华电鹿华330MW机组MCS系统逻辑设计说明A培训讲学

1、华电鹿华2 X 330MW机组MCS系统逻辑设计说明设计：校对：审核：批准：2010年9月28日MCS系统简介1系统介绍（省略）2 协调控制设计简介协调控制系统设计原则是将汽机、锅炉作为整体考虑。在综合、能量平衡控 制策略基础上，通过预测提前量来提高机组负荷响应能力、抑制动态偏差；与各 种非线性、方向闭锁等控制机理的有机结合， 协调控制机组功率与机前压力，协 调处理负荷要求与实际能力的平衡。在保证机组具备快速负荷响应能力的同时， 维持机组主要运行参数的稳定。2.1机组指令处理回路机组指令处理回路是机组控制的前置部分，它接受操作员指令、 AGC指令、 一次调频指令和机组运行状态信号。根据机组运行

2、状态和调节任务，对负荷指令 进行处理使之与运行状态和负荷能力相适应。2.1.1 AGC 指令AGC 指令由省调远方给定，420mA对应150MWA 330MW/当机组发生RUNUP/RUNDOWRUNBACK退出 AGC空制。2.1.2 一次调频指令一次调频指令为频率对应功率关系，频率调节死区范围为土0.033HZ （3000± 2r/min ），频率调节范围确定为 50± 0.2 HZ，即49.850.2 HZ （对应于汽轮 机转速控制范围为3000± 12r/min ），对应土 20MW当负荷达到上限330MW或下 限160MWX寸一次调频信号进行方向闭锁，当

3、机组发生RUNUP/RUNDOWRUNBACK时退出CCS-次调频控制。机组指令的实际能力识别限幅功能机组指令的实际能力识别限幅是根据机组运行参数的偏差、辅机运行状况，识别机组的实时能力，使机组在其辅机或子控制回路局部故障或受限制情况下的 机组实际负荷指令与机组稳态、动态调节能力相符合。保持机组/电网，锅炉/汽机和机组各子控制回路间需要/可能的协调，及输入/输出的能量平衡。机组指令的实际能力识别限幅功能，反映了协调控制系统一种重要设计思想控制系统自适应能力：1）正常工况一一“按需要控制”，实际负荷指令等于目标指令；2）异常工况一一“按可能控制”，目标指令跟踪实际负荷指令。机组指令的实时能力识别

4、限幅功能主要有：1）方向性闭锁2）迫升 / 迫降（Run Up/Run Dowr）3）辅机故障快速减负荷（Runback所有机组实时能力识别限幅功能，均设计有超驰优先级秩序，并具备明了的CRT显示。方向闭锁功能方向闭锁技术作为CCS的安全保护，具有下例功能：1）防止参数偏差继续扩大的可能；2）防止锅炉各子控制回路间及锅炉、汽机间的配合失调有继续扩大的可能。2.131.1 机组指令增闭锁1）机组指令达上限（运行人员设定）；2）锅炉指令闭锁增；3）送风指令达上限；4）一次风机指令达上限；5）引风指令达上限；6）给水指令达上限；7）汽机主控指令达上限。2.1.3.1.2 机组指令减闭锁1）机组指令达

5、下限（运行人员设定）；2）锅炉指令闭锁减；3）送风指令达下限；4）一次风机指令达下限；5）引风指令达下限；6）给水指令达下限；7）汽机主控指令达下限。2.132 迫升/ 迫降（Run Up/Run Down）指令迫升/迫降作为CCS的一种安全保护，具备按实际可能自动修正机组指令功 能。迫升/迫降主要作用是对有关运行参数（燃料量、送风量、给水流量、一次 风压）的偏差大小和方向进行监视，如果它们超越限值，而且相应的指令已达极 限位置，不再有调节余地，则根据偏差方向，对实际负荷指令实施迫升/迫降，迫使偏差回到允许范围内，从而达到缩小故障危害的目的。2.1.321 迫升1）机组指令减闭锁；2 ）下列任

