某电厂600MW超临界机组MCS系统控制策略分析--中国期刊网

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某电厂600MW超临界机组MCS系统控制策略分析

发表时间：2021/8/11 来源：《电力设备》2020年第34期作者：刘运兵沈妹

[导读] 【摘要】本文针对某电厂600MW超临界机组MCS控制系统，叙述了该类型机组MCS系统中协调控制系统、给水控制系统、燃烧控制系统、汽温控制系统自动调节的实现原理、方法，根据变负荷及AGC试验，分析证明该系统控制效果。

        （江苏南热发电有限责任公司）
        【摘要】本文针对某电厂600MW超临界机组MCS控制系统，叙述了该类型机组MCS系统中协调控制系统、给水控制系统、燃烧控制系统、汽温控制系统自动调节的实现原理、方法，根据变负荷及AGC试验，分析证明该系统控制效果。
        【关键词】超临界；协调控制；热工自动控制
        1、前言：
        目前电网统调发电机组中超临界机组占比越来越大，基本以600MW以上机组为主。超临界直流炉MCS系统控制与汽包炉有着较大的不同，本文结合某600MW发电厂机组MCS系统控制调试数据，介绍超临界直流炉协调控制策略。
        2、系统介绍
        某电厂锅炉为某锅炉厂生产制造的超临界变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、燃烧器布置方式采用前后墙布置，对冲燃烧燃烧方式、平衡通风，锅炉型号：HG-1965/25.4-YM5型锅炉。配备6台HP1003碗式中速磨煤机。汽轮机为东方汽轮机厂生产的超临界、中间再热、冲动式、单轴、双抽调整供热、双背压、三缸四排汽凝汽式汽轮机，机组型号：CC600/537-24.2/4.2/1.0/538/566。
        机组DCS控制采用Emerson公司的OVATION分散控制系统。MCS系统主要包括机炉协调控制、锅炉主控、汽机主控、给水控制、燃料控制、分离器温度控制、过热蒸汽温度、再热蒸汽温度、送风控制、引风控制、磨煤机出口温度、磨煤机一次风量控制、除氧器水位、加热器水位、凝汽器水位控制系统等。
        3、主要控制策略
        3.1 机组控制模式
        根据机组运行工况不同，控制模式分三种：手动模式、汽机跟随、协调控制模式。
        手动模式：锅炉和汽机主控都处于手动模式。该模式下主汽压力和发电功率都由运行手动控制。
        汽机跟随模式：锅炉主控处于手动模式，汽机处于自动模式。该模式下机组的主汽压力由汽轮机调门自动控制，机组发电功率与运行给定的燃料量和给水量控制有关。
        协调控制模式：锅炉和汽机主控都处于自动模式。本机组采用的是锅炉跟随的协调控制模式，即锅炉控制主汽压力，汽机控制机组发电功率。
        3.2 协调控制系统
        在机炉协调控制模式下，机组负荷指令由运行人员手动输入或接收调度负荷指令。在协调控制模式下，机炉作为一个整体，机组负荷指令分别送到汽机主控和锅炉主控，以便使输入给锅炉的能量能与汽机的输出能量相匹配。为了投入协调控制（CC）运行方式，不仅锅炉输入控制和汽机主控投入，而且锅炉所有的主要控制回路，如给水、燃料量、风量和炉膛压力控制等都应处于自动方式。
        3.2.1 负荷指令速率限制以及负荷指令上下限
        机组负荷指令下达后，需要进行速率限制，经过速率限制之后的负荷指令才是实际的负荷指令。机组的变负荷速率可由运行人员输入。除负荷速率限制外，系统还设置了负荷指令的上下限。负荷上下限由操作员设定。当机组负荷高于负荷上限或低于负荷下限时，机组的变负荷速率自动变为0。协调退出后，负荷上限和负荷下限自动跟踪当前机组发电功率。
        3.2.2 压力设定值
        主汽压力的设定有定压和滑压两种方式。操作员站上有滑压运行选择按钮, 当选用滑压方式时，主汽压力设定值按照滑压曲线由机组当前功率来确定, 否则机组就是采用定压运行方式。定压运行方式, 操作员在主汽压力上下限范围内设置其给定值。无论是定压还是滑压运行, 最终的主汽压力给定值都必须按照一定的速率进行升降，压力设定值的变化率由运行人员设定。当机组发生RB工况时, 主汽压力设定回路自动切为滑压方式。
        3.2.3 一次调频功能
        根据电网的要求，机组必须具备一次调频功能。本机组的一次调频按照5％的不等率设定，上下限幅为±3%，转速死区设置为2rpm即0.0333Hz。一次调频功能在DEH和CCS双侧投用。
        3.3 汽机主控
        在协调控制方式下，汽机主控控制机组发电功率；在汽机跟随方式下，汽机主控控制主蒸汽压力。两者实现无扰切换。
        汽机主控在手动方式下，由运行人员手动设置，对汽轮机的调门开度进行控制。
        在协调控制方式下，为了加快机组对负荷指令的相应，适当增加前馈作用。利用机组负荷指令信号作为前馈量。
        3.4 锅炉主控
        锅炉主控处于手动方式下，若燃料、给水都处于自动，则可以由运行人员输入锅炉指令，锅炉指令经过函数运算后送至燃料控制和给水控制，作为燃料控制和给水控制的给定值。若燃料控制处于手动控制，则锅炉主控指令跟踪实际的给煤量。
        由于锅炉的惯性较大，单纯依靠PID调节效果不是很理想，因此增加了前馈回路。在机组处于稳态情况下，利用P1/Pt*Ps信号作为锅炉主控的前馈，其中P1为调节级压力，Pt为主蒸汽压力，Ps为主蒸汽压力设定值。在机组进行负荷变动时，锅炉主控的前馈分为两部分：一部分由经过速率限制的负荷指令决定；另一部分由负荷指令的变化率决定。前馈作用的强弱根据机组的运行工况进行整定。
        机组进行负荷变动时，主蒸汽压力波动相对较大，此时如果还是按照稳态情况下的PID参数进行调节，则在变负荷的后期主蒸汽压力会出现超调的情况，因此在机组变负荷时，锅炉主控的PID参数相应变化，使得PID的调节速率变慢。
        RB情况下，锅炉主控切为手动，其输出值为RB的目标值。
        3.5 给水控制
        系统配备了两台50％容量的汽动给水泵和一台启动给水泵，在正常运行情况下启动给水泵处于停止状态，不参与给水调节。
        给水控制的设定值由锅炉主控的输出经过函数换算后再经过三个一阶惯性延迟后得到。为了保证手/自动方式的无扰切换，同时也为了方便运行人员进行干预，给水控制的设定值增加了偏置，偏置由运行人员根据机组的运行工况设定。
        3.6 燃料控制
        燃料控制的设定值由三方面组成：a、锅炉主控的输出；b、机组负荷变动时燃料的前馈；c、分离器温度控制的输出。
        在机组增负荷的初期，通过汽机主控加大汽机调门的开度，机组的发电功率增大，由于锅炉的惯性大，锅炉的燃料和给水并未同步增加，这导致了锅炉的蓄热减少，为了弥补这部分锅炉的蓄热，在机组增负荷时，增加了燃料的前馈用于增加一部分燃料。前馈的强弱根据具体的工况整定。
        3.7 分离器出口温度控制
        目前分离器出口温度的控制方式一般有两种：通过改变给水量调节分离器出口温度和通过改变给煤量调节分离器出口温度。两种方式各有各的优缺点：通过给水调节分离器出口温度调节速度快，分离器出口温度波动小，但是给水量的变化会直接影响主蒸汽压力，导致整个协调控制系统的波动；通过给煤调节分离器出口温度对整个协调控制系统的影响小，但是调节速度相对较慢，温度波动也较大，在负荷较低时可能会导致水冷壁短时超温。本机组采用给水量调节分离器出口温度。
        分离器出口温度的设定值由机组的实发功率确定，负荷越高设定值越高。为了保证手/自动方式的无扰切换，同时也为了方便运行人员进行干预，分离器出口温度的设定值增加了偏置，偏置由运行人员根据机组的运行工况设定。
        机组进行负荷变动时，由于给水对分离器出口温度的作用快，而燃料对分离器出口温度的作用慢，导致分离器出口温度偏离设定值，如果按照正常调节，则分离器出口温度会出现超调，因此在机组变负荷时，分离器出口温度控制的PID参数进行变化，使得调节作用变弱。
        机组发生RB时，运行工况严重偏离正常工况，分离器出口温度控制的调节作用也响应变弱。

