华电鹿华330MW机组MCS系统规律设计说明A

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华电鹿华2330MW机组

MCS系统规律设计说明

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2023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，通过预计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。根据机组运行状态和调理任务，对负荷指令进行处理使之与运行状态和负荷能力相适应。

2.1.1AGC指令

AGC指令由省调远方给定，4～20mA对应150MW～330MW。当机组发生RUNUP/RUNDOWN、RUNBACK，退出AGC控制。

2.1.2一次调频指令

一次调频指令为频率对应功率关系，频率调理死区范围为0.033HZ（3000

2r/min），频率调理范围确定为500.2HZ，即49.8～50.2HZ（对应于汽轮机转速控制范围为300012r/min），对应20MW。当负荷达到上限330MW或下限160MW对一次调频信号进行方向闭锁，当机组发生RUNUP/RUNDOWN、RUNBACK时退出CCS一次调频控制。

2.1.3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状况下的机组实际负荷指令与机组稳态、动态调理能力相符合。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——“按需要控制〞，实际负荷指令等于目标指令；

2）异常工况——“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限幅功能主要有：

1）方向性闭锁

2）迫升/迫降（RunUp/RunDown）

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，并具备明白的

CRT显示。

2.1.3.1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、汽机间的协同失调有继续扩大的可能。

2.1.3.1.1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。

2.1.3.2迫升/迫降（RunUp/RunDown）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，假使它们超越限值，而且相应的指令已达极限位置，不再有调理余地，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。

2.1.3.2.1迫升

1）机组指令减闭锁；

2）以下任一条件成立：

（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1KPa。

2.1.3.2.2迫降

1）机组指令增闭锁；

2）以下任一条件成立：

（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1KPa。

2.1.3.3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——指发生RB工况时，BMS按要求切粉投油，CCS根据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——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控制系统快速、平稳地把负荷降低到机组出力允许范围内。

2.1.3.3.1华电鹿华2330MW机组RB控制策略（简介）

1）Runback项目

（1）运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快速切除磨煤机完成粗调

（1）RB发生时，投保存相关给粉层油；原则上只投一层运行给粉机对应油枪，假使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,保存下层相邻三层粉,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,保存下层相邻三层粉,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RB目标值或下降速率小于3MW/min，RB过程终止。

4）利用DEHRB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，在战胜燃料惯性后，其主汽压力快速下降，此时汽机主控依旧采用脉冲量控制，不能快速关调门，即不能维持《机前压力——负荷关系》；当机前压力低于滑压定值0.3MPa，通过DEHRB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，DEHRB接口再次动作，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调理器，因此CCS送DEHRB信号是阻止的。

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）；假使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。假使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，锅炉主控在手动方式。

4)CCBF（炉跟机）方式

CCBF方式——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、DEB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——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，在保证功率稳定的前提下，减小主压力偏差。

3.1.2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0.0167HZ(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。CCS接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Runback、Runup、Rundown，切除CCS一次调频。

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——调理算法输入：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：调理算法输出作为燃料指令；燃料量作为反馈。2）机跟炉——调理算法输入：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：调理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。

1）DEB信号up1

pTBpS(1k

pTd(1p1pTpS)td)采用与汽机调阀开度成正比的信号(p1)式中微分p作为锅炉负荷指令，S

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(p1pT)p。S

式中：P1——首级压力；PT——机前压力；PS——机前压力定值。

2）热量信号

uQ1k2d(Pd)

dt

式中：P1——首级压力；Pd——汽包压力

3）燃料信号的热值补偿

燃料量的热值补偿环节，用积分无差调理特性来保持燃料信号与锅炉蒸发量之间的对应关系，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/煤交织

风/煤交织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，便利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P1突变（即DEB指令突变），对锅炉主控影响大，我们采用DEB指令保持30秒，以抑制其不利因素。

7）给粉机层控与单台控制

①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。

②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。

③给粉机转速上限根据要求设定。

④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DEHRB接口动作，汽机主控跟踪负荷参考。

3.4引风系统

本系统采用二台50%风机，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，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、平衡算法调理死区消除，方向闭锁和联锁保护功能。

