协调控制系统在大唐托克托电厂600MW机组的应用

［关键词］ 协调控制系统；ＣＣＢＦ；ＣＣＴＦ；技术改 造
［中图分类号］ ＴＭ７６ ［文献标识码］ Ｂ ［文章编号］ １００８－ ６２１８（２００５）０５－ ００２０－ ０４
１ 机组概况
内蒙古大唐托克托发电厂（以下简称托电）一期 建设工程为 ２ 台 ６００ ＭＷ 亚临界参数燃煤发电机 组。汽机为亚临界参数﹑一次中间再热﹑四缸﹑四排 汽﹑单轴反动式凝汽机组，设有 ８ 级回热抽汽系统， 即 ３ 级高加﹑４ 级低加和 １ 级除氧器，采用 ３０％ ＢＭＣＲ 容量的高﹑低压 ２ 级串联旁路系统，配备 ２ 台 ６０％容量的汽泵给水泵和 １ 台 ３０％容量的电动给水 泵。额定功率为 ６００ ＭＷ，机前主汽压力为 １６．７ ＭＰａ，机前主汽温度和再热汽温度为 ５４０ ℃。
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表 １ 试验结果
４．３．２ 机主控压力指令修正 在 ＣＣＴＦ 方式下，改进的思路是将炉侧调节功
率偏差按一定比例负向加到机主控压力指令回路 中，当功率偏离设定值达到一定范围时，功率的负向 偏差将一定系数（或分段函数）修正机主控的压力 指令。由于机侧的电调响应较快，实际功率偏差很快 减少，从而反向抑制炉侧功率偏差的增大，起到辅助 锅炉调功率的作用。改进后的信号回路见图 ５。
参数
主汽压力／ＭＰａ 汽包水位／ｍｍ 炉膛负压／Ｐａ 过热汽温／℃ 再热汽温／℃
１００ ＭＷ 的变动
２００ ＭＷ Leabharlann 变动稳态最大 动态最大 稳态最大 动态最大
误差
误差
误差
误差
±０．２
±０．４５
±０．２
±０．５
±３０
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ＩＮＮＥＲ ＭＯＮＧＯＬＩＡ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ
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协调控制系统在大唐托克托电厂
６００ ＭＷ 机组的应用
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ６００ ＭＷ Ｕｎｉｔｓ ｉｎ Ｄａｔａｎｇ Ｔｕｏｋｅｔｕｏ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ
４．１ 完善一次调频功能 原设计中协调系统具有一定的一次调频功能，
但只有在汽轮机转速低于 ２ ９７０ ｒ／ｍｉｎ 和高于 ３ ０３０ ｒ／ｍｉｎ 的情况下才起作用，所以在一般情况下看不到 频率的修正作用。这样的设计满足不了国内电网周 波对机组调节的要求。因此，对一次调频功能作了如 下改进：将频率变送器采集的频率信号通过一函数 发生器（根据汽轮机的转速不等率计算得出）计算出 的负荷偏差与 ＬＤＣ 的目标负荷相加，通过改变机组 的负荷指令纠正电网的频率变差，使机组具有一次 调频能力。函数发生器设有一定的死区，只有当频率 偏差超出死区（一般定位±２ ｒ／ｍｉｎ）时才起作用。此设 计是为了网上周波在正常范围内波动时，不至于对 机组的功率造成扰动。 ４．２ 负荷指令前馈的技术改进 ４．２．１ 改进原理