        图1：直流锅炉给水调节系统图
        4、AGC试验
        在机组协调控制系统及各个子系统的参数整定之后，进行变负荷试验。机组在变负荷的过程中运行参数比较理想，机组负荷变化率为12MW/min，负荷动态偏差小于10.8MW，主蒸汽压力动态偏差小于0.6MPa。
        机组还进行了三次AGC试验。试验结果：负荷变化率为1.98％Pe/min，负荷动态偏差小于10.8MW，主蒸汽压力动态偏差小于0.6MPa，其他各主要参数波动在正常范围内。
        试验一： AGC模式下，5台磨煤机运行。机组负荷从600MW降到490MW，测试所得的机组AGC速率为1.98% MCR/min，曲线一为该阶段AGC试验负荷变化曲线。该阶段AGC试验的主要参数变化情况见下表：

        试验结果分析：试验中负荷控制良好，实测AGC速率达到1.98% MCR/min。
        试验二： AGC模式下，4台磨煤机运行。机组负荷从460MW 降到360MW，测试所得的机组AGC速率为2.01% MCR/min，曲线二为该阶段AGC试验负荷变化曲线。该阶段AGC试验的主要参数变化情况见下表：

        试验结果分析：试验中负荷控制良好，实测AGC速率达到2.01% MCR/min。
        试验三： AGC模式下，4台磨煤机运行。机组负荷从360MW升到460MW，测试所得的机组AGC速率为1.96% MCR/min，曲线三为该阶段AGC试验负荷。该阶段AGC试验的主要参数变化情况见下表：