MCS控制系統(tǒng)介紹

一．       概述：

本說明對300MW機組的MCS控制系統(tǒng)進行介紹，燃燒系統(tǒng)采用3臺雙進雙出鋼球磨，給水系統(tǒng)為兩臺50%的汽泵和一臺35%的電泵。

二．        系統(tǒng)組成：

MCS系統(tǒng)主要由下列各系統(tǒng)組成：

A. 協(xié)調控制系統(tǒng)

包括RB功能，一次調頻功能。提供定壓運行和滑壓運行。

B. 燃料控制系統(tǒng)

C. 磨煤機風量控制系統(tǒng)

D. 磨煤機出口溫度控制系統(tǒng)

E. 一次風壓控制系統(tǒng)

F. 給水控制系統(tǒng)

G. 送風控制系統(tǒng)，包括氧量調節(jié)。

H. 吸風控制系統(tǒng)

I. 左、右主蒸汽溫度控制系統(tǒng)

J. 左、右一級減溫控制系統(tǒng)

K. 左、右再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)

L．二次風箱/爐膛差壓調節(jié)

M. 除氧器水位控制系統(tǒng)

N．凝汽器水位控制

O．高低加水位控制

P．旁路壓力和溫度控制

Q．其他單回路控制

第一節(jié) 協(xié)調控制設計簡介

控制系統(tǒng)設計原則是將汽機、鍋爐作為整體考慮。在能量平衡控制策略基礎上，通過前饋/反饋、連續(xù)/斷續(xù)、非線性、方向控制等控制機理的有機結合，來協(xié)調控制機組功率與機前壓力，協(xié)調處理負荷要求與實際能力的平衡。在保證機組具備快速負荷響應能力的同時，維持機組主要運行參數的穩(wěn)定。

2.1.1機組指令處理回路

機組指令處理回路是機組控制的前置部分，它接受AGC指令、操作員指令、一次調頻指令和機組運行狀態(tài)。根據機組運行狀態(tài)和調節(jié)任務，對負荷指令進行處理使負荷能力與運行狀態(tài)相適應。

2.1.2  AGC指令

AGC指令由省調遠方給定，4～20mA對應150MW～300MW。當機組發(fā)生Runback；非CCS方式；機組負荷和AGC指令偏差大；以上之一時退出AGC控制。

2.1.3 操作員指令

    非AGC工況由操作員給出機組指令，經指令處理（速率、上下限幅）作為實際負荷指令（AGC指令也同樣）。

2.1.4一次調頻指令

    一次調頻指令由當前頻率與額定頻率常數（50Hz）的差的折線給出。折線的參數由采用的不等率（4-6%）決定。頻率調節(jié)死區(qū)范圍為±0.033HZ，即CCS側一次調頻調節(jié)死區(qū)范圍為3000±2r/min。頻率調節(jié)范圍確定為50±0.168 HZ。±10r/min對應±9MW。當頻率信號壞或非CCS方式時退出一次調頻控制。

2.1.5機組指令的實際能力識別限幅功能

機組指令的實際能力識別限幅是根據機組運行參數的偏差、輔機運行狀況，識別機組的實時能力，使機組在其輔機或子控制回路局部故障或受限制情況下的機組實際負荷指令與機組穩(wěn)態(tài)、動態(tài)調節(jié)能力相符合；保持機組/電網，鍋爐/汽機和機組各子控制回路間需要/可能的協(xié)調，及輸入/輸出的能量平衡。

