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一次风波动导致机组停机过程中跳闸的分析及防范

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  摘 要:针对某350MW超临界火電机组停机过程中,因一次风波动造成机组跳闸事件的过程和防范处置方法的情况,分析了事件发生的主要原因,指出锅炉一次风压调节品质差适应范围小是导致跳机的主要原因。进行一次风压调节控制方案上存在的问题的详尽的剖析和防范出现相近机组的相似问题的处置方法与优化改进,达到机组安全运行的目的。
  关键词:一次风压;调节;改进优化
  中图分类号:TM621 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2019)10-0128-02
  1 机组概况
  某电厂二期两台350MW的超临界煤电火力机组,锅炉厂家是哈尔滨锅炉厂。为额定主蒸汽压力24.2兆帕对冲直流炉,一次再热、露天布置、全悬吊钢结构Π型锅炉。中速磨制粉系统,冷一次风是正压直吹式的,锅炉的磨数量为5台,其中正常未4台运行剩下为待用。每台磨煤机上部出口的4根煤粉管分别送至炉膛前墙或后墙同一层燃烧器的一次风口。主给水为单台全负荷汽轮机给水泵。DCS系统为GE优化与控制的XDPS-400e。
  2 事件经过
  2月5日,接中调令调停#3机组,机组在TF方式运行,电功率稳定在85MW,机组在正常降负荷停机过程中,3D磨煤机吹扫完成后逐渐关闭冷一次风调节挡板关到零,停止磨煤机运行,此时总风量545T/H、炉膛负压-145Pa,相关参数均正常。00:53:06,总风量瞬间下降至163T/H,机组发生MFT,大联锁保护动作,联锁汽轮机、发电机跳闸,机组与电网解列,DCS操作员站显示MFT首出为锅炉风量低低跳闸。
  3 原因分析
  根据DCS操作员站显示的MFT首出指示,确定为锅炉总风量低低保护动作是导致MFT发生的直接原因。因此下一步重点是排查引起锅炉风量低低保护动作的原因。
  由于事件发生前,机组处于滑参数停机过程中,机组负荷为85MW,锅炉风量低低保护信号是在总风量低于255.6T/H的情况下发生的。
  总风量为所有二次风量与一次风量的总和。查看在锅炉总风量低低信号产生前后的风量情况后,发现此时间段送风控制为手动方式,且未改变输出指令;一次风压力调节处于自动控制方式,一次风压和一次风机入口调节门指令都处于发散振荡状态,对系统影响很大;引风机控制方式为自动控制方式,但其自动控制输出指令变化很小。00时52分24秒,一次风压调节因压力设定值与实际值偏差大切为手动控制方式,此时一次风机入口调节门指令跟踪切换控制方式时的实际开度。而此时刻实际开度较低,正好处于发散振荡的最低值6%,使得一次风入口调节门几乎为关闭状态。一次风压由8.3KPa迅速降为2.8KPa,总风量迅速下降,炉膛负压加大,引风机动叶指令在自动状态下迅速减小防止负压加大。虽然运行人员在10秒后发现一次风压控制切手动报警后将一次风入口调节门开大到9%,但一次风压与总风量仍在下降,5秒后运行人员继续开大到19%,但总风量已由549T/H降为148T/H,触发了风量低低保护,炉膛负压达到-980Pa。
  对上述情况历史曲线进行各系统对比分析,发现在机组发生MFT之前,一次风机静叶自动控制一次风压,其调节控制品质不好,一次风机静叶开度变化造成风压大幅度震荡变化;负压自动调节性能差,其调节作用与一次风压调节产生耦合,一次风压和一次风机入口静叶调节门指令都处于发散振荡状态,使得系统运行不稳定,而送风控制系统和引风控制系统无明显控制变化。在当一次风压控制系统因设定压力与实际压力偏差大切为手动控制时,一次风机入口调门开度过小,炉膛负压急速增大,使得引风系统为维持炉膛负压也关小引风机调门。由此可以确定总风量变化是由一次风发散振荡引起的。