1）防内爆

发生MFT瞬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，运行中的引风调理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），同时引风调理前馈关，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20Pa）不调理，这样有利于运行工况稳定。

5）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）平衡算法调理死区

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：假使送风机控制指令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%限位），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，要等风机控制指令降到45%以下，A风机才开始回调，显然存在25%死区。

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%；发一个短脉冲使调理器瞬间跟踪A、B风机指令均值，即平衡算法输入改为45%，消除了调理死区。

3.5送风控制

本系统送风控制采用二台50%轴流风机，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工程量，可以便利地实现风/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)上迫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经过风煤交织、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：（P1PT）PS可知，当PT与PS偏差大锅炉主控切手动（已设定手动工况PS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

假使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。假使联跳此功能阻止。

注：本设计可以根据需要选择。

5）具有平衡算法调理死区消除功能

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，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%MCR时，BMS控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，状况相反。

3.7一次风压控制

一次风压正常通过变频调理,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：

①平衡算法调理死区消除功能；

②一次风压低，减闭锁等联锁保护功能。

③一次风机变频控制，该风机入口挡板全开；

④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

理。

3.8汽包水位控制

本机组采用三台50%锅炉额定容量的电动调速给水泵，二运一备；正常状况A、B泵运行，C泵备运。给水控制系统通过对泵速和阀门的协同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%额定负荷）时，由一台电泵向锅炉供水。这时给水调理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，用出口旁路阀调理给水量。当旁路开度达90%时，应改为电泵转速控制。当负荷

大于30%，转为三冲量控制。当主给水电动门开启，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。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）

HLFx1PFx210000.5L1000

Fx1rar

Fx2rr

ra平衡容器内水的重度

r饱和水的重度

r饱和蒸汽的重度

L平衡容器内水的恒定高

度，单位mmmH2OP测量值差压，单位

参数说明：

只需输入：

Lv——即ΔP测量值差压，单位mmH2O、不用迁移；

P——汽包压力（Mpa）；

T——平衡容器有效测量段温度（℃）。

内部常数：

有效测量段VMS——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、假使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——HH（mm）；

水位低低限——LL（mm）；

水位高限——H（mm）；

水位低限——L（mm）。

输出：

LVOUT——-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50℃。

（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

假使实际零水位比有效测量段低50mm（以下测量管中心为参考基准），则Bias为–50mm

2）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。

Q

单位℃；sQ0kt1tkQt1t0tktkt0tkQt1kct0——设计温度，单位℃；tk——273.16，单位℃；t1——实际温度，

p0——设计压力，单位MPa；p1——实际压力，单位MPa；

Q——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_538℃；则k=0.0012328；c=0.336752。

3）给水流量补偿

由于水是不可压缩流体，所以对测量值只采用温度修正。WsW0kt1tktt0tktt0tkt1kc

t0——设计温度，单位℃；tk——273.16，单位℃；t1——实际温度，单位℃；

W——测量给水流量，单位t/h；Ws——实际给水流量，单位t/h；

4）C泵自动并泵功能

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。假使泵出口压力品质坏，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，马上记忆原给水量；C泵联启，快速提速。当给水流量达到原给水量，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160MW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过程中假使汽包水位低于定值-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理。

（1）抗积分饱和功能

由于汽温调理对象的惯性和延迟大，调理特性差，使主调简单发生积分饱和现象，从而使系统动作迟钝，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）规律功能

①MFT、汽温低于设定值X℃（自动状态），强关减温喷水阀。

②RUBACK发生时，发一个超驰脉冲关减温喷水阀。

③当喷水阀指令大于4%时，开启喷水截止阀。喷水阀指令小于2%时，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，规律功能，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，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）为战胜来自燃烧方面的扰动，挡板调理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理，并用烟气挡板再热汽温设定值加上5℃的偏置后作为微喷水设定值。由于定值高于烟气挡板调理器的定值，所以正常状况下微喷水阀关闭。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℃的偏置后作为事故喷水设定值。所以正常状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

再热汽温是通过调理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，从而调理再热汽温度。寻常过热、再热烟气挡板动作成反比，