《火電機組CCS系統(tǒng)十大功能詳解》節(jié)選自趙志丹等編著的《超超臨界機組模擬量控制系統(tǒng)的調(diào)試及優(yōu)化》，文章內(nèi)容對CCS系統(tǒng)功能做了總結(jié)介紹。
1、機組負荷指令的形成
機組負荷指令運算回路，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，機組的負荷指令跟隨實發(fā)功率；在協(xié)調(diào)方式下，運行人員可以通過負荷設(shè)定窗口手動給出機組負荷指令；在AGC方式下，負荷指令接受電網(wǎng)中心調(diào)度(ADS)來的指令。負荷指令經(jīng)過負荷限制邏輯經(jīng)響應(yīng)運算后輸出，就是我們通常所說的目標(biāo)負荷，目標(biāo)負荷通過變化率限制回路按一定的負荷變化率形成機組功率設(shè)定值。負荷變化率是運行人員根據(jù)機組設(shè)備的運行狀況來確定的，通常電網(wǎng)要求不低于1.5%/min。在超臨界直流機組的協(xié)調(diào)控制當(dāng)中不應(yīng)當(dāng)對設(shè)定負荷增加慣性環(huán)節(jié)。當(dāng)負荷變化時，設(shè)定負荷指令作為前饋同時改變進入爐膛的煤量和去汽輪機的負荷設(shè)定，在保證機組安全的前提下，盡最大可能提高鍋爐的燃燒率，響應(yīng)機前壓力的要求。
ADS信號的構(gòu)成：當(dāng)DCS與電氣RTU接口正常時，電網(wǎng)允許機組投入AGC運行，運行人員將AGC投入，機組ADS負荷指令信號即可參與到控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)機組負荷控制的遙控。
ADS投入允許條件(以下條件相“與”)：
①機組負荷控制在協(xié)調(diào)控制方式。
②ADS指令與機組負荷設(shè)定值偏差在允許范圍內(nèi)。
③ADS信號正常。
ADS強制退出條件(以下條件相“或”)：
①機組負荷協(xié)調(diào)控制方式?jīng)]有投入。
②調(diào)度負荷信號故障。
2、頻率校正回路
機組一次調(diào)頻回路接收發(fā)電機頻率信號，經(jīng)一次調(diào)頻曲線后加入到機組的負荷設(shè)定值中，但一次調(diào)頻函數(shù)的輸出值收到機組運行中變負荷幅度的限制，在接近負荷高/低限時的一次調(diào)頻量值響應(yīng)減小。當(dāng)一次調(diào)頻發(fā)生，汽輪機的調(diào)門開度改變時，機組變化的功率同時疊加到機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的負荷設(shè)定回路，以便和汽輪機本身的一次調(diào)頻功能相適應(yīng)。一方面，保證汽輪機主控設(shè)定負荷與反饋的實發(fā)功率信號的平衡，汽輪機主控的反向調(diào)節(jié)作用不會抵消一次調(diào)頻的作用；另一方面，一次調(diào)頻動作的量值同時作用于鍋爐主控，迅速改變煤量以補償壓力的失衡。一次調(diào)頻功能有一個不靈敏區(qū)，當(dāng)電網(wǎng)頻率在該不靈敏區(qū)波動時，一次調(diào)頻輸出量為“0”。需要注意的是，汽輪機本身的一次調(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。
在我國各電網(wǎng)對一次調(diào)頻能力的要求有所不同，但基本上要求一次調(diào)頻動作3S后，負荷有明顯的變化，15S后變化的負荷達到一次調(diào)頻量值的90%，1min后變化的負荷基本穩(wěn)定。這些要求對蓄熱較少的超臨界直流爐來講比汽包爐和流化床機組要相對困難，必須提高鍋爐對主蒸汽壓力的響應(yīng)速率。
需要注意的是，通常的一次調(diào)頻動作包括DEH方式和CCS+DEH方式兩種，在汽輪機的DEH方式下，一次調(diào)頻的量值直接疊加在汽輪機的流量指令上，此時為保證動作量值的穩(wěn)定，需要增加其壓力對動作量值的修正；而CCS+DEH方式投入時，協(xié)調(diào)的汽輪機主控對增加的一次調(diào)頻量進行閉環(huán)調(diào)節(jié)，此時對汽輪機流量的疊加需要一定的弱化，否則會出現(xiàn)動作初期的超調(diào)。此外，汽輪機主控存在的壓力拉回修正應(yīng)當(dāng)進行相應(yīng)的閉鎖，不對一次調(diào)頻分量進行修正。
3、機組目標(biāo)負荷的上限和下限
無論機組協(xié)調(diào)控制方式是否投入，機組負荷上限和下限設(shè)定值的設(shè)定都是通過控制邏輯內(nèi)部的功能塊來實現(xiàn)，對于600MW機組而言，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，運行人員通過畫面接口設(shè)定負荷的上限和下限。目標(biāo)負荷必須在上下限之間，否則目標(biāo)負荷在邏輯上不起作用。機組在協(xié)調(diào)未投入的情況下，負荷上限和下限跟蹤機組的實發(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)定負荷的上限和下限。
