王勁松

(上海發(fā)電設備成套設計研究院有限責任公司，上海 200240)

隨著發(fā)電機組的自動化程度越來越高，對給煤機精準控制的要求也越來越高。給煤機的運行狀態(tài)是否正常、給煤是否穩(wěn)定將直接影響發(fā)電機組穩(wěn)定和安全，因此各發(fā)電公司對給煤機在生產(chǎn)中運行狀況及自診斷能力也越來越重視。只有當集控室能夠收集到給煤機準確的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)才能保證機組安全平穩(wěn)工作，一旦給煤機失速或集控室無法收集到準確的給煤機運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，鍋爐就無法得到適配的給煤從而造成機組無法穩(wěn)定運行，甚至造成生產(chǎn)事故。

筆者根據(jù)某電廠600 MW機組投運后給煤機失速造成機組失穩(wěn)的實例，分析其原因，并給出解決方案。

1 機組概況及給煤機運行問題

1.1 機組概況

某電廠一期工程2臺600 MW超臨界間接空冷燃煤發(fā)電機組。鍋爐為超臨界參數(shù)、一次再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、前后墻對沖燃燒變壓直流爐，設計效率為93.43%；汽輪機為超臨界參數(shù)、一次中間再熱、四缸四排汽、單軸、表面間接空冷凝汽式汽輪機，汽輪機熱耗率驗收(THA)工況的熱耗率為8 010 kJ/(kW·h)。制粉系統(tǒng)為中速磨煤機冷一次風機正壓直吹式系統(tǒng)，每臺鍋爐配6臺磨煤機，每臺磨煤機配1臺給煤機，給煤機安裝在煤倉間17 m處，采用電子稱重式皮帶給煤機，進出口中心距離為2 200 mm，采用變頻調(diào)速，最大給煤質(zhì)量流量為80 t/h，最小給煤質(zhì)量流量為10 t/h，皮帶為800 mm寬的帶裙邊環(huán)形橡膠帶，機組正常運行時用五備一。

1.2 給煤機運行問題

根據(jù)對該電廠一期機組給煤機運行現(xiàn)場的實地調(diào)研，通過現(xiàn)場觀察發(fā)電機組給煤機使用情況并進行了模擬試驗，發(fā)現(xiàn)該電廠的給煤機運行問題主要有：

(1) 給煤機發(fā)生失速故障后集控室無法進行正確的判斷。結合現(xiàn)場實際情況分析是給煤機運行缺少必要的保護措施，如給煤機轉速反饋故障、給煤率達不到要求等問題不能反饋到集控室，也沒有設置設備自我保護的功能，集控室對機組運行狀態(tài)給出錯誤的估計，并在此錯誤的基礎上進行調(diào)整，輕則影響機組負荷，重則會影響機組安全。

(2) 給煤機計量問題。每天2臺機組給煤機計量的累計質(zhì)量比上煤系統(tǒng)的累計質(zhì)量多2 000 t。

由實地勘察和試驗得到問題的原因是沒有設置對給煤機進行故障保護的完善措施，并且缺失的不僅是幾次機組故障中相關的給煤機狀態(tài)信號，還有很多其他故障報警信號或故障保護信號，只是問題沒有嚴重到引起運行人員的注意，其中有些問題也是產(chǎn)生計量不準的原因。

2 原因分析

2.1 給煤機控制系統(tǒng)缺陷

根據(jù)以上故障現(xiàn)象及該電廠提供的原設備廠家圖紙，經(jīng)過仔細分析和深入探討，筆者認為該機組給煤機在運行中出現(xiàn)的這些問題的根本原因是給煤機控制系統(tǒng)主控制器是一個通用的流量積算儀表，并不是單單針對給煤機設計的控制系統(tǒng)，其應用范圍較廣，所以其功能還需要適應其他類似需要流量積算的設備。

給煤機設在機組運行中的特殊位置(入爐煤的咽喉處)，給煤機就地控制系統(tǒng)除了需要接收集控室的給煤機啟停和給煤量控制的指令(4～20 mA直流電)外，還必須向集控室輸出以下常規(guī)信號以便于集控室操作人員合理地進行操作和調(diào)節(jié)：(1)給煤機電流；(2)給煤機轉速；(3)順控故障；(4)給煤機故障；(5)皮帶電動機運行、停止狀態(tài)；(6)清掃電動機運行、停止狀態(tài)；(7)皮帶電動機故障；(8)清掃電動機故障；(9)瞬時給煤量；(10)累計給煤量；(11)給煤機進口側落煤管內(nèi)煤流的異常情況(堵煤)；(12)給煤率偏差大；(13)皮帶上斷煤；(14)給煤機出口堵煤；(15)給煤機機內(nèi)超溫；(16)就地或遠方控制方式；(17)容積式運行信號；(18)皮帶電動機運行正常信號。

