杜志方

【摘要】本文針對(duì)姚孟發(fā)電有限責(zé)任公司#2汽輪機(jī)組由于在DCS運(yùn)算中出現(xiàn)一次調(diào)頻因子反復(fù)疊加，造成汽輪機(jī)綜合閥位指令增加，使得高壓調(diào)門大幅開啟，主汽壓降低，給水流量增加，運(yùn)行調(diào)節(jié)不及，最終造成因過熱器超溫保護(hù)動(dòng)作引起鍋爐MFT。針對(duì)這個(gè)問題，利用2機(jī)組的停機(jī)檢修機(jī)會(huì)，對(duì)#2機(jī)組一次調(diào)頻控制邏輯進(jìn)行完善，以滿足電網(wǎng)對(duì)一次調(diào)頻的功能要求。

【關(guān)鍵詞】一次調(diào)頻；跟蹤運(yùn)算；隱患

1.概述

1.1組一次調(diào)頻功能

機(jī)組一次調(diào)頻功能是指當(dāng)電網(wǎng)頻率超出規(guī)定的正常范圍時(shí)，機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化自動(dòng)地降低或增加機(jī)組出力的功能。機(jī)組一次調(diào)頻功能對(duì)電網(wǎng)和機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著極其重要影響，電網(wǎng)要求所有并入電網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組都必須進(jìn)行合理的整定設(shè)置以具備和投入一次調(diào)頻功能。當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)超過規(guī)定的正常范圍時(shí)，機(jī)組無論在任何運(yùn)行控制方式下都應(yīng)自動(dòng)參與一次調(diào)頻。

1.2機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)指標(biāo)

機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速不等率

火電機(jī)組要求設(shè)置為4%—5%。

調(diào)速系統(tǒng)遲緩率

機(jī)組容量>200兆瓦，遲緩率要求小于0.1%。

機(jī)組參與一次調(diào)頻的死區(qū)：

電液型汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的火電機(jī)組和燃機(jī)死區(qū)暫要求設(shè)置為不大于±2r/min（±0.0333赫茲）。

機(jī)組參與一次調(diào)頻的響應(yīng)時(shí)間

當(dāng)電網(wǎng)頻率變化達(dá)到一次調(diào)頻動(dòng)作值到機(jī)組負(fù)荷開始變化所需的時(shí)間為一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間，應(yīng)小于3秒。

2.#2機(jī)組跳機(jī)情況簡介

2015年10月14日9點(diǎn)#2機(jī)組退出汽機(jī)閥位“遙控”方式，投入功率反饋，汽機(jī)總閥位控制在152MW，開始做定期工作主機(jī)閥門活動(dòng)試驗(yàn)。

10：22#2主機(jī)閥門活動(dòng)試驗(yàn)正常完成。

10：25運(yùn)行人員將主機(jī)閥門控制方式投至“遙控”瞬間，汽機(jī)總閥位指令由152MW突然升到232MW（300MW時(shí)對(duì)應(yīng)閥位196MW），#2、3高調(diào)門由55%增至100%，#5、6高調(diào)門由0開至59%，汽機(jī)負(fù)荷從188MW突升到225MW，主汽壓從13.2MPa降到10MPa，給水量由535t/h升至640t/h；退出#2機(jī)閥位“遙控”后在DEH畫面手動(dòng)輸入關(guān)小總閥位指令依次關(guān)小調(diào)門。

10：27主汽壓由13.2/13.2MPa低至9.7/9.9MPa，主汽溫由548/547℃降至539/541℃，#1、2汽泵轉(zhuǎn)速分別由3687/3696rpm降至3422/3428rpm；給水流量620t/h，仍減不下來，水冷壁出口汽溫過熱度低（2℃左右），運(yùn)行人員增加煤量后溫度有回升趨勢(shì)；

