基于超超临界机组的协调控制系统及其改进方案崔希、孙津、曹伟琴、吴莉娟（江西中电投新昌发电有限公司，江西 南昌330117）The Coord i nat ion ControI System based on ultrasupercr itical unit and its improvement programCuixi、Sunjin、Caoweiqin. Wulijuan(JIAXGX1X1NCHAXG POWER GENERATIONCO. , LTD, JIANGXI, NANCHANG, 330117)摘 要：本文基于新昌电厂调试阶段者重研究基于超 unit and its improvement program during the period超临界机组的协调控制系统及其改进方案。电厂协调 of test of XinChang power plant. The coordination控制系统是建立在DCS控制系统基础上的先进控制方control systemof power plant is a advancedcontrol methodwhich is based on Distributed式，它山基本的P1D控制理论原理构成。对其应用并control system,it consists from the basic PID进行恰当的调整及改进能极大的使电厂适应现代自动control theory.If we can make full use of it and化生产，增加安全可靠性并降低成本。i inprove i t, thepower plant wi 11 adapt modern关键词：超超临界、协调控制、控制策略、改进 manufacture, increase safty and reliability,decrease cost and so on.Abstract： This paper begins with the coordinationKeywords： ultra supercritical、the coordinationcontrol system which based on ultra supercritical control system、 control project、 improvement.o引言随着近年-来国内大量的大型火电机组陆续 开工投产，我国电力生产技术水平及设备先进 程度口益提高。对于大型火电机组，由于其参 数的提高，相比原来的中小型机组，运行方式 有了较大的改变。随着功质过热蒸汽的压 力参数突破临界压力，汽和水不再存在密度差, 原先经典的低参数下锅炉自然循环无法再建立 了，这使得我们的锅炉由原来的汽包炉转变为 直流炉。因为失去了汽包这一汽水分离装置、 功质及热能缓冲存储装置，水经过水冷壁直接 变成蒸汽，这就要求我们的控制系统更加灵敏 有效、更加稳定可靠，从而对我们的DCS、基 于DCS的CCS以及其控制方式、参数整定等提 出了更高的要求。DCS即分散控制系统，是近年来在工业领 域应用最广的控制方式。尤其是在发电行业， DCS控制系统越来越发挥出它的优越性、必要 性。大量的中小火电机组都积极进行DCS改造, 它通过自动控制使运行人员从繁琐的操作中解 放出来，从而有更多的精力关注整个系统的运 行水平，再加上在线数据监测及报警功能替代 以前运行人员紧张的监盘，不仅节省了人力， 更加提高了机组的可靠性、经济性。而对于大 型发电机组，如果没有DCS这样先进的控制手 段，是无法驾驭这个庞然大物的。随着机组参 数的提高，对其运行的可靠性、经济性有了更 高的要求，而高参数机组的海量数据必须有先 进控制系统和先进控制方式来计算、监测，而 大量的控制对象更需要控制设备准确快速可靠 的动作调控，这些都是人力无法做到的，而DCS 控制系统却能很好的完成这些任务。