600MW超临界直流炉机组CCS控制系统分析与应用

所谓协调控制系统是把锅炉和汽轮发 电机作为-个整体进行综合控制 ，使机组既能快速地响应外界负荷的要求 ，又能维持主蒸汽压力在允许范 围内。其复杂性主要体现在 ：多输入 、多输出、强耦合 、非线性及锅炉侧存在很大的迟延等 ，由于锅炉侧惯性很大，而汽轮机从控制汽阀开度改变到汽轮发 电机实发功率改变的惯性相对较小，这便使锅炉、汽机参数控制不同步，需要求根据汽轮机 、锅炉动态特性上的差异设计-个协调控制 系统 ～汽轮机 、锅炉作为-个整体对象进行控制 ，使其参数控制同步 ，最大限度地发挥机组 的协调能力 ，满足电网供电要求 。同时超临界直流炉协调控制l系统要 比汽包炉的要求更高 ，耦合关系也更为复杂，因此其 自动控制回系统尤其是协调控制系统的投入对机组的安全运行有着极 为重要 的意义 。本文 以国华呼伦贝尔发 电厂600MW 超临界直流炉机组为例 ，对协 调控制 系统 的应用进行分析。

内蒙古 国华 呼伦 贝尔发 电厂 #1、2机组为 600MW超I临界直流机组 ，哈尔滨锅炉厂有限责任公司(简称哈锅)自主开发研制的 HG-1913/25.4-HM15超临界锅炉 该锅炉为-次中间再热 、超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动 系统的直流锅 炉。锅 炉以最大连续 出力工况(BMCR)为设计参数。在设计条件下任何 6台磨煤机运修稿 13期 ：2013-01-23作者简介 ：吴吉(1985-)，男，吉林长春人 ，内蒙古海拉 尔市陈巴尔虎旗宝日希勒镇国华电厂设备部 ，助理工程师，大学本科。主要从事火电厂热控专业维护工作，研究方向：电厂热工专业。

行时，锅炉能长期带 BMCR负荷运行。汽轮机采用上海汽轮机厂生产 的超临界、单轴、中间再热 、二缸二 排气 、直接空冷凝汽式汽轮机。其特点是采用数字电液调节系统、操作简便、具有运行效率高和可靠性好 的特点。本工程 DCS控制设备采用杭州和利时分散控制系统 ，组态软件为 MACS6系统 ，硬件为 SM系列 。

1 协调控制系统的运行方式协调控制系统根据负荷运算可 以分以下几种力1.1 BASE(基本控制方式即手动方式 )锅炉 主控、汽机主控均切手动。锅炉及汽机负荷均由操作员手动给定 ，功率及 主汽压力控制 回路 均被切除。此方式-般用于机组的启动和停止。

1.2 BF(锅炉跟随控制方式 )BF是指炉侧运行正常 、机侧部分工 作异常时 ，机组负荷受 到限制 ，此时通过画面选择或 自动切换到炉跟机控制方式。即机侧调负荷 ，炉侧调压力。

1.3 TF(汽轮机跟随控制方式 )TF是指机侧运行正常 、炉侧 部分工作异常时 ，机组负荷受到限制 ，此时通过画面选择或 自动切换到机跟炉控制方式。即机侧调压力，炉侧调负荷。

1.4 CCS(机炉协调控制方式)机组负荷信号由运行人员给定指令、调度所给定指令和频率修正指令组成。功率运算回路将负荷通过折线函数(根据设计要求组成 的组态拈)转换为机组可能接受的功率指令。这个指令能否被接受，撒于机组允许出力 ，若负荷要求在机组允许 出力范围内 ，则可按负荷要求发出机组负荷指令 ，否则将以机组的允许出力作为机组负荷指令 。

l23·测试与控制·采用该方式时机炉的自动调节系统都应投入运行，机炉两个主控制器均接受负荷指令。整个机组处于协调控制状态。CCS分为两种控制策略，即以机跟炉为基础的协调控制和 以炉跟机为基础的协调控制 。国华 呼伦贝尔发 电厂协调控制系统采用 的是 以炉跟机为基础的协调控制。

2 协调控制系统的功能组成本机组协调主控制系统包括 ：负荷指令处理回路 、汽机主控 回路 、锅炉主控 回路 、子 回路并行控制嗍。

2.1 负荷指令处理回路负荷指令处理回路 。主要实现运行人员给定指令、调度所给定指令 的选择 、负荷高低限幅 、速率限制、-次调频投切、负荷闭锁增减、负荷指令保持/进行选择、RB等功能。

机组的 Et标负荷可 由运行人员手动设定，或接收 网调指令，同时配合相应的频率修正。与协调控制系统相关的控制参数(如负荷 、机前压力 、给煤量 、给水量 、风量等)的调节品质与机组的负荷变化率及变化幅度有关。当某些参数偏差过大时，需要通过闭锁增/减或迫升/降等措施.限制实际负荷指令 的过度变化 ，从而避免机组过程参数失调 ，保证机组安全稳定运行。

