某公司2号机组为1000MW 超超临界参数燃煤凝汽式发电机组。汽轮机为东方汽轮机有限公司制造的超超临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、双背压、八级回热抽汽凝汽式汽轮机,型号为N1000-26.25/600/600型;锅炉为东方锅炉股份有限公司制造的超超临界参数、变压运行直流锅炉,锅炉型号为DG3060/27.46-II1型,带炉水循环泵、单炉膛、一次再热、平衡通风、前后墙对冲燃烧、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构π型布置。发电机为东方电机厂有限责任公司制造生产,型号为QFSN-1000-2-27 型。
2号机组分散控制系统采用ABB Symphony Plus控制系统,包括:模拟量控制系统(MCS)、炉膛安全监控系(FSSS)、汽机及锅炉的顺序控制系统(SCS)、数据采集系统(DAS)、电气侧顺序控制系统(ECS)、数字电液控制系统(DEH)、汽轮机保护系统(ETS)、小汽机电液调节系统(MEH)等。
检修时新增INFIT协调外挂系统,该外挂系统涵盖机组给煤量、给水流量、注汽温度以及负荷闭环控制,其设计理念是外挂控制系统与原DCS协调控制逻辑中的煤量、给水和汽轮机调门指令能保持相互跟踪,保障切换过程无扰。
一、事件过程
事件发生当日19点47分时,2号机组负荷505.21MW,INFIT协调外挂系统投入,给水主控设定值1358t/h,给水流量1359.17t/h, 2A、2B、2E磨运行,2C、2D、2F磨备用,总煤量设定值227.10t/h,实际给煤量219.24t/h;主汽压力13.21MPa,汽水分离器出口压力14.74MPa,主蒸汽温度600.3℃,再热蒸汽压力2.21MPa,再热蒸汽温度600.2℃;A汽泵转速3415rpm,泵入口流量723.1t/h,出口压力15.86MPa;B汽泵转速3414rpm,泵入口流量689.2t/h,出口压力15.86MPa,两台汽泵再循环门全关状态,主给水压力15.37MPa。
19点47分50秒,2B给煤机断煤,给煤量由76.12t/h快速降至7.04t/h,机组总煤量由219.24t/h降至170.43t/h,给水主控设定值仍为1358t/h。两台汽泵转速设定值3407rpm,实际转速3414rpm(如图所示)。
19点47分57秒,主值向机组长汇报2B给煤机断煤,并手动投入2B给煤机空气炮。2秒后,机组燃料主控设定值227.10t/h,实际煤量182.31t/h,设定值与实际值偏差44.79t/h(大于40t/h),触发燃料主控“给煤量设定值与实际值偏差≥40t/h延时10s”保护条件,切除燃料主控自动、同步切除锅炉主控自动、INFIT外挂协调系统和机组协调控制,给水主控仍为自动状态,机组切至“机跟随滑压运行”模式,汽机综合阀位由97.51% 缓慢关至96.66%,汽机高调开度由57.46%关至52.95%。小机转速调节处于自动状态,两台小机转速设定值3407rpm,实际转速3411rpm(如图所示)。
019点48分09秒,机组锅炉主控输出由227.47t/h下降为178.88t/h。2秒后主值开启2F磨煤机冷热风关断门、调门,暖磨准备启2F磨煤机。19点48分15秒,机组给水主控指令下降至1062t/h,实际主给水流量1362t/h,给水流量设定值与实际值偏差≥300t/h,延时3s,给水主控自动切除、2A小机自动切除、2B小机自动切除。3秒后,机组给水主控、2A小机、2B小机转为手动状态,2A小机转速给定3157RPM,MEH自动正常调节,小机实际转速高于设定转速,低压调门开度由30.90%关至22.47%,实际转速降至3246RPM;2B小机转速给定3157RPM,MEH自动正常调节,小机实际转速高于设定转速,低压调门开度由31.81%关至24.31%,实际转速降至3239RPM(如图所示)。
19点48分20秒,为防止2B磨煤机出口温度高引发跳闸扩大锅炉扰动,机组长手动开启2B磨煤机冷风调门,全关2B磨煤机热风调门,直至机组跳闸,2B给煤机未恢复下煤。2秒后,值长令副值手动投入2A、2B小机自动,增加主给水流量。
19点48分28秒,投入2A汽泵自动。此时2A汽泵入口流量降至389.97t/h、2B汽泵入口流量降至379.12t/h(低于400t/h),触发“≤400t/h”条件,超驰全开A、B汽泵再循环门,主给水流量继续下降。32秒时,投入2B汽泵自动。
19点48分36秒,机组主给水流量降至350.67t/h(低于锅炉给水流量低保护定值385.56t/h)。37秒时,2F磨煤机冷热风关断门全开到位,冷热风调门调整到位,2F磨煤机启动。
19点48分38秒,机组给水流量低低MFT保护动作(385.56t/h延时2s),机组跳闸(如图所示)。
二、事件原因检查与分析
事件原因查找
1给水主控设定值出现扰动原因。
查找INFIT系统逻辑设计,给水主控设定值在INFIT切除后延时2s切换至协调系统给水主控设定值,给水指令切换接口逻辑组态、简图如下。