1项目背景介绍新昌电厂“上大压小”新建一期工程为两 台660MW机组，是江西第一家超超临界机组。 其三大主机分别由：锅炉为东方锅炉（集团） 股份有限公司、汽机为东方汽轮机有限公司、 发电机为东方电机股份有限公司制造。1.1锅炉介绍：锅炉为东方锅炉（集团）股份有限公司生 产的超超临界参数变压运行直流锅炉,单炉膛、 一次再热、平衡通风、锅炉采用露天布置、固 态排溢、全钢构架、全悬吊结构rr型烟煤锅炉。 型号：DG2060/26. 15-112。采用中速磨正压冷 一次风机直吹式制粉系统设计，每台炉配用6 台中速磨煤机，5台运行，1台备用。每台磨配 用1台耐压称重式皮带给煤机。锅炉烟风系统 按平衡通风设计，送风机采用2x50%容量的动 叶可调式轴流风机。一次风机采用2x50%容量 的双级动叶可调式轴流风机。吸风机采用 2x50%容量的动叶可调式轴流风机。锅炉采用 三分仓容克式空预器。1.2汽机介绍：汽机为东方汽轮机厂有限责任公司制造的 超超临界压力汽轮机，型号为： N660-25/600/600,超超临界、一次中间再热、 单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机。1.3发电机介绍：发电机为东方电机股份有限公司生产的发 电机，发电机型号：QFSN-660-2-22。1.4热控介绍：机组的监视与控制部分主要由艾默生控制 系统（上海）有限公司和西安热工研究院有限 公司联合提供的OVATION分散控制系统（DCS） 来实现，DCS包括主要功能包括：数据采集系 统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制 系统（SCS）、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、 数字式电液控制系统（DEH）、并与锅炉吹灰程 控系统、锅炉炉管泄漏系统、远程数据采集系 统进行通讯。操作人员可通过操作员站实现全 厂运行状况的监视、各功能组的联锁控制、模 拟量的自动调节、锅炉的燃烧管理等。操作员 还可通过系统很强的日诊断功能及打印功能进 行事故追忆、曲线打印、系统彩色画面的硬拷 贝等C2协调控制系统方案的选型目前常见的机炉协调控制方式有：以锅炉跟 随为基础的协调控制方式，以汽机跟随为基础的 协调控制方式，综合协调控制方式。以锅炉跟随为基础的协调控制方式是在机 调功，炉调压的锅炉跟随控制方式的基础上，增 加了机、炉共同维持汽压在允许范围内的协调控 制作用。汽压偏差对汽轮机调节汽阀开度的限制 可以减少汽压波动，但与此同时也减慢了机组对 负荷的响应速度。换句话说，该控制方式是以降 低机组对负荷响应能力为代价换取了汽压控制 质量的提高，其结果是兼顾适应负荷和稳定汽压 两方面指标。以汽机跟随为基础的协调控制方式是在机 调压，炉调功的汽机跟随控制方式的基础上，增 加了机、炉共同保持机组实发功率的协调控制作 用。该控制方式暂时利用锅炉畜热能力，可以改 善功率响应特性，适应负荷的能力提高。但是也 使汽机动态偏差因此而加大，该控制方-式是以加 大汽机动态偏差为代价换取机组对负荷响应能 力的提高，也就是同时兼顾了适应负荷和稳定汽 压两方面指标。由此可见，我厂选择以锅炉跟随为基础的协 调控制方式相对能够更好的控制汽压质量，从而 减少各相关参数波动对机组及其各设备寿命的 影响，使得整个机组运行稳定性和经济性都得到 提高。而通过PTD参数的整定后，对负荷响应的 能力也完全能满足电网对大机组的要求。3协调控制各分系统说明新昌电厂协调控制方式采用以锅炉跟随为 基础的协调控制方式（在这里称为CCS方式）， 通过汽机锅炉协调控制，使机组在满足电 网负荷需求的同时，又保证主汽压力稳定。它 的内容包括：负荷指令设定、负荷速率设定、 频率偏差补偿、最大、最小负荷设定、汽机主 控设定、功率控制、主汽压设定、主汽压速率 设定、主汽压力控制、锅炉主控设定等。