锅炉岛为引进美国 ＡＢＢ－ ＣＥ 燃烧工程公司技 术设计制造的 ＨＧ－ ２００８／１７．４－ ＹＭ４ 型亚临界、一次 中 间 再 热 、单 炉 膛 、Π 型 布 置 、四 角 切 圆 燃 烧 、平 衡 通风、全封闭、固态排渣、强制循环汽包型燃煤锅炉， 燃料为烟煤。配备 ６ 台 ６０％容量的送、引风机和一 次风机。６ 台磨煤机设计为 ５ 台可带额定负荷运行， 另外 １ 台备用。在额定工况下，过热器出口温度为
［收稿日期］ ２００５－ ０７－ １５ ［作者简介］ 赵志刚（１９７１－ ），男，内蒙古人，毕业于内蒙古工业大学，学士学位，工程师，从事热力控制工作。
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２．６ 以锅炉跟随为基础的协调控制系统（ＣＣＢＦ）： 汽机主控投入自动维持功率平衡，锅炉主控投入自 动主要维持压力平衡，同时两者协调配合用以维持 机炉间的能量平衡。 ２．７ 以汽机跟随为基础的协调控制系统（ＣＣＴＦ）： 汽机主控投入自动用于维持压力平衡，锅炉主控投 入自动维持功率平衡，同时两者协调配合，用以维持 机炉间的能量平衡。
托电作为华北电网的主力电厂，由于 ＡＧＣ 的投 入，为了能使机组按照电网的要求达到较快的功率 响应（负荷变化率为 １２ ＭＷ／ｍｉｎ），把 ＣＣＢＦ 作为日 常运行的主要控制方式。
４ 协调控制系统的技术改进
３．２ 协调系统的主要模式及其特点 ３．２．１ ＴＦ２ 是一种基本的协调运行方式，是指在机 组发生主要辅机跳闸（ＲＵＮＢＡＣＫ）或处于异常需要 降出力（ＲＵＮＤＯＷＮ）时所采用的一种运行方式。这 时协调控制系统一方面要根据 ＬＤＣ 的前馈输出（一 定的负荷对应一定的燃料量）来调节煤量，将负荷快 速地降到目标值，另一方面要保证机前压力的稳定。 由于其负荷控制回路没有形成闭环，所以在这种方 式下机组实际达到的负荷和 ＬＤＣ 计算的目标负荷 不一定相同，但对于处于异常情况下的机组来说却 不失为一种既简单、又有效的控制策略。 ３．２．２ ＢＦ２ 仅仅是一种过渡的协调控制方式，机组 不能长期在这种方式下运行，应尽快地投入协调方 式或者退出这种方式。 ３．２．３ ＣＣＴＦ 是以汽机跟随为基础的协调方式，即
在 ＣＣＢＦ 方式下，将炉侧主汽压力偏差按一定 比例负向加到汽机功率指令回路中，当压力偏离设 定值达到一定范围时，压力的负向偏差将按一定系 数（或分段函数）修正机主控的功率指令。由于机侧 的电调响应较快，实发功率很快按要求改变，从而反 向抑制压力偏差的增大，起到辅助锅炉调压的作用。 改进后的信号回路见图 ４。
在以上 ７ 种方式中，ＢＦ２、ＴＦ２、ＣＣＴＦ、ＣＣＢＦ 其 中 任 意 １ 种 方 式 投 入 运 行 ， 都 称 ＬＤＣ（ＬＯＡＤ ＤＥＭＡＮＤ ＣＯＭＰＵＴＥＲ）处于自动方式。
３ 协调控制系统的组态结构特点
３．１ 系统组态结构 机炉协调控制系统的组态结构见图 １。
机主控按 ＤＣＳ 压力指令自动调节主汽压力（有最低 压力限制），锅炉按 ＬＤＣ 负荷指令自动调节发电机 功率，炉侧主控有 ＬＤＣ 指令前馈。其特点如下：
节后期的燃料量的作用，用以克服大负荷变动时后 期加煤不足的问题。在托电的项目中第一个惯性环节 的 Ｔｉ 值为 ２０ ｓ，第二个惯性环节的 Ｔｉ 值为 ２４０ ｓ。
（４） 图 ２ 中函 数 Ｆ（ｘ）的 参 数 的 范 围 应 该 在 ０．０５～０．１５ 之间，具体的数值要通过试验取得。