6、一条件成立：（1）燃料指令小于燃料量5%（2）风量指令小于总风量5%（3）给水指令小于给水流量5%（4）一次风压高于定值1KPa2.1.3.2.2 迫降1）机组指令增闭锁；2）下列任一条件成立：（1）燃料指令大于燃料量5%（2）风量指令大于总风量5%（3）给水指令大于给水流量5%（4）一次风压小于定值1KPa2.1.3.3 辅机故障快速减负荷（Runback）机组主要辅机在运行中跳闸是突发事件，此时若仅靠运行人员操作，由于操 作量大、人为因素多，不能确保机组安全运行。因此RB功能是否完善是衡量CCS 系统设计重要指标。本公司根据多年 RB功能设计与工程实践，提出“以静制动、综合协调”的RB控制

7、策略，在众多电厂得到成功实施，并取得良好的经济效益和社会效益。以静制动一一指发生RB工况时，BM隸要求切粉投油，CCS艮据RB目标值计 算出所需的燃料量后，锅炉主控处于静止状态。综合协调一一指发生 RB工况时，协调各子系统以确保运行工况的平衡过 渡，汽机主控维持负荷与机前压力关系。 在快速减负荷的同时要对某一辅机跳闸 引起的运行工况扰动进行抑制，即采用适当的前馈量，以减小RB 工况初期影响机组运行稳定的不利因素。对外协调 BMS DEH SCS空制系统快速、平稳地把负 荷降低到机组出力允许范围内。2.133.1 华电鹿华2X 330MW机组RB控制策略(简介)1) Runback项目(1) 运

8、行中一台送风机跳闸；(2) 运行中一台引风机跳闸；(3) 运行中一台一次风机或一台变频器跳闸；(4) 运行中一台给水泵跳闸。2) BMS速切除磨煤机完成粗调(1) RB发生时，投保留相关给粉层油；原则上只投一层运行给粉机对应油 枪，如果选中的油枪投运不成功，则投另一层运行给粉机对应油枪。(2) 大于三层给粉机运行，保留下层相邻三层粉，按F、E、D层顺序切除， 间隔6秒。(3) 一次风机RB大于三层给粉机运行，保留下层相邻三层粉,按F、E、D 层顺序切除，间隔3秒。3) 细调由CCS完成RB 过程根据负荷与燃料量关系快速减负荷， 协调系统自动识别机组的负荷区 间及实发功率下降速率，当实际负荷达到

9、 RB目标值或下降速率小于 3MW/min RB过程结束。4) 利用DEH RB接口实现快速降负荷(汽机主控采用脉冲量接口)RB 过程的主要手段是快速切除燃料， 在克服燃料惯性后，其主汽压力快速下 降，此时汽机主控仍然采用脉冲量控制，不能快速关调门，即不能维持机前压 力一一负荷关系；当机前压力低于滑压定值 0.3MPQ通过DEH RB接口动作， 关小调门，来维持机前压力与负荷关系；在机前压力低于滑压定值0.1MPa,恢 复CCS遥控；当机前压力再低于滑压定值 0.3MPa, DEH R战口再次动作，维持 机前压力与负荷关系同时快速降负荷。注：本工程采用模拟量接口，有专门机侧RB调节器，因此CC

10、S送DEH RB信号是禁止的。5）内部协调RB 过程中切除燃料的同时，通过前馈作用使引风机静叶相应减小（幅度与切 除燃料量成比例）；如果是一台送风机在运行中跳闸产生 RB工况时，则对引风机 控制进行相应比例前馈，以减小炉膛压力波动幅度。如果一台引风机在运行中跳 闸，不联跳相应送风机，则对送风机控制进行相应比例前馈。3.控制方案要点简介3.1协调控制方式协调控制分 MAN BF、TF、CCBF CCTF五种方式。1）MAN方式MAN方式即锅炉主控、汽机主控都在手动方式。2）BF方式BF方式炉跟机，即锅炉控制主汽压力，汽机主控在手动方式。3）TF方式TF方式机跟炉，即汽机控制主汽压力，锅炉主控在手

