《火電機(jī)組CCS系統(tǒng)十大功能詳解》節(jié)選自趙志丹等編著的《超超臨界機(jī)組模擬量控制系統(tǒng)的調(diào)試及優(yōu)化》，文章內(nèi)容對(duì)CCS系統(tǒng)功能做了總結(jié)介紹。
1、機(jī)組負(fù)荷指令的形成
機(jī)組負(fù)荷指令運(yùn)算回路，主要由AGC回路和功率設(shè)定值回路構(gòu)成。在非協(xié)調(diào)狀態(tài)下，機(jī)組的負(fù)荷指令跟隨實(shí)發(fā)功率；在協(xié)調(diào)方式下，運(yùn)行人員可以通過(guò)負(fù)荷設(shè)定窗口手動(dòng)給出機(jī)組負(fù)荷指令；在AGC方式下，負(fù)荷指令接受電網(wǎng)中心調(diào)度(ADS)來(lái)的指令。負(fù)荷指令經(jīng)過(guò)負(fù)荷限制邏輯經(jīng)響應(yīng)運(yùn)算后輸出，就是我們通常所說(shuō)的目標(biāo)負(fù)荷，目標(biāo)負(fù)荷通過(guò)變化率限制回路按一定的負(fù)荷變化率形成機(jī)組功率設(shè)定值。負(fù)荷變化率是運(yùn)行人員根據(jù)機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行狀況來(lái)確定的，通常電網(wǎng)要求不低于1.5%/min。在超臨界直流機(jī)組的協(xié)調(diào)控制當(dāng)中不應(yīng)當(dāng)對(duì)設(shè)定負(fù)荷增加慣性環(huán)節(jié)。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，設(shè)定負(fù)荷指令作為前饋同時(shí)改變進(jìn)入爐膛的煤量和去汽輪機(jī)的負(fù)荷設(shè)定，在保證機(jī)組安全的前提下，盡最大可能提高鍋爐的燃燒率，響應(yīng)機(jī)前壓力的要求。
ADS信號(hào)的構(gòu)成：當(dāng)DCS與電氣RTU接口正常時(shí)，電網(wǎng)允許機(jī)組投入AGC運(yùn)行，運(yùn)行人員將AGC投入，機(jī)組ADS負(fù)荷指令信號(hào)即可參與到控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷控制的遙控。
ADS投入允許條件(以下條件相“與”)：
①機(jī)組負(fù)荷控制在協(xié)調(diào)控制方式。
②ADS指令與機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值偏差在允許范圍內(nèi)。
③ADS信號(hào)正常。
ADS強(qiáng)制退出條件(以下條件相“或”)：
①機(jī)組負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方式?jīng)]有投入。
②調(diào)度負(fù)荷信號(hào)故障。
2、頻率校正回路
機(jī)組一次調(diào)頻回路接收發(fā)電機(jī)頻率信號(hào)，經(jīng)一次調(diào)頻曲線后加入到機(jī)組的負(fù)荷設(shè)定值中，但一次調(diào)頻函數(shù)的輸出值收到機(jī)組運(yùn)行中變負(fù)荷幅度的限制，在接近負(fù)荷高/低限時(shí)的一次調(diào)頻量值響應(yīng)減小。當(dāng)一次調(diào)頻發(fā)生，汽輪機(jī)的調(diào)門(mén)開(kāi)度改變時(shí)，機(jī)組變化的功率同時(shí)疊加到機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的負(fù)荷設(shè)定回路，以便和汽輪機(jī)本身的一次調(diào)頻功能相適應(yīng)。一方面，保證汽輪機(jī)主控設(shè)定負(fù)荷與反饋的實(shí)發(fā)功率信號(hào)的平衡，汽輪機(jī)主控的反向調(diào)節(jié)作用不會(huì)抵消一次調(diào)頻的作用；另一方面，一次調(diào)頻動(dòng)作的量值同時(shí)作用于鍋爐主控，迅速改變煤量以補(bǔ)償壓力的失衡。一次調(diào)頻功能有一個(gè)不靈敏區(qū)，當(dāng)電網(wǎng)頻率在該不靈敏區(qū)波動(dòng)時(shí)，一次調(diào)頻輸出量為“0”。需要注意的是，汽輪機(jī)本身的一次調(diào)頻功能與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的一次調(diào)頻設(shè)置一致，不產(chǎn)生相互的干擾。
在我國(guó)各電網(wǎng)對(duì)一次調(diào)頻能力的要求有所不同，但基本上要求一次調(diào)頻動(dòng)作3S后，負(fù)荷有明顯的變化，15S后變化的負(fù)荷達(dá)到一次調(diào)頻量值的90%，1min后變化的負(fù)荷基本穩(wěn)定。這些要求對(duì)蓄熱較少的超臨界直流爐來(lái)講比汽包爐和流化床機(jī)組要相對(duì)困難，必須提高鍋爐對(duì)主蒸汽壓力的響應(yīng)速率。