10：29汽機(jī)閥位逐漸關(guān)至160MW，主汽壓升至12.3MPa，給水量逐漸降低至493t/h。運(yùn)行人員擔(dān)心給水流量下降過低，將給水自動(dòng)切手動(dòng)，手動(dòng)增加汽泵轉(zhuǎn)速，汽動(dòng)轉(zhuǎn)速由3426/3420rpm增加到3609/3612rpm，但給水量上升較慢；主汽溫上升較快，運(yùn)行人員將減溫水自動(dòng)切至手動(dòng)，將減溫水量增至最大（18t）。

10：30繼續(xù)手動(dòng)增加汽泵轉(zhuǎn)速至3616/3621rpm，水量501t/h，但水量上升仍緩慢；啟#3電泵并入系統(tǒng)，增加給水流量。

10：31過熱汽溫達(dá)到570℃，過熱汽溫高保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。

3、原因分析

通過調(diào)取DCS歷史趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)在#2機(jī)組完成閥門活動(dòng)試驗(yàn)后，進(jìn)行控制模式切換時(shí)，電網(wǎng)一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速為2997.0rpm，經(jīng)壓力、負(fù)荷修正后，一次調(diào)頻閥位修正前饋為1.193。在控制模式發(fā)出切換指令至切換完成的2秒內(nèi)，電網(wǎng)一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速始終在2998rpm以下，最低時(shí)低至2996rpm，此時(shí)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作信號(hào)持續(xù)存在。本來一次調(diào)頻指令動(dòng)作只有1.193%，而當(dāng)時(shí)卻產(chǎn)生了高達(dá)24.9%的分量疊加，導(dǎo)致控制模式切換瞬間綜合閥位指令大幅上升，大幅開啟高調(diào)門。

在機(jī)組啟動(dòng)后再次對(duì)#2機(jī)組進(jìn)行做一次調(diào)頻試驗(yàn)。

首先當(dāng)前操作員投自動(dòng)，運(yùn)行工況穩(wěn)定，由熱工人員在邏輯中強(qiáng)制DEH綜合閥位輸出信號(hào)的上下限為當(dāng)前值的±2%，以防止試驗(yàn)引起閥門指令大幅變化，同時(shí)運(yùn)行人員加強(qiáng)監(jiān)控，避免機(jī)組突發(fā)因素使試驗(yàn)無法正常進(jìn)行。然后熱工人員首先將一次調(diào)頻信號(hào)強(qiáng)制為0，由運(yùn)行人員投入遙控指令，觀察綜合閥位指令沒有變化；退出遙控指令，再強(qiáng)制轉(zhuǎn)速信號(hào)使一次調(diào)頻動(dòng)作后，由運(yùn)行再投入遙控指令，發(fā)現(xiàn)綜合閥位指令大幅增加，動(dòng)作現(xiàn)象同跳機(jī)前現(xiàn)象相同。（因內(nèi)部邏輯設(shè)計(jì)復(fù)雜，只取其中幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行簡單描述，其邏輯關(guān)系簡單框圖見附圖1）

動(dòng)作過程：遙控投入后，DEH-DEMDTRK由0變?yōu)?，DEH1-X158值、DEH1-TARGET值和DEH-REFDMD值同時(shí)由201MW變?yōu)?07MW；下一秒遙控投入完成，DEH-DEMDTRK由1變?yōu)?，DEH-REMTRK由0變?yōu)?，DEH1-TARGET值不變，而DEH1-X158值變?yōu)?30MW，DEH-REFDMD值變?yōu)?27MW，然后才緩慢降低與DEH1-TARGET值一致，試驗(yàn)歷史數(shù)據(jù)見附圖2。

