周瓏

（百超（上海）精密機床有限公司，上海 200135）

在我國大型火力發(fā)電廠的熱工控制系統(tǒng)中，為解決負荷控制過程中內(nèi)外能量平衡問題，并依據(jù)單元機組的負荷控制特點，單元機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的概念（Coordinated Ccontrol System，簡稱CCS）被提出來。廣義上來說，也可以稱之為單元機組負荷控制系統(tǒng)，在其綜合控制下，汽輪發(fā)電機和鍋爐成為一個整體，根據(jù)內(nèi)部運行參數(shù)及電網(wǎng)負荷需求，機組可同時完成協(xié)調(diào)運行。一方面對內(nèi)可以使得主蒸汽壓力偏差維持在允許范圍內(nèi)，另一方面也可以使其對外具有良好的調(diào)頻能力及較快的功率響應(yīng)。

1 協(xié)調(diào)控制方式分類

常見的機組協(xié)調(diào)控制方式有以下幾種方案：

1）以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式（簡稱BF）

該方式是在汽輪機側(cè)控制負荷（輸出電功率）PE、鍋爐側(cè)控制主蒸汽壓力pT的基礎(chǔ)上，讓汽輪機側(cè)的控制配合鍋爐側(cè)控制pT的一種協(xié)調(diào)控制方式。在實際應(yīng)用中，它還包括不完全BF方式，即汽輪機側(cè)控制負荷，鍋爐側(cè)手動調(diào)節(jié)燃燒及主汽壓力。

2）以汽輪機跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式（簡稱TF）

該方式是在鍋爐側(cè)控制負荷（輸出電功率）PE、汽輪機側(cè)控制主蒸汽壓力 pT的基礎(chǔ)上，讓汽輪機側(cè)的控制配合鍋爐側(cè)控制PE的一種協(xié)調(diào)控制方式。在實際應(yīng)用中，它還包括不完全TF方式，即汽輪機側(cè)控制主蒸汽壓力，鍋爐側(cè)手動調(diào)節(jié)燃燒及機組負荷。

3）綜合型協(xié)調(diào)控制方式（簡稱CCS）

該方式能較好地保持機組內(nèi)、外兩個能量供求的平衡關(guān)系，即具有較好的負荷適應(yīng)性能，又具有良好的汽壓控制性能，是一種較為合理和完善的協(xié)調(diào)控制方式，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對主/輔設(shè)備的性能、燃料熱值穩(wěn)定等方面要求較高。

另外，在實際運行中，還有一種手動調(diào)節(jié)鍋爐出力和機組負荷的方式BASE，該方式對運行人員的操作要求較高，蒸汽參數(shù)及機組負荷控制起來有較大的難度。

2 TF方式的特點

該廠機組控制方式一般采用BF或 CCS，下面主要分析的是我廠 2×300MW 機組事故情況下采用較多的TF控制方式，尤其是不完全TF方式，它在機組的盡快恢復(fù)穩(wěn)定運行，減少控制人員的操作難度方面具有突出的表現(xiàn)，該廠控制員利用此方式多次化解機組運行險情。下面先對TF方式作一下簡要的介紹。

以汽輪機跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式如圖1所示。

圖1 以汽輪機跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式

鍋爐的主控制器接受機組負荷指令P0（功率給定值）和機組實發(fā)功率反饋信號PE；當負荷指令P0改變時，產(chǎn)生負荷偏差ΔP=P0-PE，鍋爐主控制器依照此偏差值調(diào)控子控制系統(tǒng)指令PB，進而使鍋爐燃燒率（包括相應(yīng)的給水流量等）得以改變，并最終適應(yīng)負荷的能量需求。

汽輪機主控制器接受主蒸汽壓力的給定值p0和機前實際主蒸汽壓力反饋信號pT，當鍋爐側(cè)調(diào)負荷或某些因素導(dǎo)致主蒸汽壓力值pT改變時，產(chǎn)生汽壓偏差Δp= p0-pT，汽輪機主控制器依此調(diào)節(jié)其子控制系統(tǒng)的負荷指令NT，使得進汽流量及進汽調(diào)節(jié)閥的開度μT隨之改變，從而保證主蒸汽壓力pT的穩(wěn)定。