除了以上需要輸出的狀態(tài)信號外，給煤機就地控制系統(tǒng)還必須具有故障的自診斷和保護功能，當某些特定故障(如電動機速度控制故障和給煤機出口側落煤管嚴重堵煤等)發(fā)生時，進行保護性停機，并向集控室輸出故障停機狀態(tài)信號。但是該電廠機組的集控室僅接入了給煤機電流、給煤機轉速、給煤的瞬時量和累計量，以及給煤機就地或遠方控制方式等部分信號，而許多故障狀態(tài)信號僅反映在流量積算儀表的故障清單中，只能在流量積算儀表的面板上查閱卻不能對外輸出，因此也沒有將其接入集控室[1]。由于以上原因造成運行時集控室無法收集到準確的給煤機運行狀態(tài)信號，造成了集控室可能在錯誤的基礎上調(diào)整鍋爐的給煤量，影響了機組安全[2]。

2.2 給煤機計量失準

對于電廠給煤機計量失準的情況，通過閱讀研究原供貨廠家提供的使用手冊，筆者認為該控制系統(tǒng)的計量誤差來源于稱重信號的不合理使用和皮帶轉速的不準確估算，速度和質(zhì)量是構成煤量積算的重要因素。稱重傳感器雖然是雙側布置，但2個傳感器的輸出是并聯(lián)后接入系統(tǒng)的，相當于僅接收了1個傳感器的數(shù)據(jù)，只有在理想狀態(tài)下，即稱重平臺的煤層是完全均勻的、2個傳感器的性能(起始狀態(tài)和單位質(zhì)量的輸出)是完全一致的情況下，才能真正反映所稱的質(zhì)量，但實際是不可能達到這種理想狀態(tài)的；而標定時需要估算速度，并結合人工計時，速度估算完全是理論過程，沒有考慮到皮帶張緊度，皮帶張緊度不同會導致皮帶厚度的差異，進而導致計量結果的差異。以上因素都會造成給煤機校驗得到的控制參數(shù)的失準，用失準的控制參數(shù)去進行流量調(diào)整和積算，其結果的準確性也就無法保證了[3]。

3 解決方案

要根本解決電廠機組給煤機運行中的諸多問題是比較大的技術改造工程，而該電廠的實際情況不具備技術改造的條件，因此只能針對給煤機在運行中對機組安全生產(chǎn)有較大影響的2個主要問題分別進行解決。

3.1 給煤機控制系統(tǒng)改進

采用外掛功能補丁完善給煤機控制系統(tǒng)缺陷是比較切合實際的辦法，筆者對采用外掛功能補丁的方案進行了研究、模擬和試驗，最后產(chǎn)生了以下可行的3個方案。

3.1.1 方案一

方案一是對當前給煤機的轉速信號進行判別，當轉速信號為0時跳機并發(fā)送信號至集控室報警或者發(fā)送報警信號至集控室，由操作人員停轉給煤機。采用的主要設備有微型可編程邏輯控制器(PLC)、模擬I/O接口、分路器等，工作原理為：并一路集控室發(fā)出的啟動信號至PLC，將皮帶電動機測速裝置的信號接入分路器分成兩路，一路仍接到流量積算儀表中，另一路作為判斷依據(jù)，由集控室發(fā)出的啟動信號觸發(fā)1個計數(shù)器用以延時3～10 s(視具體情況確定此采樣周期)。當計數(shù)器計滿后(延時時間到后)，比較轉速信號。當轉速信號正常(大于0)，則計數(shù)器清零并重新開始計數(shù)；如果轉速信號為0，則PLC輸出報警信號用以跳機和集控室報警。當接收到集控室停止信號即啟動信號消失時，計數(shù)器清零并停止工作。該方案的優(yōu)點是可以直接判定轉速信號是否正常，不正常就直接跳機或報警；缺點是測速信號在傳輸線路上多加了1個節(jié)點，即多了1個故障點，對系統(tǒng)的可靠性會有一定影響。