系统具有锅炉跟踪方式（BF方式）、汽机跟 踪方式（TF方式）、以锅炉跟踪为基础的协调 控制方式（CCS方式）和手动控制方式（MAN 方式）。四种方.式由运行人员选择。此外协调控 制系统还具有自动减负荷（RB）和频率校正回 路，并具有滑压升负荷方式。以下对各日动控制方式逐一进行说明：3. 1锅炉跟随方式（BF）：汽机主控在“手 动”，通过改变调门开度来控制机组实发功率。 锅炉主控在“自动”，通过控制锅炉燃烧率来控 制机前压力。此时，汽机主控处于“手动”状态，调节 器输出跟踪输入，机组负荷通过手动改变调门 开度来控制。锅炉主控处于“自动”状态，调节器以机 前压力作为被调量维持机前压力到设定值。BF方式的优点为对电网的负荷响应快，充 分利用了锅炉蓄能；缺点为锅炉蓄能释放过程 中主汽压力下降，造成压力波动，机组运行稳 定性降低。此外，在燃烧率扰动时，汽压变化 而产生偏差，蒸汽汽量也随之变化，汽机为了 保持输出功率而要控制汽机调门动作，其结果 将进一少加剧汽压变化，使偏差增大，造成较 大的汽压波动。锅炉跟随方式适用于锅炉设备运行正常, 机组的输出功率因汽机设备故障受到限制时的 工况。3. 2汽机跟随方式：锅炉主控在“手动”， 控制机组实发功率。汽机主控在“日动”，控制 机前压力。此时，汽机主控处于“自动”状态，调节 器被调量为机前压力，通过改变调门开度来实 现。锅炉主控处于“手动”状态，调节器输出 跟踪输入，在操作站上通过手动控制锅炉燃烧 率来控制机组实发功率。TF方式由锅炉调功率，汽机调压力，由于 汽压对汽机调门开度改变反应很快，汽机主控 模块可保证汽压变化很小，有利于机组的安全 稳定。但负荷变化由于没有利用机组的蓄热能 力，电功率要等燃烧率改变，经较大延迟引起 蒸汽汽量，蓄热及汽压相继变化后才开始响应。 因此负荷响应能力较差，不利于参加电网调峰。此外，在燃烧率扰动时，汽压变化而产生 偏差，蒸汽流量也变化，机组输出电功率随之 变化。汽机主控为了保持汽压而要控制汽机调 门动作，其结果将进一步加剧蒸汽流量的变化， 使机组输出功率变化加剧,造成较大功率波动。汽机跟随方式适用于单元机组承担基本负 荷的情况，或当汽机设备运行正常，机组的输 出功率因锅炉设备原因受到限制的工况。3. 3机、炉协调控制方式：汽机主控在“白 动”，控制机组实发功率，锅炉主控在“日动”， 控制机前压力。此时，汽机主控与锅炉主控同时处于“日 动”状态，汽机主控调节器的给定值为单元负 荷指令与频率校正信号之和，被调量为发电机 实发功率，通过改变调门开度来实现。锅炉主 控调节器的给定值为机前主汽压力设定值，调 节器的被调量为实际机前压力，通过调整进入 炉膛的总煤量来实现。4条件设定4.1汽机主控投入“自动”状态必须同时满 足以下条件：4.1.1发电机频率信号正常4. 1.2发电机并网4. 2.锅炉主控投入“自动”状态必须同时满 足以下条件：4. 2. 1锅炉处于干态运行4. 2. 2给水调节系统自动投入正常4. 2.3炉膛负压调节系统自动投入正常4. 2.4燃料主控处于“自动”状态（注：送 风及氧量校正调节系统必须投入自动且给煤机 投自动台数不少于3台燃料主控方能投入自动）可以看出，锅炉主控是基于给水调节系统、 炉膛负压调节系统、送风及氧量校正调节系统、 燃料量调节系统等对整个锅炉的给水、风烟、燃 料进行综合调节的控制方式。5协调控制系统及其调试改进过程综上可见，机炉分别控制方式对于负荷变动 的工况，在功率和汽压的控制性方面存在顾此失 彼的问题。其根本原因在于忽视了控制对象内在 的相互关联性和锅炉动态特性上的差异。因此机 炉分别控制方式一般只用于某些较特殊的运行 条件。为了适应负荷变动的要求，我们通常考虑 采用机炉协调控制方式。当汽机主控和锅炉主控同时投入“自动”状 态时，机组将自动切入至CCS协调控制方