機組指令的實際能力識別限幅功能，反映了協(xié)調控制系統(tǒng)一種重要設計思想——控制系統(tǒng)自適應能力：

1）正常工況——“按需要控制”，實際負荷指令跟蹤（等于）目標指令；

2）異常工況——“按可能控制”，目標指令跟蹤實際負荷指令。

機組指令的實時能力識別限幅功能主要有：

1）方向性閉鎖

2）迫升/迫降（Run Up/Run Down）

3）輔機故障快速減負荷（Runback）

所有機組實時能力識別限幅功能，均設計有超馳優(yōu)先級秩序，并具備明了的CRT顯示。

2.1.5.1方向閉鎖功能

方向閉鎖技術作為CCS的安全保護，具有下例功能：

1）防止參數偏差繼續(xù)擴大的可能；

2）防止鍋爐各子控制回路間及鍋爐、汽機間的配合失調有繼續(xù)擴大的可能。

2.1.5.2機組指令增閉鎖

1）機組指令達上限（運行人員設定）；

2）風量設定>實際風量100t/h；

3）送風機指令達上限；

4）一次風機指令達上限；

5）引風機指令達上限；

6）實際壓力<主汽壓力設定0.7MPa；

7）汽包水位設定<實際水位50mm。

2.1.5.3機組指令減閉鎖

1）機組指令達下限（運行人員設定）；

2）汽包水位設定>實際水位50mm；

3）實際壓力>主汽壓力設定0.5MPa；

4）燃料量設定<實際燃料量100t/h；

2.1.5.4迫升/迫降（Run Up/Run Down）指令

迫升/迫降作為CCS的一種安全保護，具備按實際可能自動修正機組指令功能。迫升/迫降主要作用是機組在發(fā)生增，減閉鎖并持續(xù)一段時間（1Min）時，自動增加或降低負荷迫使偏差回到允許范圍內，從而達到縮小故障危害的目的。

2.1.6輔機故障快速減負荷（Runback）

1)   機組主要輔機在運行中跳閘是突發(fā)事件，此時若僅靠運行人員操作，由于操作量大、人為因素多，不能確保機組安全運行。因此RB功能是否完善是衡量CCS系統(tǒng)設計重要指標。

2)   本公司根據多年RB功能設計與工程實踐，提出“以靜制動、綜合協(xié)調”的RB控制策略。

a)   以靜制動——指發(fā)生RB工況時，BMS按要求切磨投油，CCS根據RB目標值計算出所需的燃料量后，鍋爐主控處于靜止狀態(tài)。

b)   綜合協(xié)調——指發(fā)生RB工況時，協(xié)調各子系統(tǒng)以確保運行工況的平衡過渡，汽機主控維持負荷與機前壓力關系。在快速減負荷的同時要對某一輔機跳閘引起的運行工況擾動進行抑制，即采用適當的前饋量，以減小RB工況初期影響機組運行穩(wěn)定的不利因素。對外協(xié)調BMS、DEH、SCS控制系統(tǒng)快速、平穩(wěn)地把負荷降低到機組出力允許范圍內。

2.1.6.1機組RB控制策略簡介

1  Runback項目

a)   運行中一臺送風機跳閘；

b)   運行中一臺引風機跳閘；

c)   運行中一臺一次風機跳閘；

d)   運行中一臺給水泵跳閘；

e)   運行中一臺磨煤機跳閘；

f)   運行中一臺空預器跳閘；

2  BMS快速且切除磨煤機完成粗調

a)   RB發(fā)生時，A磨或B磨運行投下層油；如果下層油啟動不成功，則投中層油。RB發(fā)生時，A磨未運行投中層油；如果中層油啟動不成功，則投上層油。

b)   大于兩臺磨運行,切除C磨。

c)   一次風機RB，大于兩臺磨運行, 切除C磨

d)   磨煤機運行中（A或B）跳閘，按上述原則投油，按燃料RB的出力給定（不考慮C磨）。。

3  鍋爐主控“按可能控制”

協(xié)調控制設計的重要思路是，正常工況按“按需控制”、異常工況按“可能控制”。在CCS內部實時計算單位煤耗，當RB發(fā)生時根據不同輔機RB目標值，鍋爐主控處于跟蹤狀態(tài)，以一定速率跟蹤輸出相應的RB工況的燃料指令。當輔機出力的最小值小于當前鍋爐主控的輸出并超過一個死區(qū)范圍內（0.5%），RB動作，一分鐘后RB過程結束。