2.2 汽机主控回路在协调控制方式下 .汽机主控调节器是根据实际功率与给定功率的偏差进行调节 ，由于调门的大幅度动作会导致机前压力大幅度波动 。从而导致给水、燃料 、温度 参数控 制不稳定 ，应对这种情况设计 了压力拉 回回路 。压力拉升回路就是指机组在变负荷过程 中为防止 主汽压力过调 ，而设计的汽压偏差大闭锁增减回路 ，它直接通过汽机主控调节实现 。

同时考虑到锅炉侧对负荷指令的响应速度远慢于机侧.所 以在功率控制 回路的负荷设定值 回路中增加惯性环节 .防止功率阶跃扰动 ，从而满足汽机和锅炉动态特性调节同步，保证机前压力稳定。

2.3 锅炉主控 回路在协调方式下 .锅炉主控指令组成如下 ：(1)主汽压力设定值与测量值偏差对锅炉主控调节器产生作用 ，同时负荷设定值与实际负荷偏差也对锅炉主控调节器产生作用 (根据设计确定其折线 函数)。以加快炉侧响应速度 。

(2)为加快负荷响应速度，机组负荷指令信号作为锅炉主控前馈主回路 ，由静态前劳动态前馈构成 。-是静态前来照物料平衡的原则 ，通过折线函数 F(x)使得相应负荷对应相应煤量 .相应煤量对应相应给水及相应风量 ：二是动态前馈采用负荷指令微分环节 ，通过微分环节作用可加快燃料调节的动作速度。从而减小主汽压124力波动。

(3)机前压力对锅炉的补偿信号：即机前压力设定值与测量值偏差 。是锅炉快速调节 ，克服了炉侧惯性大的动态特性。

(4)压力定值经过-阶惯性环节处理后 ，可以有效避免阶跃干扰 . 从而可以克服系统的超调。

CCS控制逻辑 SAMA如 图 l所示 ，Pt-机前压力 ；Ptsp-机前压力设定值 ，滑压时由单元机组机组负荷指令经 函数发生器形成 ；Nsp-单元机组负荷指令 ；Ne-机组负荷。

怿i帆 主捏 捂母 BD 汽机 主控 指4-TD图 1 CCS控制逻辑 SAMA图2.4 子回路控制本机组子 回路控制即燃料 、风量、风压 、给水相互问协调控制 .控制策略为 ：水跟煤 ，风跟煤 。水跟煤 即给水量随着煤量的变化而变化；风跟煤即风量随着煤量变化而变化。直流炉的特性决定，在直流炉中给水变成过热蒸汽是-次、瞬间完成的，锅炉的蒸发量不仅决定于燃料量 。也决定于给水流量 。因此 ，超临界机组的负荷控制是强耦合的 、这也是控制 的难 点 ；在干态运行时，通过水煤 比控制过热汽温；机组正常运行时 ，通过风煤比控制氧量，保证燃烧经济性的要求。这样我们就可以认为锅炉的协调控制其实就是煤 、水 、风的协调控制，而燃料量指令、总风量指令和给水流量指令的变化均撒于机组负荷指令 。

(1)燃料系统控制 。在燃料系统设计 中，将锅炉主控指令通过 函数发生器转换成给煤指令 送人燃料调节系统。再分配到运行的给煤机，即给煤机给煤指令 。在机组增减负荷过程中，根据机组负荷指令与实际负荷的偏差 .修正锅炉主控指令，通过锅炉主控指令修正给煤机给煤指令.从而实现增负荷加煤，减负荷时减煤。

考虑到煤质变化会导致煤的热值变化，这样相同的负荷指令将产生不同的热负荷值 ，所以当煤质不好时应适当增大热值修正系数 ，煤质好时应适 当减小热值修正系数 。这就需要运行人员燃料供应之间保持紧密联 系 ，实时掌握燃料供应的入炉煤质。 (下转第 117页)· 测试与控 制·表 3截面积损伤数据Tab.3 The dates of section broken signa序号 检测电压值(V) 磨损百分比(%)1 2.313 1.4062 I.576 6.9473 1.876 4.692； o-I-I.I1.II-I III1.1I-I州III.I--Il-I l-叫- 1 --- --- --- ---高 -- 志删-/mm图 5 钢丝绳截面积损伤信号的小波变换Fig.5 The wavelet transformation for the section brokensignal of steel rope3结论采用小波分析方法可以有效 的对钢丝绳断丝 、截面积损 伤信号 进行 去 噪处理 .提取有效损伤信号 。

系统分别针对断丝 、截面积损伤信号 的不 同特点 ，利用 BP神经网络和电压幅值 比较法.可有效的识别损伤信号。通过对实例进行 Matlab仿真，验证系统检测方法可靠性高。