11、动方式。4）CCBF（炉跟机）方式CCBF方式一一即汽机控制功率，锅炉控制压力。这是一种控制功率为主的 综合控制方式，机组指令按比例直接作用到汽机主控、锅炉主控。功率偏差、 DEE与热量信号偏差作为细调。为了限制过多失放蓄热，在汽机主控设计用机 前压力偏差对功率定值进行修正。5）CCTF（机跟炉）方式CCTF方式一一即锅炉控制功率，汽机控制压力。 这是一种控制压力为主的 综合控制方式，机组指令按比例直接作用到锅炉主控、汽机主控。功率偏差、 主汽压力偏差作为细调。这里用功率偏差对主压力控制进行前馈， 在保证主压 力稳定的前提下，减小功率偏差；同时用主汽压偏差对功率控制进行前馈， 在 保证功率稳定

12、的前提下，减小主压力偏差。负荷控制中心负荷控制中心是一体化人机接口。除显示重要参数外，它包括以下功能：1）锅炉主控操作器内容：定压、滑压偏置、变压速率设定，定压方式下压力保持、进行功能； 燃料指令及各台磨实际燃料量显示。2）汽机主控操作器内容：负荷上下限、变负荷速率设定；汽机主控指令、DEH负荷参考及汽机各阀门开度显示。3）操作员指令在CCS方式下通过操作员指令达到改变负荷目的，其指令具有保持、进行 功能；在AGC投运工况，不具备上述功能。操作员指令投入自动（AGC控制）， 负荷由中调控制。4）一次调频一次调频是根据电网频率与额定频率（50HZ之差，综合电网安全、机组 的调峰能力，设定为0.0

13、167HZ（1rpm）对应2MW此转差功率关系直接作用于 DEH 内部，从而达到快速改变负荷。CCS8收转差频率关系起到同步作用，否则将进 行负荷拉回；也可由CCS单独完成一次调频功能。当 CCS发生Run back、Runup Run down切除CCS次调频。5 ）重要状态信息及RB RU RD投切功能增、减闭锁，RU RD及不同辅机RB状态指示，RB RU RD在协调方式下， 可以投入（RB需要经过试验）。3.2锅炉主控方案锅炉主控分二种工况：1）炉跟机一一调节算法输入：机组指令为前馈信号， DEB信号与热量信号相比较。平衡算法输入：调节算法输出作为燃料指令；燃料 量作为反馈。2）机跟炉

14、一一调节算法输入：机组指令为前馈信号，同时与实发 功率相比较。平衡算法输入：调节算法输出作为燃料指令；燃料量作为反馈。注：本系统用积分模块组成平衡算法。p 1pt1) DEB信号p s(1采用与汽机调阀开度成正比的信号（p+p）*p作为锅炉负荷指令，式中微分 项在动态过程中加强燃烧指令，以补偿机、炉之间对负荷要求响应速度的差异。 由于要求补偿的能量不仅与负荷变化量成正比，而且还与负荷水平成比例，所以微分项要乘以（P 口）P。式中：Pi首级压力；Pt机前压力；Ps机前压力定值。2）热量信号?1k2d (Pd )d tPd汽包压力用积分无差调节特性来保持燃料信号与锅炉蒸发量式中：Pi首级压力;3

15、）燃料信号的热值补偿燃料量的热值补偿环节, 之间的对应关系，它和总燃料量信号之差经积分运算后送到乘法模块对燃料信号 进行修正。4）风/煤交叉风/煤交叉采用锅炉指令与该指令经惯性环节输出相比较，取大值控制风量、 取小值控制燃料量，可以避免实际信号波动对控制带来负面影响，方便地实现了 加负荷先加风、后加煤；减负荷先减煤、后减风的“富风”策略。5）滑压定值滑压定值是负荷函数，增加滑压偏置，既能满足运行使用的灵活性，又能解 决滑压、定压的无扰切换。6）高加解列对锅炉主控影响高加解列Pi突变（即DEB指令突变），对锅炉主控影响大，我们采用DEB旨令 保持30秒，以抑制其不利因素。7 ）给粉机层控与单台控