該協(xié)調(diào)方式是以加大汽壓動態(tài)偏差為代價來換取負荷響應(yīng)速度的提高的。由于這種協(xié)調(diào)控制方式直接由負荷指令控制燃燒率，可以說它是通過加快鍋爐側(cè)的負荷響應(yīng)速度，使機爐之間的動作達到協(xié)調(diào)的。

而不完全TF方式屬于TF控制應(yīng)用的一種擴大型，在該廠300MW 機組也應(yīng)用較多，即汽輪機側(cè)控制主蒸汽壓力，鍋爐側(cè)手動調(diào)節(jié)燃燒及機組負荷，相比完全TF方式，后者在機組鍋爐側(cè)主/輔設(shè)備故障、鍋爐子控制系統(tǒng)故障、RB保護動作的情況下，對于機組控制員更好的掌控機組運行，使機組盡快恢復(fù)穩(wěn)定方面的作用尤為突出。因為在實際發(fā)電生產(chǎn)中，鍋爐子系統(tǒng)出故障及主要輔機故障的機率較高，諸如制粉系統(tǒng)、空預(yù)器、給水泵、引送風機等故障跳閘，一旦出現(xiàn)這些情況，鍋爐主控制器將無法投入自動，鍋爐燃燒、水位、主蒸汽參數(shù)極易大幅波動，機組負荷也難以穩(wěn)定，一旦控制不好就可能造成鍋爐MFT，機組跳閘。由于現(xiàn)在廣泛推行全員值班制度，一臺 300MW 機組僅兩人控制，在事故面前，如何合理分工，抓住主要參數(shù)，才能騰出手來盡快明晰故障類型及危險點，將機組控制穩(wěn)定。而主汽壓力就是這個主要參數(shù)，只有這個參數(shù)盡可能穩(wěn)定，才能為鍋爐燃燒、水位等調(diào)整創(chuàng)造良好條件，控制員才不至于受忙腳亂，顧此失彼，不完全TF方式正好適應(yīng)了這種工況，雖然犧牲了機組負荷（可由值長及時向調(diào)度申請機組負荷調(diào)頻減少不合格電量），但穩(wěn)住了主汽壓力，有利于控制員專心調(diào)整燃燒和水位，盡快將機組穩(wěn)定下來，下面舉一個該廠發(fā)生的機組跳閘案例來印證不完全TF方式的合理利用對機組穩(wěn)定運行的作用。

3 案例分析

3.1 事故經(jīng)過

2006年04月25日17：06，#4機帶負荷240MW，A送風機突然跳閘，A送風機跳閘后，機組RB保護動作，E層給粉機跳閘，主汽壓力下降，機組自動快速減負荷至142MW，控制員立即增大天然氣流量以穩(wěn)定鍋爐燃燒，同時手動調(diào)整引、送風機維持負壓和正常風量，鍋爐燃燒得以維持。17：12 A送風機投運正常，此時機組負荷在142MW，主汽壓力回升，立即投負荷控制，目標負荷200MW，負荷率15MW/min，機組開始加負荷，同時繼續(xù)增加汽泵轉(zhuǎn)速，17：14主汽壓力上升趨勢加快，汽包安全門動作，汽包水位迅速下降，給水流量下降，最后到零，繼續(xù)增加汽泵轉(zhuǎn)速仍不見給水流量回升，17：16水位降至－350mm鍋爐MFT動作，汽機跳閘，發(fā)電機解列。