4   內部協(xié)調                           

RB過程中切除燃料的同時，由于燃料量變化相應風量指令變化去調節(jié)送風量，并通過前饋作用使引風控制相應減小（幅度與切除燃料量成比例）。

5  RB下機組的控制

RB過程的主要手段是快速切除部分燃料，使其熱負荷符合相應輔機的出力需要。但為了保證機組其他運行參數的品質，如汽溫等。機組一般采用滑壓運行，TF方式。因此在RB過程中，汽壓設定投入自動，進入滑壓方式，機組控制方式為TF方式。

6  給水泵RB

電泵自動搶水功能

a)   二臺汽泵運行，一臺運行中跳閘，備運電泵自啟動成功，從初始位以一定速率增速，勺管目標值為（75％），備運泵增速受電泵安全運行和與汽泵的配合限制。

b)   二臺汽泵運行、一臺跳閘，備運電泵自啟動不成功。負荷大于170MW，產生RB，目標值160MW。

c)   二臺汽泵運行、一臺跳閘，處于自動工況下的泵將快速增速，以求總給水量不變。當水位低于-80mm、同時水位下降率大于80mm/min，轉速指令減閉鎖。泵的高限轉速為5900rpm，平衡算法自動消除調節(jié)死區(qū)。

第二節(jié)  控制方案要點簡介

2.2.1機組控制方式

       協(xié)調控制分：MAN、BF、TF、CCS四種方式。

1   MAN方式

   MAN方式——即鍋爐主控、汽機主控都在手動方式。

2   BF方式

  BF方式——即鍋爐控制主汽壓力，汽機主控在手動方式。

3   TF方式

  TF方式——即汽機控制主汽壓力，鍋爐主控在手動方式。

4   CCS（爐跟機協(xié)調）方式

  CCS方式——即汽機控制功率，鍋爐控制壓力。這是一種控制功率為主的綜合控制方式，機組指令按比例直接作用到汽機主控、鍋爐主控。功率偏差、DEB與熱量信號偏差作為細調。為了限制過多失放蓄熱，在汽機主控設計壓力拉回回路。

2.2.2鍋爐主控方案

    協(xié)調方式鍋爐PID采用指令平衡的處理方式。被調量為機前壓力，機組指令，機組指令的微分，壓力指令的微分，壓力偏差的微分作為前饋。

2.2.2.1 減小磨煤機啟停對負荷的影響

1 眾所周知直吹式制粉系統(tǒng)磨煤機啟停對負荷影響大，對采用燃料平衡的系統(tǒng)來說，有以下因素：

a）停給煤機必然使其它處于自動工況的給煤機增速，而磨煤機內的余粉通過一次風送進爐膛，引起停磨增負荷。

b）啟動給煤機使其它處于自動工況的給煤機減速，引起啟磨減負荷。

2  對不采用燃料平衡的系統(tǒng)來說，有以下因素：

啟/停給煤機對燃料的內擾要等汽包壓力變化時才能進行調節(jié)，顯然對負荷影響也大。

綜合上述因素，啟停階段對燃料反饋信號進行動態(tài)補償，維持進爐膛燃料量平衡。

a)   啟磨時，該磨燃料反饋信號經遲延、慣性環(huán)節(jié)，來維持燃料量平衡。

b)   停磨時，該磨燃料反饋信號經慣性環(huán)節(jié)，減小余粉影響。

本設計采用燃料平衡的系統(tǒng)。

3 燃料信號的熱值補償

    燃料量的熱值補償環(huán)節(jié)，用PID調節(jié)來保持機組負荷指令折算的標煤蒸發(fā)量與鍋爐蒸發(fā)量保持一致，它的調節(jié)輸出送到乘法模塊對鍋爐指令信號進行修正。

