火电机组风烟系统智能控制模块设计与应用

 朱晓星1，陈厚涛1，昌学年2，蒋森2，陈思铭1

(1．国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙  410007；2．湖南省湘电试验研究院有限公司，湖南长沙  410007)

摘要：风炯系统是火电机组的重要组成部分。为提高火电机组智能化水平，对风烟系统智能控制的需求进行了分析，设计了智能启动、智能运行、智能停运3大功能组及多个子功能组。各（子）功能组均采用模块化设计，能适应正常运行、检修和故障等各种工况，紧急情况下手动控制优先。仿真及现场应用表明，在无人工干预的情况下，能实现整个风娴系统启动、运行、停运全过程的自动控制，炉膛压力等重要参数控制平稳，提高了火电机组安全性能，减轻r运行人员劳动强度．

关键词：风烟系统；智能控制；自启停：电流平衡

中图分类号：rrM62l；TK323DOI: 10.11930/j．issn．1004-9649.2016.06.001.05

0引言

 随着火电机组低成本运营和精细化管理的要求越来越高，建设数字化电厂、智能化电厂的需求日益迫切，因此有必要采用先进控制系统和控制策略提高大型火电机组的智能化控制水平，降低运行人员劳动强度。基于机组白启停控制系统(automatic plant start-up and shutdownsystem，APS) 和常规智能控制技术构建了火电机组智能控制系统(thermal power unit intelligentcontrol system，PIC)。作为PIC系统的重要组成部分，本文对大型火电机组风烟系统智能控制功能进行了需求分析，设计了其功能模块．用全激励式仿真模型进行了仿真优化，并在某660 MW超超临界机组上进行了实际应用。

1功能需求分析

 典型的火电机组风炯系统分为A、B两侧，每侧各包括1台动叶可调轴流式送风机和1台动叶可调轴流式引风机，其智能控制功能的需求主要包括：

 (1)智能全程控制。无需手动干预，实现包括送风机、引风机及其辅助设备在内的风烟系统启动、运行、停运全过程的智能控制。

 (2)智能适应各种工况。正常情况下，在锅炉点火前宜启动两侧风机；单台风机检修时，可先启动另一侧风机，检修完成后再启动该风机：当发生风机跳闸引起的辅机故障减负荷f RunBack）后，未跳闸风机出力很大，重新启动跳闸风机后还应自动调整风机动叶使2台风机出力平衡(以下简称“风机调平”）。

 (3)模块化设计。根据控制目的和控制对象的不同，风烟系统智能控制模块应分为多个功能组和子功能组，即使不运行PIC系统，只要满足对应的启动允许条件，也可单独运行。

 (4)手动控制优先。为保证机组安全，风炯系统智能控制模块下各功能组、子功能组应能被随时复位或暂停，以备运行人员手动十预。

 近年来国内出现了采用单列风机和汽动风机的火电机组。单列风机机组的风烟系统智能控制功能需求更简单，初始工况减少，不需进行风机调平。汽动风机机组的风烟系统智能控制功能需求则相对复杂，在以上需求的基础上．还需增加风机导叶控制与转速控制之间的切换功能．以及对RunBack工况下的风机控制进行优化。

2功能模块设计

 根据需求分析．将典型火电机组风烟系统智能控制模块分为风烟系统启动、风烟系统运行、风烟系统停运等3个功能组和多个子功能组．其结构如图1所示。

 风烟系统智能控制模块以分散控制系统( distrihuted control system，DCS)为开发平台，从

而实现与常规控制系统的无缝集成。各功能组和子功能组都可在独立的监控画面上进行自动／手动模式切换、顺肩、复位、暂停、继续、跳步、单步控制等操作。

2.1  智能启动功能组

 智能启动是风烟系统智能控制模块巾最重要的功能组。同时满足以下条件时，允许运行智能启动功能组：(1)已选择一侧或两侧送风机；(2)已选择一侧或两侧引风机；(3)已选择的引风机对应的空预器已运行，且该空预器进、出口门均已开；(4)已选择的引风机、送风机均允许PIC系统控制。

 默认状态为选择两侧引风机、送风机，当某风机已经运行时，对应的按钮不可选择。此外，设计了是否允许PIC系统控制引风机、送风机的按钮。只有在运行人员已现场确认满足风机启动条件．并在监控画面上按下对应按钮时，风炯系统智能启动功能组才允许运行。