3.2 原因分析及處理過程

分析認為：17：06分，A送風機突然跳閘，RB保護動作。由于鍋爐、燃料、汽機的主控均以手動方式控制，DEH處于負荷控制方式（即不完全BF）。RB動作后，汽機主控隨之自動強切，機組處于汽機跟隨方式。也就是說，當主汽壓力增大時，調(diào)節(jié)汽機調(diào)門用以阻止主汽壓力提高；相反，當主汽壓力下降時，使汽機調(diào)門關(guān)小，以保證主汽壓力平衡。通過歷史曲線不難看出，RB發(fā)生后，在約3min的時間內(nèi)，DEH負荷從240 MW迅速下降到145 MW，同時，主汽壓力從16.59 MPa跌至16.066 MPa，而后趨于穩(wěn)定。整個TF控制期間，主汽壓力的波動不是十分明顯?？梢钥闯?，在沒有采取其它的穩(wěn)壓方式時，若不能快速減小負荷，就不能保證主汽壓力維持在允許范圍。保證主汽壓力，雖然是以犧牲功率為代價，但同時也保障了其他的參數(shù)的穩(wěn)定。17：10：03，工作人員切除TF運行方式，DEH處于負荷控制，這種情況下，升負荷率影響負荷的增減。據(jù)廠家資料，DEH和MCS中升負荷率范圍處于 0～15MW 之間，超出范圍的設(shè)定則無效。17：11min，主汽壓力上升，2min后呈快速上升趨勢，工作人員進行增加負荷，因受升負荷率限制，快速開大汽機調(diào)門不能使鍋爐壓力維持平衡，導(dǎo)致主汽壓力持續(xù)上升。17：15：54，安全門動作發(fā)生，DEH負荷為158.7 MW，主汽壓力18.66 MPa，低于其最大限19.633 MPa。

另外還需指出，TF方式下鍋爐壓力的穩(wěn)定過程是十分快速的，其中DEH控制器不受升負荷率的限制，MCS中汽機調(diào)門受汽機主控輸出直接控制。我們知道，在汽包的壓力突然下降時，爐水的飽和溫度隨壓力相應(yīng)下降，從而放出大量熱進行自行蒸發(fā)，引起爐水內(nèi)汽泡增多，體積膨脹，致使水位上升，形成一個虛假的水位。而在汽包的壓力突然提升時，使得與之對應(yīng)的飽和溫度也隨之提高，其中產(chǎn)生的一些熱量被用來對爐水進行加熱，減少蒸發(fā)量，因此爐水內(nèi)汽泡減少，體積減少，從而使得水位下降，同樣形成一個虛假水位。因此，RB動作發(fā)生，汽機主控強投維持主汽壓力，有其相應(yīng)的理論支持。此次RB觸發(fā)后3min，工作人員切除TF方式，DEH進入負荷控制，在恢復(fù)A送風機以后，由于未采取其它有效措施將主汽壓力得以有效控制（注：鍋爐主控、燃料主控在手動），致使安全門動作，給水位控制帶來很大難度。分析任為：引起鍋爐汽包水位低Ⅲ值MFT動作機組跳閘的主要原因是作為控制員在恢復(fù)送風機時未注意鍋爐燃料的投入，送風量的匹配，引起主汽壓力回升，加之又將TF方式切除，投入負荷控制，使得加負荷受限，從而主汽壓力升高，鍋爐安全門動作。造成鍋爐進水困難，機組因汽包水位低跳閘。

4 結(jié)論

通過上述分析，筆者認為作為運行人員，特別是機組控制員要進一步加強學(xué)習，特別是要了解熱工保護動作邏輯，掌握不同工況下機組的控制方式并加以合理應(yīng)用，加強在事故處理中的溝通和聯(lián)系，要經(jīng)常做好各類事故預(yù)想，提高事故處理能力。當前，我國火電機組發(fā)電小時數(shù)大幅下降，運營成本持續(xù)上漲，在川火電機組發(fā)電形勢更為嚴峻，因此切實抓住難得的發(fā)電機遇，練好內(nèi)功，保證機組穩(wěn)定運行顯得尤為重要。

[1]鄭體寬.熱力發(fā)電廠[M].北京:水利電力出版社,1995.

[2]高偉.計算機控制系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社,2008.

[3]湖北襄樊發(fā)電有限責任公司編著.汽輪機設(shè)備及運行[M].北京:中國電力出版社,2003.

[4]湖北襄樊發(fā)電有限責任公司編著.燃煤鍋爐機組[M].北京:中國電力出版社,2003.

[5]肖大雛.火電廠計算機控制[M].北京:水利電力出版社,1995.

[6]高偉.論火電廠綜合自動化[J].華中電力,1999(3).