输入控制指令数值，M/A站指令送出后分为两路作为两台设备执行机构的指令。左半部分逻辑为判断机组RUNBACK信号与机组发电有功功率小于50％额定负荷的条件是否同时满足，AND功能块为逻辑与计算，如果两个条件同时满足，则AND功能块输出为1，否则输出为0。中间部分逻辑执行的操作为选择输入，当左侧红框AND功能块输出为1，则下行输入选择为YES端，若AND功能块输出为0，则下行输入选择为NO端。右半部分逻辑中“<”符号为选小输出功能块，选取较小的输入端输出，小选块输入左端为M/A站送来的指令，输入右端为机组当前实际功率下对应的单台执行机构指令高限值，f(x)中即为发电负荷对应的单台执行机构高限值，如技术方案中提及需根据辅机设备单侧运行试验后确定。整个图中所示该逻辑执行的操作为低负荷运行时，辅机设备发生意外跳闸，该设备执行机构的指令不仅仅是简单的翻倍，而是需经过一定的限制，防止仍运行设备在低负荷下反而出力过大。
制粉系统跳闸后的控制策略：
低负荷段辅机跳闸与常规辅机跳闸的最大区别在于制粉系统跳闸的影响程度，高负荷段制粉系统运行台数多，单台制粉系统提供的煤量占比小，而低负荷下投用的制粉系统少，单台制粉系统跳闸可能意味着瞬间失去1/3，甚至是1/2的燃料量，这将在燃烧侧产生较大扰动，对燃烧、炉膛压力、一次风压等都造成较大影响。而其他主要辅机如送/引风机、一次风机、给水泵等设备跳闸在低负荷段跳闸可能不联锁跳闸制粉系统，对系统的扰动反而更小。
低负荷段制粉系统跳闸控制策略：(1)由于单台制粉系统的出力有限，有制粉系统跳闸后自动判断剩余运行制粉系统的带载能力是否低于负荷指令，如果是，则通过RB回路实施快速减负荷操作，RB控制回路应保证全程投入，如果带载能力高于负荷指令，则将协调控制方式切换为汽机跟随方式，锅炉侧保持出力不变，汽机侧控制主汽压力，保持主汽压力的稳定；(2)制粉系统跳闸瞬间损失的燃料量比例较大，在引风机控制中增加超驰控制回路，在制粉系统跳闸时快速降低引风机出力，帮助稳定炉膛负压，在一次风机控制中也增加超驰控制回路，在制粉系统跳闸时同步降低一次风机出力，防止煤粉浓度过低，保证燃烧稳定性。引风机和一次风机超驰控制的参数应针对各机组低负荷工况运行的特点进行设定。
实施例：
在某亚临界330MW机组上开展了低负荷工况下的制粉系统、送/引风机和一次风机跳闸试验。该机组锅炉为亚临界参数、自然循环、一次中间再热、固态排渣、单炉膛单锅筒锅炉，采用前后对冲燃烧方式，配有5台中速磨煤机。试验前机组以40％额定负荷运行，A、B、E三台磨煤机运行，各主要风机双侧运行，给水泵两台运行。试验前机组负荷为130MW，主汽压为9.1MPa，主汽温为470℃，一次风压为8.2kPa，炉膛负压-100Pa，汽包水位0mm，总煤量58t/h，总风量910t/h。
(1)制粉系统跳闸试验
本次试验由运行人员手动停运E制粉系统。E制粉系统停运后，燃料量最低至41t/h，当前带载能力高于负荷指令，而后A、B给煤机出力迅速上升，保持总煤量在60t/h左右，协调控制方式切换为汽机跟随方式，各调节系统调整各参数至稳定，炉膛负压，炉膛压力波动范围为-0.84kPa至+0.18kPa，汽包水位最高至58.89mm，其余主要参数基本保持稳定，机组保持安全运行。
(2)送/引风机跳闸试验
本发明中所述的保护控制策略方法增加前后分别进行了试验，试验均由运行人员手动停运A侧引风机，同侧送风机联锁跳闸。本发明方法增加之前的试验情况为：A侧风机跳闸后，B侧送/引风机出力迅速上升，动叶开度最高达到77％与80％。机组保持协调方式运行，总风量最低至780t/h，约30s左右恢复，炉膛负压波动范围为-0.45kPa至+0.15kPa，各调节系统调整参数至稳定，其余各主要参数稳定，机组运行安全。
本发明方法增加以后的试验情况为：A侧风机跳闸后，B侧送/引风机出力迅速上升，动叶开度受到限制，最高均达到70％。机组切换为汽机跟随方式运行，锅炉侧保持出力不变，主汽压力稳定。总风量最低仍至780t/h左右，约32s左右恢复，炉膛负压波动范围减小，为-0.42kPa至+0.1kPa，其余各主要参数稳定，机组运行安全。