4  提高負荷響應速率

直吹式制粉系統(tǒng)的鍋爐燃燒系統(tǒng)是大遲延環(huán)節(jié)，過分利用蓄熱將加大機、爐間能量供需不平衡，負荷響應速度不能持久。因此在適當利用蓄熱的同時，采用下列措施：

a）增加燃料量的前饋

利用機組指令的前饋信號，迅速改變給煤量，使鍋爐的燃燒率提前發(fā)生變化，適應負荷變化需要。

b）增加一次風量的前饋

利用機組指令的前饋信號同時改變一次風量，充分利用磨煤機內的蓄粉來快速響應負荷需要。

5 風/煤交叉

風/煤交叉采用鍋爐指令與該指令經慣性環(huán)節(jié)輸出相比較，取大值控制風量、取小值控制燃料量，可以避免實際信號波動對控制帶來負面影響，方便地實現了加負荷先加風、后加煤；減負荷先減煤、后減風的“富風”策略。

6 滑壓定值

   滑壓定值是負荷函數，增加滑壓偏置，既能滿足運行使用的靈活性，又能解決滑壓、定壓的無擾切換。

2.2.3汽機主控

   在CCS方式下控制機組負荷，另外疊加壓力拉回的指令。并接受負荷的指令作為前饋。RB過程采用TF方式。當DEH RB接口動作，汽機主控跟蹤負荷參考。

2.2.4引風系統(tǒng)

1  引風控制方案

引風控制主要任務——維持爐膛壓力穩(wěn)定，本系統(tǒng)設計防內爆、方向閉鎖和聯鎖保護功能。引風系統(tǒng)采用動葉控制。

2 防內爆

發(fā)生MFT瞬間爐膛壓力急劇下降，可能發(fā)生爐膛變形。因此一旦發(fā)生MFT、爐膛壓力不高，引風調節(jié)機構按記憶的主汽流量的折線輸出減小，30秒后逐步恢復。

1） 非線性控制

爐膛負壓影響因素較多，波動也很頻繁。對于較小波動（偏差小于±20Pa）不調節(jié)，偏差小，增益小；偏差大，增益大。這樣有利于運行工況穩(wěn)定。

2）方向閉鎖

 爐膛壓力高于80Pa,送風控制增閉鎖、引風控制減閉鎖；爐膛壓力低于-200Pa,送風控制減閉鎖、引風控制增閉鎖。

3）送風指令前饋

采用送風指令的一定比例作為引風調節(jié)前饋。

4）預喘振保護

當電流超過一定值時，輸出指令超馳關3%。同時該風機增閉鎖。

2.2.5送風控制

保證燃料在爐膛中充分燃燒是送風控制系統(tǒng)的基本任務。本機組的送風系統(tǒng)中，一、二次風各用兩臺風機分別供給。一次風通過制粉系統(tǒng)并帶粉入爐，一次風的控制涉及到制粉系統(tǒng)和煤粉的噴燃的要求，所以鍋爐總風量主要由二次風控制。本系統(tǒng)包括氧量校正，并具備完善的方向閉鎖和連鎖功能。

1） 風/煤限制

采用風量與燃料信號轉換為統(tǒng)一工程量，可以方便地實現風/煤方向閉鎖。

2） 預喘振保護（軸流風機）

    預喘振保護采用當電流超過一定值時，輸出指令超馳關3%。同時該風機增閉鎖。

3） 風量指令

由鍋爐主控輸出折算出風量指令。氧量調節(jié)的輸出與折算出的風量指令相乘與最小風量的大值得出風量調節(jié)指令。

風量計算：

下面的公式為質量流量的計算公式:

2.2.6一次風控制

本機組有獨立的一次風機（二臺）提供制粉系統(tǒng)所需風量，并帶粉入爐。一次風控制包括風壓、風量、風溫控制，以及有關邏輯功能。

1）一次風壓控制

一次風壓控制任務是維持母管壓力穩(wěn)定，一次風壓與定值作為單回路控制系統(tǒng)的輸入。并具備一次風壓低，執(zhí)行機構減閉鎖等聯鎖保護功能。

2）磨煤機風量控制

磨煤機風量控制按給煤機轉速指令所產生的定值信號控制熱風擋板，使磨煤機風量與給煤機轉速保持一定的函數關系。鍋爐主控指令微分和一定比例的鍋爐主控指令作為前饋，使磨煤機的出粉量快速變化，從而提高負荷變化率。在RB發(fā)生時切除鍋爐主控指令的微分。