16、制 单台控制：手动状态转速不受限制；自动状态低限为300rpm,能够设置偏置。 层控：在选择“层控”后“单台控制”旁路，手动状态转速不受限制， 自动状态起步转速为300rpm。 给粉机转速上限根据要求设定。 给粉机的启停引起的燃料变化，由处于自动工况的给粉机均分，以保证 总燃料量不变。3.3汽机主控汽机主控在BF方式下控制功率，当机前压力偏差超出土 0.3MPa,对功率设 定值进行修正,减少闭锁现象。在TF方式下控制机前压力（RB过程采用TF方式）。 当送DEH R肢口动作，汽机主控跟踪负荷参考。3.4引风系统本系统采用二台50液机，控制静叶，引风控制采用平衡算法，以满足一台 引风机运行中跳闸

17、，该风机控制静叶超驰关闭；另一台运行引风机自动增加出力。系统设计防内爆、平衡算法调节死区消除，方向闭锁和联锁保护功能。1）防内爆发生MFT舜间炉膛压力急剧下降，可能发生炉膛变形。因此一旦发生 MFT 炉膛压力不高，运行中的引风调节机构按送风执行器指令比例减小，40秒后逐步恢复。2）送风机跳闸影响送风机跳闸对炉膛压力影响较大，采用比例前馈适当减小引风控制，可以有效地抑制炉膛压力波动。3）RB切除燃料影响RB发生时切除给粉机（BMS，同时引风调节前馈关，关的幅度与切除燃料量成比例。4）非线性控制炉膛负压影响因素较多，波动也很频繁。对于较小波动（偏差小于土20Pa）不调节，这样有利于运行工况稳定。5

18、）方向闭锁炉膛压力高于50Pa,送风控制增闭锁、引风控制减闭锁；炉膛压力低于-200Pa, 送风控制减闭锁、引风控制增闭锁。6）启停磨影响一次风机、磨的启停对炉膛压力影响较大，为此本系统设计了动态前馈。7）平衡算法调节死区平衡功能范围是有限制的，超出范围就出现死区。以二平衡为例作说明：如 果送风机控制指令70% （平衡算法输入），输出也70%不考虑偏置，A风机控制 指令70% B风机控制指令70%当B风机跳闸，该风机控制指令以一定速率关 闭。根据平衡原理，A风机以一定速率开到140%（实际90%艮位），力图维持其 风量。此时风机控制指令70%平衡算法输出90%当负荷快速下降时，要等风 机控制指

19、令降到45沖下，A风机才开始回调，显然存在 25溉区。消除死区原理很简单，在 DCS系统中采用“适时跟踪”机理。即只要跳闸风 机指令小于1%处于自动工况的风机指令超过 89%发一个短脉冲使调节器瞬间 跟踪A、B风机指令均值，即平衡算法输入改为 45%消除了调节死区。3.5送风控制本系统送风控制采用二台 50嗨由流风机，风量指令与负荷相对应，可以手动 操作氧量校正M/A输出或通过氧量自动修正风量指令。风量控制采用平衡算法， 以满足一台风机运行中跳闸，该风机控制动叶超驰关闭；另一台运行风机自动增 加出力。本系统包括氧量校正，并具备完善的方向闭锁和连锁功能。1）风/煤限制采用风量与燃料信号转换为统一

20、工程量，可以方便地实现风 /煤方向闭锁。2）喘振保护预喘振保护采用风机出口风量与出口压力关系。 具体做法：在风机特性曲 线（电厂提供）上逼近喘振点做一条预喘振曲线。在正常工况下，风量对应的 出口压力远远低于预喘振压力。当某种原因使风机出口压力达到预喘振压力， 该风机动叶超驰关3%同时该风机增闭锁；5秒后预喘振信号未能消除，该 风机控制切手动，同时声光报警，由机务专业进行检查。3）风量指令静态DEB（扣除微分项）或首级压力P1经过风煤交叉、F（X折算成风 量需求，再经过氧量校正作为风量指令。从 DEB信号静态表达式：（P1宁PT） X PS可知，当PT与PS偏差大锅炉主控切手动（已设定手动工况P