 该功能组组成步骤为：(1)打开送风机出口联络风道电动挡板、打开一次风机m口联络风道电动挡板、将过热炯气挡板置80%、再热烟气挡板置50%.二次风挡板置吹扫位；(2)若选择了引风机A,则渊用引风机A启动于功能组；(3)引风机A投自动，炉膛压力没定值逐步置为-100 Pa;(4)若选择了送风机A,则调用送风机A启动子功能组；(5)若选择了送风机A，将送风机A动叶逐渐置为250/e；(6)若选择r引风机B，则调用引风机B肩动子功能组；(7)引风机B投自动，并自动进行2台引风机的调平；(8)若选择了送风机B，则渊用送风机B启动子功能组；(9)若选择了送风机B,将送风机B动叶逐渐置为25%；(10)先后将送风机A.B投入自动，自动进行2台送风机的调平。若总风量<90(J -t7h，则将总风量没定值逐渐设为900 t/h。

 其中．各风机启动子功能组的步骤主要包括启动风机油泵、将风机动叶置为0%、动作风机进口挡板及出口挡板、启动风机等。

 同时满足以下条件时，判定该功能组已完成：

 (1)已选择的引风机运行且在自动状态；

 (2)已选择的送风机运行且在自动状态；

 (3)炉膛压力稳定；

 (4)总风量稳定。

2.2  智能运行功能组

 在智能启动功能组完成后，引风机、送风机自动转由智能运行功能组控制。该功能组由引风机、送风机的自动调节子功能组和自动调平子功能组组成。自动调节子功能组主要是通过PID调节和前馈调节，在风机运行全周期巾，自动维持炉膛压力、总风量等参数在最佳日标值附近。自动调平子功能组包括偏置平衡回路和电流平衡回路．目的是维持2台风机之间的动叶指令平衡和电流平衡。其控制原理逻辑框图如图2所示。

 从图2可知，当2台风机均在自动状态时，可由智能控制模块投入或手动投入自动调平子功能组。当任一风机手动时，将自动退出该子功能组。该子功能组投入后，若风机动叶偏差值>+5%，则偏置平衡回路起作用，将2台风机的动叶指令偏置以计算速率向0%逼近：当2台风机电流偏差值>±5 A．且动叶偏差值<+5%时，电流平衡回路起作用，根据2台风机电流的偏差值，自动将风机的动叶指令偏置以计算速率置为+5%以内的某个数值．直到消除电流偏差或偏置达到+5%。其中．动叶指令偏置的置值速率取决于炉膛压力和总风量的控制偏差．当两者偏差均很小时，置值速率变大；当任一偏差较大时，置值速率变小．甚至暂停调平，以保证炉膛压力和总风量稳定。此外，为避免频繁调节，当2台风机的电流偏差<+2 A时自动停止调平，电流偏差>+5 A时自动开始调平。

2.3智能停运功能组

 同时满足2个条件时，允许运行风烟系统智能停运功能组：(1)主燃料跳闸(main fuel  trip，MFT)已动作；(2)总风量<800 t/h。

 该功能组组成步骤为：(1)停运空预器吹灰：(2)若送风机A在运行中，则调用送风机A停运子功能组；(3)若引风机A在运行中，则调用引风机A停运子功能组；(4)若送风机B在运行中．则调用送风机B停运子功能组；(5)若引风机B在运行巾，则调用引风机B停运子功能组。

 其中，各风机停运子功能组的步骤主要包括将风机动叶指令逐步置为0%、停运风机马达、动作风机进出口挡板等。

 同时满足以下条件时，判定该功能组已完成：

 (1)2台引风机均停运：

 (2)2台送风机均停运。

3仿真优化

 风烟系统智能控制模块设计完成后，在600MW等级超超临界机组全激励式仿真模型上进行仿真试验，发现以下主要问题并进行了优化完善。

3.1  引风机自动的优化

 仿真中发现，在首台送风机启动前会先关另一侧送风机动叶，导致炉膛压力突然下降．引风机动叶在自动作用下快速关小；首台送风机启动完成后，又会引起炉膛压力突然上升，刚关小的引风机动叶反而导致炉膛压力冒正压的幅度更大．甚至经常由于炉塍压力强制偏差大而退出引风机自动。

 分析发现首台送风机启动过程引起的炉膛压力突降和突升过程之间一般不超过1min．此过程中引风机动叶不进行调节是最佳方式。据此优化了控制逻辑，使首台送风机启动子功能组运行时．闭锁增减首台引风机的动叶。同时，在此过程中炉膛压力偏差大时，不退出引风机自动。