本次一次調(diào)頻試驗(yàn)轉(zhuǎn)速設(shè)為2997.8轉(zhuǎn)，即超死區(qū)0.2轉(zhuǎn)，邏輯運(yùn)算產(chǎn)生一次調(diào)頻閥位因子0.292%，即綜合閥位指令應(yīng)增加0.292%，而試驗(yàn)實(shí)際綜合閥位指令增加8.2%，大大超出。在DEH邏輯中DEH1-X158值是由原閥門綜合指令DEH1-X285疊加一次調(diào)頻閥位因子DEH1-X151產(chǎn)生。當(dāng)遙控投入時(shí)，由于DEH-DEMDTRK滿足邏輯條件由0變1，DEH1-X158值傳遞給DEH1-REFDMD，然后再疊加一次調(diào)頻閥位因子DEH1-X151產(chǎn)生新的閥門綜合指令。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，DEH邏輯設(shè)計(jì)在切換過程中循環(huán)跟蹤，當(dāng)DEH-DEMDTR由0至1再至0期間，一次調(diào)頻閥位因子DEH1-X151在控制回路中被反復(fù)疊加給DEH1-X158和DEH1-REFDMD，每周期疊加兩次，切換過程跟蹤循環(huán)2s，而控制器的掃描周期為100ms，因此在控制模式切換過程中，一次調(diào)頻指令在其中疊加了40次左右，使最終閥門指令大大超出預(yù)期。

DEH一次調(diào)頻控制邏輯為2009年#2機(jī)通流部分改造時(shí)汽輪機(jī)廠成套進(jìn)行邏輯組態(tài)調(diào)試，一次調(diào)頻邏輯在回路上疊加時(shí)存在一定的缺陷，此種循環(huán)疊加只在控制模式切換瞬間且一次調(diào)頻當(dāng)時(shí)正處在動(dòng)作狀態(tài)時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。#2機(jī)組以前未出現(xiàn)此現(xiàn)象，就是因?yàn)?2機(jī)組以前投遙控次數(shù)較少，且在投遙控瞬間一次調(diào)頻未曾動(dòng)作，而且單從觀察邏輯回路無法發(fā)現(xiàn)此隱患的存在，只有在各方條件均達(dá)到時(shí)才能暴露，所有跟蹤均是在毫秒級(jí)時(shí)間單位內(nèi)完成，肉眼無法判斷（事后調(diào)曲線也只是發(fā)現(xiàn)指令突升，找不到源頭，只是懷疑是由此引起，但不能確定，事后做試驗(yàn)才肯定了該判斷）。本次事件各方條件滿足，因此暴露了DEH邏輯設(shè)計(jì)隱患。

汽機(jī)閥門開大后，汽壓急劇下降，給水量大幅度上升，水冷壁出口過熱度下降，為保證過熱度穩(wěn)定，鍋爐增加燃料量；隨著汽機(jī)閥位關(guān)小，同時(shí)燃料量的增加，兩者因素疊加，造成主汽壓回頭后上升過快，給水流量持續(xù)下降，運(yùn)行人員將給水自動(dòng)切至手動(dòng)，連續(xù)增加汽泵轉(zhuǎn)速，但仍不能克服汽壓上升較快帶來給水背壓升高對(duì)給水流量的影響；因水冷壁出口過熱度仍較低，運(yùn)行人員未及時(shí)回調(diào)給煤量，造成主汽溫急劇上升，雖然開大了減溫水調(diào)門增加減溫水量，但最終導(dǎo)致超溫保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)，是本次事故的促成原因。

4.#2機(jī)組一次調(diào)頻功能的完善

對(duì)#2機(jī)組DEH控制邏輯進(jìn)行檢查，修改一次調(diào)頻算法，取消重復(fù)計(jì)算，更改一次調(diào)頻因子在邏輯中的疊加位置，避免跟蹤循環(huán)運(yùn)算的影響。并且對(duì)其它機(jī)組一次調(diào)頻隱患進(jìn)行排查。

修改完成后，#2機(jī)組再次進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)，增加各種不同擾動(dòng)。當(dāng)遙控投入且一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，機(jī)組閥門動(dòng)作正常，運(yùn)行狀況穩(wěn)定，一次調(diào)頻的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足一次調(diào)頻試驗(yàn)要求。

5.小結(jié)

DEH廠家在設(shè)計(jì)一次調(diào)頻邏輯時(shí)，存在一定的安全隱患，未考慮遙調(diào)控制方式切換瞬間一次調(diào)頻因子的疊加問題。通過修改優(yōu)化#2機(jī)組一次調(diào)頻控制邏輯，解決了這個(gè)機(jī)組運(yùn)行中的隱患，保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。