  4 发现问题
  4.1 一次风压控制系统调节品质不好、适应范围小
  在停机低负荷工况时,两台磨煤机运行,运行人员正常停运空载磨煤机情况下,一次风机静叶自动控制一次风压,其调节控制品质不好,一次风机静叶开度变化造成风压大幅度震荡变化;负压自动调节性能差,其调节作用与一次风压调节产生耦合,连锁引起负压、一次风压、总风量、燃烧强度等相关参数互相影响、发散越限。因一次风压控制指令与一次风机入口调门开度反馈都处于发散振荡状态,且振荡频率一致,可以确定一次风压控制器参数不合适。对一次风压控制器指令输出有影响的参数有前馈量、比例系数和积分时间三个参数。在这三个参数中前馈量只与功率设定值有关,而此时间段的功率设定值无任何变化,排除前馈量对一次风压控制器的影响。由此可以确定,一次风静叶调节控制器的比例系数和积分时间两参数与一次风系统本身的特性不匹配,是引起一次风压发散振荡的根本原因。需进行机组各工况下的扰动实验,调整控制器参数,以确保控制器的适应性。需严格按照要求对热工重要调节系统定期扰动试验,未能及时通过机组不同运行状况下的重要调节系统定期扰动试验发现问题,排除隐患。
  4.2 对锅炉总风量低低的判断不合理
  机组在较高负荷时锅炉总风量比较大,但当负荷比较低时,燃烧是不太稳定的,且风量也比较小,若只用一个总风量定值进行判断很容易出现误判。用机组负荷高时的总风量值去判断,又会使机组负荷低时提前保护动作,造成不必要的保护动作;用负荷较低时的总风量值去判断,会使机组在负荷高时发生滞后保护动作,可能引起损坏设备的情况。因此,需对总风量低低保护判断按照机组实际负荷高低情况进一步细化保护动作值,以提高总风量低保护动作的及时性和准确性。
  4.3 一次风切手动报警设置不合理
  机组停运过程中,机组负荷已低于最低稳燃负荷,D磨煤机停运,给一次风压、炉膛负压带来较大扰动,该工况下,一次风机挡板调节、引风机动叶调节自动相互干扰,已不能达到理想调节效果,运行人员未能及早退出一次风机挡板自动调节、引风机动叶调节自动运行。导致炉膛负压大幅波动,引风机动叶开度较小时,导致总风量低于锅炉风量保护跳闸值,最终使得机组故障跳闸。同时,在一次风压控制因设定压力与实际压力偏差大切手动时,无明显的声光报警提醒运行人员及时发现机组运行异常,同时运行人员异常判断处理能力有限,无法快速准确判断出问题所在,从而及时切换运行方式为手动,人为控制一次风量静叶开度,确保一次风量稳定。   5 改进及防范措施
  为了从根本上消除一次风系统存在的隐患,依据控制方案设计中的设计可靠性原则为指导,对相应系统控制方案进行了改进。
  (1)对一次风压控制器参数重新整定。在火力发电厂的热工自动控制系统中,一般都采用經典的PID控制。在现场应用里,除了采用全部的三个控制量PID控制,也可单采用其中的两给量PI或者PD控制。控制系统采用PID调节,增大比例的系数P时,控制指令变化快、反应迅速、能减少系统稳定的差距。但设置的参数太大时,会增加波动的次数,甚至控制不了。系统稳态误差通过调整积分参数。在实际参数整定中,用的方法最对的是工程经验整定法,都是通过试验获得控制过程的特性参数,然后按照工程经验公式来设定控制器的参数。运用工程经验整定方法,通过试验,对现场系统运行调整的曲线加以分析,对各参数逐步修改调整,达到在阶跃扰动下的最优控制参数,即为得到了比较合适的控制参数。