21、S跟踪PT） 或高加解列P1变化大，将对风量指令造成跳变。为此本设计对上述工况发生 时刻，对风量指令进行30秒保持。当机组发生RUNBACK用首级压力P1作为风量指令，有利于系统稳定。4）引风机跳闸影响如果引风机跳闸不联跳送风机，对炉膛压力影响较大，采用比例前馈适当减 小送风量，可以有效地抑制炉膛压力波动。如果联跳此功能禁止。注：本设计可以根据需要选择。5）具有平衡算法调节死区消除功能3.6二次风挡板控制1）油层二次风挡板控制油层二次风挡板控制分点火位、油压控制、差压控制。点火位是为了该层油枪安全点火；当该层油枪在运行时，采用油压控制，否则差压控制。2）差压控制二次风挡板控制为单回路控制系统，

22、用它保持风箱 /炉膛差压和负荷的关系，控制范围为 375 1000Pa.3）联锁控制当负荷大于30%MC时，BMSg制辅助风挡板开始由最高一层起每隔 10秒钟 关闭一层，直至运行煤层的上面一层辅助风挡板为止，以保证差压满作要求。 减 负荷时，情况相反。3.7 一次风压控制一次风压正常通过变频调节，入口挡板全开。（异常工况采用一次风机入口 挡板），通过维持一次母管压力与机组负荷指令关系。一次风压控制采用平衡算法，具有以下功能： 平衡算法调节死区消除功能； 一次风压低，减闭锁等联锁保护功能。 一次风机变频控制，该风机入口挡板全开； 由于一次风机变频装置采用手动旁路柜，当变频器故障，按 RB工况处

23、理。3.8汽包水位控制本机组采用三台50%岗炉额定容量的电动调速给水泵，二运一备；正常情 况A、B泵运行，C泵备运。给水控制系统通过对泵速和阀门的配合控制来保持 汽包水位。给水控制系统包括电泵与旁路给水阀，作为全程控制系统。为适应机 组的各种运行方式，设计多回路变结构控制系统。机组在启动和低负荷（小于30獅定负荷）时，由一台电泵向锅炉供水。这 时给水调节系统按单冲量方式工作。当锅炉给水量很小时，电泵运行在低转速， 用出口旁路阀调节给水量。当旁路开度达 90%寸，应改为电泵转速控制。当负荷 大于30%转为三冲量控制。当主给水电动门打开，旁阀超驰以一定速率关闭。 正常运行时，A、B泵三冲量控制方式

24、。C泵处于后备“自并”状态。1 ）汽包水位测量汽包水位计算公式（单室平衡容器）H 二 LF % - p- F x21000-0.5L 1000F % = r rF X2 二 r -rra -平衡容器内水的重度r饱和水的重度严饱和蒸汽的重度L平衡容器内水的恒定高度，单位mP测量值差压，单位mmH2O参数说明：只需输入：Lv即厶P测量值差压，单位 mm2O不用迁移；p汽包压力（Mpa ；T平衡容器有效测量段温度C）。内部常数：有效测量段VM L:平衡容器内水的基准高度，即最大量程LX，单位mm零水位偏置Bias （mm如果有效测量段零位比实际水位零位高 50mm则Bias 为-50 ）;水位高高限

25、HH（ mm；水位低低限LL （mm；水位高限H （mrj）；水位低限L （mrj）。输出：LVOU -0.5LX +0.5LX 单位 mm。备注：(1) 平衡容器有效测量段温度是为了提高测量精度，如现场无此测点，则 假定为50C。(2) 功能块是针对单室平衡容器水位补偿，不适合其它类型的平衡容器补 偿。(3) 有效测量段输入用毫米，里面计算转为米，输出再转为毫米。1)零水位定义(1) 实际零水位是指汽包中心线往下移Xmm为实际零水位；以锅炉厂家说明书为准。(2) 有效测量段零水位从汽包上引出上、下测量管(冷凝球侧)垂直距离的二分之一。(3) 零水位偏置如果实际零水位比有效测量段低50m m(

26、以下测量管中心为参考基准)则 Bias 为-50mm2 )蒸汽流量补偿蒸汽流量采用首级压力折算(厂家资料)，按常规用主汽温度对测量值进 行补偿。t0 t k t1 t kto 设计温度,单位c；t k273.16，单位C；t1实际温度,P0设计压力,单位 MPa p 1实际压力，单位 MPaQ测量蒸汽流量，单位t/h ； Qs 实际蒸汽流量，单位t/h ； 本例：t0机前温度 _538C ；贝9 k=0.0012328 ; c=0.336752。3 )给水流量补偿因为水是不可压缩流体，所以对测量值只采用温度修正to tk tkWti. tkw,tik C0设计温度，单位C；t k273.16，