需要注意的是，通常的一次調(diào)頻動(dòng)作包括DEH方式和CCS+DEH方式兩種，在汽輪機(jī)的DEH方式下，一次調(diào)頻的量值直接疊加在汽輪機(jī)的流量指令上，此時(shí)為保證動(dòng)作量值的穩(wěn)定，需要增加其壓力對(duì)動(dòng)作量值的修正；而CCS+DEH方式投入時(shí)，協(xié)調(diào)的汽輪機(jī)主控對(duì)增加的一次調(diào)頻量進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，此時(shí)對(duì)汽輪機(jī)流量的疊加需要一定的弱化，否則會(huì)出現(xiàn)動(dòng)作初期的超調(diào)。此外，汽輪機(jī)主控存在的壓力拉回修正應(yīng)當(dāng)進(jìn)行相應(yīng)的閉鎖，不對(duì)一次調(diào)頻分量進(jìn)行修正。
3、機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷的上限和下限
無(wú)論機(jī)組協(xié)調(diào)控制方式是否投入，機(jī)組負(fù)荷上限和下限設(shè)定值的設(shè)定都是通過(guò)控制邏輯內(nèi)部的功能塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于600MW機(jī)組而言，上下限值的設(shè)定范圍在0~660MW之間。在協(xié)調(diào)或AGC方式下，運(yùn)行人員通過(guò)畫(huà)面接口設(shè)定負(fù)荷的上限和下限。目標(biāo)負(fù)荷必須在上下限之間，否則目標(biāo)負(fù)荷在邏輯上不起作用。機(jī)組在協(xié)調(diào)未投入的情況下，負(fù)荷上限和下限跟蹤機(jī)組的實(shí)發(fā)功率并帶有一定的偏置，因此在協(xié)調(diào)投入后，必須首先合理設(shè)定負(fù)荷的上限和下限。
4、機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷變化率的設(shè)定
為防止目標(biāo)負(fù)荷的階躍變化擾動(dòng)對(duì)機(jī)組整個(gè)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊，目標(biāo)負(fù)荷改變后通過(guò)負(fù)荷變化率的限制形成設(shè)定負(fù)荷。負(fù)荷變化率可以手動(dòng)設(shè)定，也可以自動(dòng)設(shè)定。在自動(dòng)方式時(shí)，根據(jù)機(jī)組給定負(fù)荷或者鍋爐輸入指令自動(dòng)給出機(jī)組的負(fù)荷變化率。在手動(dòng)方式時(shí)，負(fù)荷變化率可在機(jī)爐協(xié)調(diào)畫(huà)面的負(fù)荷變化率設(shè)定區(qū)設(shè)定。機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷設(shè)定值經(jīng)過(guò)一次調(diào)頻量值的修正、目標(biāo)負(fù)荷高限和低限限制后形成機(jī)組設(shè)定負(fù)荷。
5、主蒸汽壓力設(shè)定
在鍋爐和汽輪機(jī)主控都沒(méi)有投入時(shí)，機(jī)組主蒸汽壓力設(shè)定值跟蹤汽輪機(jī)側(cè)實(shí)際主蒸汽壓力，此時(shí)壓力變化率不受限制。當(dāng)滑壓運(yùn)行方式投入(協(xié)調(diào)或汽輪機(jī)跟隨投入)時(shí)，機(jī)組主蒸汽壓力設(shè)定值跟蹤機(jī)組給定負(fù)荷對(duì)應(yīng)的滑壓曲線。在有的超臨界機(jī)組運(yùn)行方式的設(shè)置上，還有一種運(yùn)行方式成為BI方式(給水在自動(dòng)、水煤比在手動(dòng))，按照鍋爐的輸入負(fù)荷設(shè)定機(jī)組的主蒸汽壓力。
主蒸汽壓力設(shè)定存在定壓和滑壓兩種模式，但對(duì)超臨界機(jī)組來(lái)說(shuō)，正常運(yùn)行必須在滑壓運(yùn)行模式下；此外滑壓曲線的選擇必須兼顧變負(fù)荷過(guò)程汽輪機(jī)調(diào)門(mén)的裕度及汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，而滑壓變化率必須能夠保證變負(fù)荷過(guò)程所對(duì)應(yīng)的壓力變化，即，負(fù)荷變化結(jié)束，主蒸汽壓力設(shè)定變化結(jié)束，否則將影響機(jī)組W考核曲線拐點(diǎn)處的調(diào)節(jié)。具體滑壓曲線的設(shè)置與汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)(GV閥的各參數(shù)及運(yùn)行方式)存在一定的關(guān)系，在維持參數(shù)較高的情況下盡可能減少節(jié)流損失。