3）磨煤機出口風溫控制

通過控制冷風擋板調節(jié)磨煤機出口溫度。前饋信號來自磨煤機風量調節(jié)模塊輸出，以保持磨煤機出口溫度穩(wěn)定。

系統(tǒng)保護邏輯功能：

當MFT動作或磨保護跳閘時全關冷，熱風擋板。

2.2.7汽包水位控制

   本機組采用兩臺50%鍋爐額定容量的汽動給水泵，和一臺電泵。水泵出口有主閥及其旁路閥。給水控制系統(tǒng)通過對泵速的控制來保持汽包水位。給水控制系統(tǒng)包括給水泵與旁路給水閥，作為全程控制系統(tǒng)。為適應機組的各種運行方式，設計多回路變結構控制系統(tǒng)。

    機組在啟動和低負荷時，由一臺電泵向鍋爐供水。這時給水調節(jié)系統(tǒng)按單沖量方式工作。當鍋爐給水量很小時，電泵運行在較低轉速，用出口旁路閥調節(jié)給水量。由電泵控制鍋爐給水壓力。當負荷大于15%，轉為電泵單沖量控制。當負荷大于15%低于30%時，當汽泵啟動并從MEH取得控制權正常運行時，由一臺汽泵進入三沖量控制。隨著負荷上升，啟動另一汽泵，并進行控制。電泵處于后備搶水狀態(tài)。

   1）汽包水位測量

         汽包水位計算公式（單室）

         H=[LF（x₁）－ΔP]÷F（x₂）×1000－0.5L

          F（x₁）——ra—r”                  F（x₂）——r’—r”

          ra ——平衡容器內水的重度

          r’——飽和水重度                   r”——飽和蒸汽重度    

          L ——平衡容器內水的恒定高度，單位m

ΔP——測量值差壓，單位mmH₂O

由于平衡容器內水的溫度可測，F（x₁）采用分段計算。

2）給水流量和主汽流量計算

一般300MW以上機組主汽流量采用調速級壓力進行折算.

  3）備用泵搶水位功能

4）給水泵RB功能

2.2.8 汽溫控制系統(tǒng)

   1  過熱汽溫

   過熱汽溫控制方式為串級，其主環(huán)為比例、積分、微分調節(jié)，付環(huán)均為比例、積分調節(jié)。

   1）抗積分飽和功能

由于汽溫調節(jié)對象的慣性和延遲大，調節(jié)特性差，使主調容易發(fā)生積分飽和現象，從而使系統(tǒng)動作遲緩，易發(fā)生振蕩。為此，采用付調輸出限值啟動抗積分飽和功能。

  2）前饋功能

a)   加燃料，增加噴水量；

b)   蒸汽量增加，減小噴水量；

3）邏輯功能

a)   MFT強關減溫噴水閥。

b)   RUBACK發(fā)生時，發(fā)一個超馳脈沖關減溫噴水調節(jié)閥，并切回手動。

 2）再熱汽溫

  再熱汽溫采用噴水減溫分左右兩側，控制方式為串級。為克服燃燒方面擾動，除采用過熱汽溫前三項的前饋外，增加再熱器進口溫度作為前饋信號。再熱汽溫給定值、抗積分飽和功能、邏輯功能，與過熱汽溫控制類似。

2.2.9 除氧器水位系統(tǒng)

   1．單沖量調門控制

在負荷<50%，由調門進行控制。

  2．單沖量變頻控制

在50%<負荷<70%，由變頻進行控制。

3．串級變頻控制

在>70%負荷，由變頻進行控制。