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1000MW机组协调控制系统异常原因分析及对策

某1000MW机组在运行过程中出现了给煤量、给水流量等参数大幅波动甚至突降现象，严重影响了机组安全运行。通过对该机组协调控制系统的分析和事件发生时控制逻辑内部流程的回放，分析了事件原因是由于近期燃煤煤质大幅变化，暴露出原协调控制系统中部分控制逻辑及参数设置不合理等隐性问题。最后给出了针对性优化建议和防范措施，改善了1000MW机组协调控制系统对煤质的适应能力，提高了机组运行稳定性、安全性。

标签：1000MW；协调控制系统；前馈控制；负荷禁减；煤质适应性

1引言

某厂5号机组（1050MW）锅炉选用的上海锅炉厂有限公司引进技术制造的超超临界参数变压直流炉，单炉膛、四角切向燃烧、一次再热、平衡通风、露天布置、全钢构架、全悬吊结构塔式锅炉；汽机选用的是上海汽轮机厂引进技术生产的超超临界、四缸四排汽、再热凝汽式汽轮机；DCS系统采用了艾默生过程管理有限公司的OVATION分散控制系统。

自2011年5月份投产以来，该机组协调控制系统及AGC控制功能一直正常投入，但在2011年12月14日发生给水流量、给煤量突降、机组运行参数大幅波动事件，影响了百万机组安全运行。综合历史趋势、控制策略及控制参数等信息，对机组控制系统各环节分析后认为，由于近期燃煤煤质变差，机组运行特性发生改变，暴露出原协调控制系统设计中的一些隐性问题，导致异常事件的发生。

2事件经过简介

2011年12月14日23：40：22当机组AGC指令由682MW下降至615MW时，锅炉主控指令由832MW阶跃下降至748MW，给煤指令由323t/h降至287t/h，给水指令由1556t/h阶跃下降至1309t/h，23：40：37实际给煤量降至274t/h，23：40：41给水流量降至最低值为905t/h，同时“负荷禁减”信号出现，23：40：48负荷禁减信号消失，在接下来23：40：48～23：41：01时间段内，负荷禁减信号连续三次来回跳变，锅炉主控指令在938MW和763MW之间连续三次交替变化，给煤量指令在357t/h和257t/h之间连续三次交替变化，23：41：03给煤量下降至最低值192t/h，40S内给煤量下降近112t/h，此次事件中机组运行参数变化趋势如图1所示。

3协调控制策略介绍

3.1锅炉主控动态前馈（OVERLOAD1）控制回路

为克服中速磨制粉系统的纯延迟和1000MW超超临界锅炉的燃烧惯性，5号机组设计有锅炉主控动态前馈（OVERLOAD1）回路，将主汽压力提升的动态热量需求叠加在锅炉主控指令上[1]。

锅炉指令的动态前馈（OVERLOAD1）主要靠机组负荷指令的动态微分环节来实现，其微分时间由机组变负荷速率（LDR）对应的函数F1（X）决定，微分输入值为经函数F2（X）修正后的机组负荷指令，F2（X）也为机组变负荷速率（LDR）对应的函数。

锅炉主控动态前馈控制回路如图3所示，其微分时间和微分输入值表达式分别为：

微分时间=20*F1（LDR）；（表达式1）

微分增益=3.5*MWD*F2（LDR）；（表达式2）

其中F1（X）、F2（X）函数关系如下表1所示：

3.2给水流量设定值控制回路

当机组进入干态运行阶段，由锅炉主控指令经燃水比函数计算出的给水流量，扣除设计减温水量，经过惯性环节动态校正后作为给水指令的基准值；分离器出口焓差经PID闭环校正后作为给水指令的修正值，这两部分值叠加形成了干态给水流量设定值（FWDRY）[2，3]，同时为防止水冷壁超温，设置了最小给水流量保护值（FWMIN），其值线性对应于锅炉主控指令（BD），因此最终的给水流量指令（FWSET）控制回路如图4所示，其表达式为：

最终的给水流量指令=max（干态下给水流量设定值，2.9×锅炉主控指令-500）+偏置（表达式3）

4事件具体过程分析

在AGC降负荷前，干态下给水流量设定值（FWSET）为1556t/h，给水流量偏置（FWBIAS）为-350t/h，锅炉主控指令（BD）为831MW，按照表达式3可以计算出，当前负荷下的最小给水流量保护值（FWMIN）为831×2.9-500=1909t/h，由于给水流量保护值大于干态下给水流量设定值，由图3可以看出，最终的给水流量设定值为FWSET=FWMIN+FWBIAS=1909-350=1559t/h，因此此时的给水流量调节只是简单的煤水间线性对应的开环控制，未经过动态校正环节和焓值闭环调节。

当AGC指令由682MW下降至615MW时，在动态前馈（OVERLOAD1）作用下，锅炉主控指令阶跃下降83MW，由于给水流量指令直接线性对应锅炉主控指令，给水流量指令阶跃下降83×2.9=240t/h，再加上给水主控系统的超调，23：40：41给水