6、機(jī)組運(yùn)行方式
在機(jī)組控制策略的設(shè)計(jì)上，機(jī)爐協(xié)調(diào)控制根據(jù)機(jī)組運(yùn)行工況形成下面的鍋爐和汽輪機(jī)指令。
①鍋爐主控指令。
②汽輪機(jī)主控指令。
③鍋爐輸入變化率指令(有的超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)有BI方式，即，機(jī)組在干態(tài)且給水投入自動(dòng)而水煤比在手動(dòng)的情況下，它包含了TF方式)。
這些指令間的關(guān)系取決于選擇的運(yùn)行方式。機(jī)組運(yùn)行方式如下：
①機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式(CCS)。
②鍋爐跟蹤控制方式(BF)。
③汽機(jī)跟蹤控制方式(TF)。
④機(jī)組手動(dòng)控制方式。
7、交叉限制功能
交叉限制功能是指在給水、燃料和總風(fēng)量的每個(gè)流量設(shè)定指令上加上一些限制，以確保這些參數(shù)之間的不平衡在任何工況下都不會(huì)超出最大或最小允許的限值。這些功能只有在相應(yīng)的回路運(yùn)行在自動(dòng)方式下才有效?？梢院?jiǎn)單地概括為總風(fēng)量設(shè)定取最大；燃料量設(shè)定取最??；給水流量設(shè)定取上下限之間(限值取燃料量構(gòu)造的函數(shù))。
8、機(jī)組負(fù)荷的禁增、禁降
機(jī)組負(fù)荷的禁增、禁降功能是為了維持機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行并作為機(jī)組控制系統(tǒng)的保護(hù)手段之一。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在CCS方式時(shí)，某些重要的自控制回路，如汽輪機(jī)調(diào)門(mén)、給水、燃料或總風(fēng)量達(dá)到其控制范圍的邊界狀態(tài)，機(jī)組將不能連續(xù)的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)出現(xiàn)機(jī)組禁增或禁降條件時(shí)，響應(yīng)方向的負(fù)荷變化率將強(qiáng)制切換到零，這時(shí)機(jī)組負(fù)荷只允許單方向變化。如果響應(yīng)的重要子控制回路重新回到控制范圍，該項(xiàng)限制不起作用。
9、濕態(tài)/干態(tài)切換
作為超臨界鍋爐的特點(diǎn)，有兩種運(yùn)行方式。它們的分界點(diǎn)大約在鍋爐產(chǎn)生的蒸汽流量等于鍋爐最小給水流量的工況點(diǎn)上?！皾駪B(tài)-干態(tài)”方式切換按以下確定：隨著負(fù)荷和燃料量的增加分離器儲(chǔ)水箱液位和鍋爐循環(huán)水流量將減少。當(dāng)燃料量增加，鍋爐達(dá)到最小給水流量時(shí)，分離器里的水全部變成蒸汽。
如果鍋爐產(chǎn)生的蒸汽流量小于鍋爐最小給水流量，即成為“濕態(tài)方式”，如果鍋爐產(chǎn)生的蒸汽流量大于鍋爐最小給水流量，即稱為“干態(tài)方式”。濕態(tài)運(yùn)行方式可以被看作一個(gè)汽包鍋爐。當(dāng)然，隨著鍋爐運(yùn)行方式的不同，控制策略也會(huì)不同。大體上可以根據(jù)機(jī)組負(fù)荷指令來(lái)判斷鍋爐運(yùn)行方式的切換。
10、RB功能
如果機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)鍋爐或汽機(jī)重要參數(shù)跳閘的工況，鍋爐輸入指令將會(huì)按照預(yù)先設(shè)定的速率快速下降，下降速率根據(jù)跳閘輔機(jī)的種類不同而有所不同。如果不做上述出力，機(jī)組將不能繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。鍋爐輸入指令將一直下降到剩余運(yùn)行輔機(jī)所能允許的負(fù)荷水平為止。
為了達(dá)到鍋爐輸入指令快速下降的目的，鍋爐側(cè)的相應(yīng)子控制回路均應(yīng)在自動(dòng)控制方式，這些子控制回路包括給水、燃料量、送風(fēng)和爐膛壓力。此外，為了達(dá)到快速穩(wěn)定壓力控制以防止由于鍋爐輸入指令變化造成主蒸汽壓力波動(dòng)的目的，還需要使汽輪機(jī)主控處于自動(dòng)運(yùn)行的方式。
RB發(fā)生后，鍋爐負(fù)荷以預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)值和變化率來(lái)減少，這是機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式將退出，通常保持TF方式、滑壓運(yùn)行。
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