3.2风机动叶指令偏置置值速率的优化

 原设计中将风机电流平衡回路、偏置平衡回路中的风机动叶指令偏置置值速率设为相同的数值，但仿真中发现该值设置较大时，在电流平衡回路作用下，2台风机动叶容易发生周期性震荡：而该值设置较小时，在偏置平衡回路作用下．风机调平的过程又耗时太长，特别是在RunBack等工况时，不利于机组的快速恢复。

 对此进行了优化，将送往电流平衡回路的动叶指令偏置置值速率乘以系数0.5，使得在相同的炉膛压力、总风量控制偏差下，电流平衡回路的动叶指令偏置置值速率只有偏置平衡回路的一半．较好地解决了这个问题。

 3.3风机自动投退条件的优化

 常规控制中，当送风机、引风机启动完成并调平后，由运行人员投入自动，退出自动的条件一般包括风机停运、被调量信号品质坏、风机动叶指令与反馈偏差大、被调量与设定值控制偏差大等。在仿真巾发现这些条件不能完全满足风烟系统智能控制的需求，为此进行了以下优化：

 (1)引风机启动后需要及时控制炉膛负压．冈此在引风机启动子功能组完成后，自动将其投入自动。当第2台引风机投入自动后，自动进行风机调平。

 (2)选择2台送风机启动时，第1台送风机启动后，不需立刻精确控制总风量，因此仅将其动叶置一定开度即可。当第2台送风机启动完成且动叶置一定开度后，再将2台送风机投入自动．这样可以省略送风机调平过程，缩短了启机时间。

 (3)在送风机启动子功能组运行过程中．以及完成后的一定时间内，将炉膛压力控制偏差大退出引风机自动的偏差值白动改为一个较大的数值，以免引风机自动频繁退出。

4应用效果

 在某660 MW超超临界机组上进行了风烟系统智能控制模块的实际投运，该机组的锅炉为哈尔滨锅炉厂制造的HG-1948/28.25-HM6型超超临界参数直流锅炉，每台炉配有2台动叶可调轴流式送风机和2台动叶可调轴流式引风机。目前该机组的启停过程均采用了风烟系统智能启动和智能停运功能组，机组正常运行期间也一直投入风烟系统智能运行功能组，应用效果良好。以某次启机过程为例，在风烟系统智能控制模块的作用下．相关参数运行曲线如图3所示。

 初始工况下．2台送风机、2台引风机的动叶均全关。引风机A启动前，为建立烟风通道，打开了送风机B的动叶及出口挡板。送风机A启动前后，炉膛压力出现了下降和上升过程，但引风机A的动叶被闭锁增减，因此炉膛压力的变化幅度不大。

 引风机B启动后，炉膛压力出现突降，但在引风机A动叶的调节作用下，很快恢复了正常值。引风机B投入自动后，引风机自动调平子功能组也同时投入。此时由于引风机A的电流大于引风机B的电流，所以在电流平衡回路的作用下，引风机B动叶逐步开大，引风机A动叶逐步关小．使2台引风机电流始终保持平衡。

 2台送风机先后启动后，动叶都逐步开到25%。待总风量稳定后，2台送风机先后投入自动．总风量没定值自动逐步调整为900 t/h。此过程中炉膛压力和总风量都能很好地维持在设定值附近。

 该机组风烟系统智能肩动过程耗时约22 min，其中设置了共计约5 min的延时时间，以便运行人员检查风机相关参数。整个启动过程无需运行人员干预，炉膛压力和总风量均全程自动控制。表1给出了智能控制方式下的本机组，与手动控制方式下的某630 MW超临界机组（A机组）、手动控制方式下的某600 MW超超临界机组（B机组）风烟系统启动过程典型工况的相关数据对比。

 由表1可见．智能控制方式下的风烟系统启动过程耗时中等，但炉膛压力的波动幅度较小，机组安全性能得到提高。

5结语

 风烟系统智能控制模块是火电机组智能控制系统的重要组成部分。本文对风烟系统智能控制的需求进行了分析，设计了其功能模块并进行了仿真优化。现场应用表明，在没有运行人员干预的情况下，实现了整个风烟系统启动、运行、停运全过程的自动控制，且始终能将炉膛压力、总风量等重要参数控制在目标值附近，提高了机组安全性能，减轻了运行人员劳动强度。