3.1.2 方案二

方案二是對輸出到集控室的瞬時流量進行判定，即當輸出瞬時流量為0時，判別給煤機是否在啟動狀態(tài)及皮帶電動機是否在轉動，以此判定給煤機的工作狀態(tài)是否正常，采用的設備除了方案一使用的微型PLC、模擬I/O接口、分路器以外，還必須在皮帶電動機主軸上另裝1套測速裝置，工作原理為：并一路集控室發(fā)出的啟動信號至PLC，將流量積算儀表的瞬時流量反饋接入模擬一拖二分成兩路，一路仍傳輸?shù)郊厥?，另一路作為判斷的依?jù)，同樣由集控室發(fā)出的啟動信號觸發(fā)1個計數(shù)器用以延時3～10 。當計數(shù)器計滿后，檢測瞬時流量反饋是否為0，同時檢測采樣的另一路即加裝的皮帶電動機測速信號。若該皮帶電動機測速信號不為0而瞬時流量反饋為0，則PLC輸出停機或報警信號至集控室；若瞬時流量反饋不為0，則計數(shù)器清零并重新開始計數(shù)，當接收到集控室停止信號即啟動信號消失時，計數(shù)器清零并停止工作。為避免加裝的測速信號失效，可增加1個報警信號(流量不為0而加裝的測速信號為0也輸出1個報警信號)，檢修人員可以根據(jù)該信號安排檢修。該方案的優(yōu)點是不影響主控回路的運轉，僅通過反饋信號來判別給煤機轉速是否消失；缺點是沒有直接檢測主控回路的轉速反饋信號，如果2個測速信號同時在運行中損壞(小概率事件)，則無法達到要求的保護功能，并且該方案需要加裝的外部設備較多，費用也比方案一高。

3.1.3 方案三

方案三是方案二的延伸，但是是對方案二的簡化，主要在集控室的分散控制系統(tǒng)(DCS)中對瞬時反饋量進行甄別，即當集控室發(fā)出啟動給煤機指令并接到給煤機就地控制系統(tǒng)皮帶電動機運行的回復信號后，延時一定時間，也可以是3～10 s，這個延時僅在剛剛啟動時需要，之后隨時監(jiān)測瞬時反饋信號，一旦為0并且就地控制系統(tǒng)回復的皮帶電動機運行的信號仍然正常，則DCS發(fā)出停止信號停運給煤機。該方案的優(yōu)點是比較簡單，不需要增加外圍線路，只需要在DCS增加1個判別組態(tài)及少量I/O接點，費用也較低，但是通過查閱該電廠的圖紙時發(fā)現(xiàn)就地控制系統(tǒng)沒有給煤機皮帶電動機運行正常的信號(給煤機技術規(guī)范常規(guī)要求輸出的信號、皮帶電動機運行正常信號)輸出，在該系統(tǒng)中只能借用變頻器的RUNNING信號來替代給煤機皮帶電動機運行正常信號；該方案的缺點在于僅對給煤機轉速信號消失進行了保護，通過對比該電廠目前的給煤機控制系統(tǒng)與常規(guī)的給煤機控制系統(tǒng)的要求，發(fā)現(xiàn)缺失的信號還有很多，如果需要增加其他將來可能發(fā)現(xiàn)的故障保護設備，需要重新考慮方案，而前2個方案可以直接在PLC上進行擴展。

以上3個方案均可以對給煤機控制中出現(xiàn)的轉速反饋消失進行保護，技術也不復雜，用戶可自己完成，這些方案也有各自的局限性，電廠可根據(jù)自身機組的要求自主選擇。

3.2 給煤機計量失準改進

對于給煤機計量失準的問題，解決方案是采用模擬實煤校驗的方法，即通過在皮帶上計量已知質(zhì)量的砝碼進行比對，通過計算得出實際產(chǎn)生的誤差，以此反推出校驗數(shù)據(jù)的偏差，并逐步修正，得到正確的校驗數(shù)據(jù)，使給煤機能夠在正確的數(shù)據(jù)下運行，得到相對準確的計量，作為原先技術性能先天不足的一些彌補[4]，方法[5]如下：

(1) 挑選數(shù)十個能夠仿真與實際物料相似輸送狀況的砝碼(準確度達到M級)。

(2) 記錄給煤機控制系統(tǒng)顯示的累計量(初值)，然后將砝碼逐個放入運行中的稱重式給煤機入口輸送帶上。

(3) 當砝碼全部通過給煤機輸送帶后，記錄在給煤機控制系統(tǒng)顯示的累計量(終值)。

(4) 根據(jù)終值與初值的差和真值(所有砝碼的總質(zhì)量)比較，可得給煤機確切的計量誤差。

(5) 根據(jù)該誤差，通過運算逐步修正給煤機定度得到控制參數(shù)。

4 結語

通過對該電廠給煤機實際運行情況的調(diào)研和考察，得出采用流量積算儀的給煤機控制系統(tǒng)在實際運行中有諸多不適應給煤機這個特殊設備的缺陷，結合實際情況實際分析，可以通過采用外掛功能補丁的方式針對性地解決該問題。由于采用流量積算儀系統(tǒng)控制的給煤機在整個電力市場有著一定的占有率，因此該電廠的給煤機運行中出現(xiàn)的問題具有一定的代表性，解決該問題對其他類似的給煤機控制系統(tǒng)具有一定的借鑒性。