  (2)加强设备维护和定检工作。严格执行《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》中的要求和其它相关规定,加强对热工重要调节系统定期扰动试验。及时通过机组不同运行状况下的重要调节系统定期扰动试验发现问题,排除隐患,提高自动控制的准确性、快速性、稳定性,和单元机组的自动控制系统投入率。定期核对保护逻辑和通道动作测试。在进行机、炉、电联锁与联动试验时,一定要全通道控制与设备进行测试。
  (3)对总风量低低的判断作进一步的细化判断,以保证保护信号发出的合理性。改进后的保护控制逻辑中触发锅炉风量低低有以下两种情况:
  一是当机组有油层投运或煤投运时,且机组实发功率在175MW以上,若总风量低于255T/H并持续时间超过6秒,就发出锅炉总风量低低保护信号,触发锅炉主保护动作。
  二是当机组有油层投运或煤投运时,且机组实发功率在175MW以下,若总风量低于130T/H并且持续时间超过2秒,就发出锅炉总风量低低保护信号,触发锅炉主保护动作。
  (4)增加一次风切手动光字牌声光报警。同时对控制系统数据库的报警设置逐一核对,完善相关报警分级警示的功能,确保运行人员在第一时间就能通过声音和光字牌知道出现什么级别的报警,什么报警事件,同时确定需要投入何种重视级别的操作紧张程度。
  (5)送风机及氧量控制系统送风量控制系统根据锅炉煤量指令,通过调节两台送风机入口挡板开度调节锅炉总风量,并通过烟气含氧量调节回路对风量进行校正。
  按锅炉煤量指令确定总风量指令时,需考虑实际总燃料量是否过多,增加风煤交叉限制,通过大值选择器保证有足够富裕的风量指令。氧量指令由锅炉负荷指令决定,可根据实际运行情况手动增减偏置。氧量调节回路对总风量进行正负20%校正。增加减负荷时风量指令惯性回路,保证减负荷先减煤再减风,确保锅炉富氧燃烧安全运行。由于风量指令由煤量指令获得,由于负荷变化的时候,煤量变化较大,如果风量一直跟随煤量,必然造成风量较大,影响再热汽温的控制,可能导致汽温超温,因而增加变负荷时风量指令校正回路,以抵消变负荷期间煤量指令前馈对风量的干扰。
  由于二次风量和煤量存在函数关系,该函数关系的合理与否直接影响控制系统的正常投入,因此根据机组运行情况,合理配置了该函数关系。
  6 结语
  在此次锅炉总风量低低保护动作的跳机的事故剖析和防范处置中,对一次风控制系统和锅炉总风量低低判断采取有针对性的改进和防范措施,该进了一次风控制方案中的问题,增强了机组风量低低主保护的准确动作方案设置。
  这起停机过程中的跳机事件充分暴露出在设备管理维护方面存在不足,未严格按照要求对热工重要调节系统定期扰动试验,系统涉及到炉膛压力的取压装置、压力开关、传感器、火焰检测器及冷却风系统等外围设备必须处于完好状态。同时,也暴露出运行人员对机组操作的熟练程度还不太高,对机组逻辑不够熟悉,异常处理方法掌握不熟练。利用学习班的机会进行培训,学习异常情况下的操作,交流经验,完善运行规程。已安排在每周的学习时间中加强培训,深入学习供汽控制逻辑,熟练掌握异常处理方法。对相关人员需要认真总结从中汲取教训。要严格执行相关部门和行业中的要求,做好现场设备巡查和控制逻辑与方案的研究工作,对机组在运行过程中的各种扰动下的动作曲线要认真分析研究,提高机组自动投入率和保护的可靠性,降低保护误动率。为机组运行稳定与安全提供坚实的技术支撑基础。
  参考文献
  [1] 王鹏鹏.火检系统故障导致机组跳闸事故的分析及防范[J].电力安全技术,2013(3):19-22.
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