4、機組目標(biāo)負荷變化率的設(shè)定
為防止目標(biāo)負荷的階躍變化擾動對機組整個控制系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊，目標(biāo)負荷改變后通過負荷變化率的限制形成設(shè)定負荷。負荷變化率可以手動設(shè)定，也可以自動設(shè)定。在自動方式時，根據(jù)機組給定負荷或者鍋爐輸入指令自動給出機組的負荷變化率。在手動方式時，負荷變化率可在機爐協(xié)調(diào)畫面的負荷變化率設(shè)定區(qū)設(shè)定。機組目標(biāo)負荷設(shè)定值經(jīng)過一次調(diào)頻量值的修正、目標(biāo)負荷高限和低限限制后形成機組設(shè)定負荷。
5、主蒸汽壓力設(shè)定
在鍋爐和汽輪機主控都沒有投入時，機組主蒸汽壓力設(shè)定值跟蹤汽輪機側(cè)實際主蒸汽壓力，此時壓力變化率不受限制。當(dāng)滑壓運行方式投入(協(xié)調(diào)或汽輪機跟隨投入)時，機組主蒸汽壓力設(shè)定值跟蹤機組給定負荷對應(yīng)的滑壓曲線。在有的超臨界機組運行方式的設(shè)置上，還有一種運行方式成為BI方式(給水在自動、水煤比在手動)，按照鍋爐的輸入負荷設(shè)定機組的主蒸汽壓力。
主蒸汽壓力設(shè)定存在定壓和滑壓兩種模式，但對超臨界機組來說，正常運行必須在滑壓運行模式下；此外滑壓曲線的選擇必須兼顧變負荷過程汽輪機調(diào)門的裕度及汽輪機的經(jīng)濟性，而滑壓變化率必須能夠保證變負荷過程所對應(yīng)的壓力變化，即，負荷變化結(jié)束，主蒸汽壓力設(shè)定變化結(jié)束，否則將影響機組W考核曲線拐點處的調(diào)節(jié)。具體滑壓曲線的設(shè)置與汽輪機的結(jié)構(gòu)(GV閥的各參數(shù)及運行方式)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、機組運行方式
在機組控制策略的設(shè)計上，機爐協(xié)調(diào)控制根據(jù)機組運行工況形成下面的鍋爐和汽輪機指令。
①鍋爐主控指令。
②汽輪機主控指令。
③鍋爐輸入變化率指令(有的超臨界機組設(shè)計有BI方式，即，機組在干態(tài)且給水投入自動而水煤比在手動的情況下，它包含了TF方式)。
這些指令間的關(guān)系取決于選擇的運行方式。機組運行方式如下：
①機爐協(xié)調(diào)控制方式(CCS)。
②鍋爐跟蹤控制方式(BF)。
③汽機跟蹤控制方式(TF)。
④機組手動控制方式。
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)的回路運行在自動方式下才有效。可以簡單地概括為總風(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、機組負荷的禁增、禁降
機組負荷的禁增、禁降功能是為了維持機組的穩(wěn)定運行并作為機組控制系統(tǒng)的保護手段之一。當(dāng)機組運行在CCS方式時，某些重要的自控制回路，如汽輪機調(diào)門、給水、燃料或總風(fēng)量達到其控制范圍的邊界狀態(tài)，機組將不能連續(xù)的穩(wěn)定運行。當(dāng)出現(xiàn)機組禁增或禁降條件時，響應(yīng)方向的負荷變化率將強制切換到零，這時機組負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，有兩種運行方式。它們的分界點大約在鍋爐產(chǎn)生的蒸汽流量等于鍋爐最小給水流量的工況點上?！皾駪B(tài)-干態(tài)”方式切換按以下確定：隨著負荷和燃料量的增加分離器儲水箱液位和鍋爐循環(huán)水流量將減少。當(dāng)燃料量增加，鍋爐達到最小給水流量時，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)運行方式可以被看作一個汽包鍋爐。當(dāng)然，隨著鍋爐運行方式的不同，控制策略也會不同。大體上可以根據(jù)機組負荷指令來判斷鍋爐運行方式的切換。
10、RB功能
如果機組在正常運行時出現(xiàn)鍋爐或汽機重要參數(shù)跳閘的工況，鍋爐輸入指令將會按照預(yù)先設(shè)定的速率快速下降，下降速率根據(jù)跳閘輔機的種類不同而有所不同。如果不做上述出力，機組將不能繼續(xù)穩(wěn)定運行。鍋爐輸入指令將一直下降到剩余運行輔機所能允許的負荷水平為止。
為了達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的目的，還需要使汽輪機主控處于自動運行的方式。
RB發(fā)生后，鍋爐負荷以預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)值和變化率來減少，這是機爐協(xié)調(diào)控制方式將退出，通常保持TF方式、滑壓運行。
相關(guān)閱讀
火電廠自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的五個顯著特點
火電廠機爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)之機爐協(xié)調(diào)控制和自動發(fā)電控制