（５）前馈回路改进后的前馈比例简化计算：在 ＬＤＣ 机组负荷指令变动动态过程开始时，功率和燃 料同时增加，炉主控前馈比例为原设计参数的 ０．９ 倍加上增加的前馈值（０．０５～０．１５），即动态过程开始 阶段所需的燃料量和风量，９０％～１０５％由前馈完成。 在动态过程结束后，增加的前馈值趋于 ０（何时趋于 ０ 取决于惯性环节参数的设置），在炉主控的输出 中，前馈比例为 ０．９，而剩下的 １０％和超调部分由调 节器来完成。
（３）图 ２ 中惯性环节参数 Ｔｉ 值的确定与锅炉 的热力惯性有关，具体的参数应通过试验来获得。这 种设计思想是想通过惯性环节来增强前馈对负荷调
４．３ 机主控 ＤＣＳ 功率指令和压力指令回路的改进 针对炉侧系统响应较慢及机侧压力和功率调节
响应快的特点，对机主控侧的压力、功率调节的指令 回路进行了修正。基本思路是将炉侧的压力偏差负 向加到机主控的功率指令回路中，将炉侧的功率偏 差负向加到机主控的压力指令回路中，充分利用机 侧快速消除压力、功率偏差的特性，让汽机调门辅助 锅炉参与调压（在主调功率的同时）和调功率（在主 调压力的同时）。修改后基本消除了 ＣＣＴＦ、ＣＣＢＦ 方 式下压力（功率）波动较大造成燃料量、汽温波动过 大的现象，有效地改善了机炉协调的整体性能。 ４．３．１ 机主控功率指令修正
（３）在负荷指令出现三角波或者负荷指令突然 回调的情况下，ＬＤＣ ＴＡＲＧＥＴ 和实际负荷指令的正 偏差前馈会过调，出现机前压力的大范围波动，导致 负荷也大范围波动的现象。为了克服这种情况，设计 了 ＨＯＬＤ／ＲＵＮ 回路。在现场试验中证实，这个改进 对于闭锁增／减的功能有非常好的效果。
（４）在正偏差前馈回路出口增加了几个惯性环 节。现场的实验证明，改进后的协调控制系统的动 态调节性能及静态特性明显改善。改进后的锅炉负 荷前馈回路原理见图 ２。
赵志刚，康海东
（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，内蒙古 托克托 ０１０２０６）
［摘要］ 介绍了内蒙古大唐国际发电有限责任 公司 ６００ ＭＷ 发电机组所采用的西屋机炉协调控制 系统的设计性能、响应特点及实际应用情况，详细阐 述了根据机组的运行情况进行的技术改进方案和试 验情况，并对改进系统投入后的调节性能进行了陈 述与评价。
（１）对原有的 ＬＤＣ 前馈进行函数处理，基本控 制在 ０．７～０．９ 之间，调试中按照试验结果对函数的 参数进行修正。
（２）增加 ＬＤＣ ＴＡＲＧＥＴ 和实际负荷指令的正 偏差前馈，在负荷变化过程中适当对燃料和风量进 行一定的过调，用以弥补制粉系统和锅炉的纯延迟 导致的压力大范围波动，当然要注意风量和燃料的 交叉控制。
（１）压力功率能准确调节，功率、压力稳态曲线 平稳；
（２）负荷变动时，燃料、汽温波动相对较大，功 率曲线波动，压力曲线平稳；
（３）机侧受电网周波干扰大； （４）因功率波动对给水影响大。 ３．２．４ ＣＣＢＦ 是以锅炉跟随为基础的协调方式，即 机主控按功率目标单元（ＬＤＣ）的负荷指令自动调节 发电机功率，锅炉按 ＬＤＣ 主汽压力设定要求自动维 持主汽压力的稳定，炉侧主控有 ＬＤＣ 前馈。特点有： （１）压力功率能准确调节，可按设计压力曲线 滑压运行，功率、压力稳态曲线平稳； （２） 负荷变动较大时，燃 料 、汽 温 波 动 相 对 较 大，压力曲线波动，功率曲线平稳； （３）机侧受电网周波干扰小。
通过计算分析和试验曲线验证，协调系统 ＣＣＢＦ 方式下的动态过程的曲线见图 ３。根据曲线可 以看出，ＣＣＢＦ 的系统动态特性得到了有效的提高。
４．２．２ 前馈回路修改后参数调整试验 （１）图 ２ 中∑参数：左管脚为＋１，右管脚为－ １。 （２）ＨＯＬＤ／ＲＵＮ（Ｎ 路）的条件：当协调闭锁负