(3)一次风机跳闸试验
同送/引风机跳闸试验一样进行了两次试验，试验均由运行人员手动停运A一次风机。本发明方法增加前的试验情况为：由于原RB回路中设有一次风机跳闸保留2台磨煤机的逻辑，A侧一次风机跳闸后，E磨煤机联锁跳闸，A、B给煤机迅速增加燃料量至58t/h左右，B一次风机液耦开度迅速开至90％。期间，机组保持协调控制方式运行，各调节系统调整各主要参数。炉膛负压波动范围为-1.17kPa至+0.6kPa；汽包水位波动范围为-43mm至+52mm；一次风压力最低至7.0kPa，最高至11.4kPa；总风量最低至736t/h，约50s恢复。在一次风机跳闸后的一段时间内，送/引风机的调节及一次风压力的调节出现了小幅震荡，一次风压力波动幅度约为0.8kPa。其余各参数的调节过程基本平稳，机组运行保持安全。
本发明方法增加后的试验情况为：A侧一次风机跳闸后，E磨联锁跳闸，A、B给煤机迅速增加燃料量至58t/h左右，B一次风机液耦开度迅速增加至该负荷下的上限开度78％，机组切换为汽机跟随方式，锅炉侧保持出力不变，主汽压力稳定。炉膛负压波动范围为-1.09kPa至+0.22kPa；汽包水位波动范围为-31mm至+49mm；一次风压力最低至7.0kPa，最高至9.8kPa；总风量最低至739t/h，约53s恢复。炉膛负压调节和一次风压调节的小幅震荡情况得到了明显改善，其余各参数的调节过程平稳，机组运行保持安全。
以上试验结果证明，本发明中涉及的保护控制方法具有较好的效果。
Claims (5)
1.一种用于火电机组深度调峰工况的辅机RUNBACK保护控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、低负荷段发生辅机跳闸时，机组控制方式调整为：将机组控制方式切换为汽机跟随方式TF，锅炉侧保持出力不变，由汽机维持主汽压力的稳定；
步骤2、低负荷段发生辅机跳闸时，主要辅机控制策略为：
步骤2.1、设计超驰控制回路；首先在低负荷段不同负荷点进行单侧辅机出力试验，获得正常工况下各负荷点单侧辅机运行的参数，根据机组运行负荷点动态设置指令上限值；在机组运行负荷低于50％额定负荷且RB信号触发的情况下，辅机运行指令小于或等于该机组运行负荷所对应的指令上限值；在机组运行负荷高于50％以上额定负荷时，仍按原策略控制主要辅机；
步骤2.2、当机组运行负荷低于50％额定负荷时，对PID控制器采用变参数设计，根据机组运行负荷和辅机运行工况对PID控制器的参数进行赋值；
步骤3、低负荷段发生制粉系统跳闸时，控制策略为：
步骤3.1、有制粉系统跳闸后自动判断剩余运行制粉系统的带载能力是否低于负荷指令；若剩余运行制粉系统的带载能力低于负荷指令，通过RB控制回路实施快速减负荷操作，将负荷将至目标值；若剩余运行制粉系统的带载能力高于负荷指令，将协调控制方式切换为汽机跟随方式TF，锅炉侧保持出力不变，由汽机维持主汽压力的稳定；
步骤3.2、在引风机控制中增加超驰控制回路；在一次风机控制中也增加超驰控制回路。
2.根据权利要求1所述的用于火电机组深度调峰工况的辅机RUNBACK保护控制方法，其特征在于，步骤2所述主要辅机为成对配置的辅机，包括：送风机/引风机、一次风机、空预器、给水泵和增压风机。
3.根据权利要求1所述的用于火电机组深度调峰工况的辅机RUNBACK保护控制方法，其特征在于，步骤2.1所述各负荷点单侧辅机运行的参数包括：负压、汽包水位和汽温。
4.根据权利要求1所述的用于火电机组深度调峰工况的辅机RUNBACK保护控制方法，其特征在于：步骤3.1所述RB控制回路全程投入。
5.根据权利要求1所述的用于火电机组深度调峰工况的辅机RUNBACK保护控制方法，其特征在于：步骤3.2所述引风机和一次风机的超驰控制回路中各参数根据各机组低负荷工况运行的特点进行设定。
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