27、单位C；ti 实际温度,t0 tk t0 無单位°c；W测量给水流量，单位4) C泵自动并泵功能t/h ； Ws 实际给水流量，单位t/h ;C泵处于备运状态、A、B泵运行，一台泵运行中跳闸。C泵自启动成功， 以最大速率增速，当泵出口压力差小于 2MPa开始减速；当C泵出口压力达到 正在运行中电泵出口压力，电泵并泵成功，自投自动。如果泵出口压力品质坏， 电泵自启动成功，以最大速率增速，当C泵指令达到运行中电泵指令，电泵并泵 成功，自投自动。此时泵的出口压力可能有差异，但一般比较小。单电泵运行，电泵处于后备自并状态。当运行中电泵跳闸，立即记忆原给 水量；C泵联启，快速提速。当给水流量达

28、到原给水量，完成自并、 并投入自动5) 给水泵RB功能(1) 二台泵运行，一台泵运行中跳闸，备运泵 5秒内自启动成功，不发RB(2) 二台泵运行，一台泵运行中跳闸，备运泵5秒内不能自启动；负荷大于160MV发RB目标负荷150MW(3) 二台泵运行、一台泵跳闸，处于自动工况下的泵将快速增速，以求总给水 量不变(付调是跟随系统)，勺管指令上限90%(4) 给水泵RB过程中如果汽包水位低于定值-10mm给水控制减闭锁。3.9汽温控制系统1 )过热汽温过热汽温分三级控制。控制方式为串级，其主环和付环均为比例积分调节。(1) 抗积分饱和功能由于汽温调节对象的惯性和延迟大，调节特性差，使主调容易发生积分

29、饱和 现象，从而使系统动作迟缓，易发生振荡。为此，采用付调指令限值启动抗积分 饱和功能。(2) 阀门特性修正(3) 负荷前馈功能(4) 备用级(初级)汽温饱和温度限制(5) 逻辑功能 MFT汽温低于设定值XC(自动状态)，强关减温喷水阀。 RUBAC发生时，发一个超驰脉冲关减温喷水阀。 当喷水阀指令大于4%寸，打开喷水截止阀。喷水阀指令小于 2%寸，关闭 喷水截止阀。2)再热蒸汽温度再热汽温分三级控制，烟气挡板控制为粗调；微喷水减温分左右两侧，控 制方式为串级；事故喷水作为后备手段， 高压缸排汽温度作为前馈信号，逻辑功 能，与过热汽温控制类似。再热蒸汽温度控制系统有如下特点：(1) 分三级控制

30、，烟气挡板为正常控制手段，用它来保持再热汽温等于再热蒸 汽温度设定值。(2) 为克服来自燃烧方面的扰动，挡板调节引入总风量信号作为前馈信号，微 量喷水增加蒸发量、燃料量作为前馈信号，事故喷水增加高缸排汽温度作为前馈 信号，以改善系统动态品质。(3) 为防止再热汽温过高，在 A、B侧分别设置了保护性的喷水调节，并用烟气挡板再热汽温设定值加上5C的偏置后作为微喷水设定值。由于定值高于烟气 挡板调节器的定值，所以正常情况下微喷水阀关闭。一旦再热汽温偏高，超过微喷水温度设定值时，喷水即自动投入。这种工作方式避免了烟气挡板与喷水同时 工作而可能产生的相互干扰。(4) 事故喷水控制事故喷水作为后备手段，用微喷水汽温设定值加上5 C的偏置后作为事故喷水设定值。所以正常情况下事故喷水阀关闭。一旦再热汽温偏高，超过事故 喷水温度设定值时，事故喷水即自动投入。(5) 再热烟气挡板控制再热汽温是通过调节烟道中过热器烟气挡板和再热器烟气挡板的开度， 以改 变进入再热器的烟气量，从而调节再热汽温度。通常过热、再热烟气挡板动作成 反比，即再热烟气挡板开、过