INFIT外挂协调控制投入时,系统选择NEWFWD值作为给水指令,同时将DCS给水指令三阶惯性环节时间由30s切换为0.1秒(逻辑设置见下图)
。该惯性时间切换的目的是使投入INFIT外挂协调时,DCS给水指令能够快速跟踪INFIT给水指令。在INFIT外挂协调控制系统退出后的2秒内,给水流量依然保持NEWFWD值(约1362t/h),DCS给水指令三阶惯性环节时间也保持为0.1秒。而实际的锅炉主控输出已下降至178.88t/h,协调侧给水主控值也相应快速下降至1062t/h。当INFIT外挂协调控制系统退出延时2秒结束后,给水主控设定值由INFIT回路切换至协调给水主控回路时,导致给水主控设定值从1362t/h突降至1062t/h(如图所示)。

综上,给水主控设定值扰动的主要原因是:异常发生前由INFIT外挂协调控制系统调节主给水流量,在2B给煤机断煤时因燃料主控切至手动位,导致INFIT外挂协调系统退出。根据煤水曲线,主给水流量目标值由1362t/h调整为1062t/h,由于在INFIT外挂协调系统退出后的2秒内,DCS给水指令三阶惯性环节时间仍为0.1秒,给水流量设定值切换至DCS给水指令时发生突降,从而引发设定值扰动。2汽泵出力降低原因分析从2B给煤机断煤到汽泵再循环调门超驰全开,整个过程历时38秒。在此期间,2B磨煤机内仍有残存煤粉持续吹入炉膛,且由于蓄热作用,锅炉实际燃烧热负荷仍维持在断煤前状态,主蒸汽压力维持不变。2B给煤机断煤后,由于INFIT系统未能实现无扰切换,给水流量设定值发生突变,导致主给水指令提前快速下降,在给水主控PID作用下,A、B汽泵目标转速给定降低,进而使两台汽泵的低压调门开度减小,汽泵出口压力随之下降,给水泵出口与汽水分离器出口之间的压差减小,导致锅炉上水困难。
此外,在切换过程中因给水流量设定值扰动,给水流量设定值与实际值偏差过大,触发了给水主控自动切除,两台汽泵的目标转速被锁定在切换时的3157rpm,导致实际给水流量持续下降,当汽泵入口流量降至最小流量定值以下时,汽泵再循环阀超驰全开,进一步加剧了主给水流量的恶化,最终导致给水流量低于锅炉保护动作值而触发MFT。
事件原因分析
直接原因:INFIT逻辑功能存在缺陷,给水主控设定值输出未能实现无扰切换与跟踪。INFIT切除后延时2s过程中,给水流量设定值发生突变,导致主给水指令快速下降,汽泵转速给定值由3407rpm降至3157rpm,2A、2B汽泵实际转速跟踪设定值分别骤降至3245rpm、3238rpm,造成给水泵出力不足。同时,由于汽泵入口流量低于最小流量保护定值,两台汽泵再循环门超驰快开,进一步加剧给水流量的下降,最终使主给水流量快速降低至保护动作值以下,触发“锅炉给水流量低低”保护动作,导致机组非停。
间接原因:入炉煤质湿粘导致2B给煤机发生堵煤。近期当地持续降雨,入厂煤表面水分较高,尽管露天煤场已采取苫盖措施,取煤过程中仍受雨水影响明显,造成入炉煤湿粘。发电部虽进行配煤掺烧,但由于来煤成分复杂、粘煤上煤量未能精确控制,入炉煤质不稳定,致使给煤机易发生堵煤,其中2B给煤机堵煤情况较为严重,故而间接引发燃料主控、锅炉主控、协调系统及INFIT系统相继切除,给煤机长时间断煤是本次非停事件的间接原因。
暴露问题
1INFIT系统逻辑设计存在缺陷:给水设定控制回路未实现无扰切换功能,在系统切换过程中引发给水指令突变,对机组安全稳定运行构成严重隐患。
2系统控制策略不透明,技术掌握不足:INFIT采用外挂黑匣子方式进行协调系统优化,因涉及技术专利保密,控制策略不开源,导致热工技术人员无法深入掌握其核心逻辑与应对机制。
3前期调研与调试工作不够充分:INFIT系统调研不够充分,技术审核不够细致,调试过程中未能发现机组异常时INFIT系统存在的风险隐患。
4巡检管理不到位:汛期期间,对给煤机内部煤质湿粘、挂煤等情况掌握不清,相关巡检工作未能及时发现并反映给煤机实际运行状况,预防性检查存在盲区。
5配煤掺烧与运行风险管控不足:未能根据入炉煤质变化及时动态调整掺烧方案,对湿粘煤种上煤量与掺配方式控制不够精准,运行过程中的风险识别与应对措施存在欠缺。
三、事件处理与防范
1优化完善INFIT外挂协调控制系统与DCS系统接口逻辑。取消INFIT系统给水主控惯性环节时间闭锁,确保INFIT切除前后给水主控惯性环节的时间常数无变化,保证外挂系统相关的逻辑不改变原控制逻辑功能。优化无扰切换控制策略,在给水主控投入、INFIT系统投入情况下,协调逻辑给水主控设定值与INFIT系统给水主控设定值保持一致,实现无扰切换。
2I协调INFIT厂家,再次对INFIT系统逻辑进行全面排查,包括锅炉主控、汽机主控、中间点温度、给水主控、汽温调节,特别是对无扰切换控制回路进行逐一分析,确保INFIT系统相互切换过程中不发生扰动。
3机组启动后,对INFIT系统所有控制系统进行在线投切实验,包括锅炉主控、汽机主控、中间点温度、给水主控、汽温调节,进一步确定INFIT系统无扰切换功能正常后进行调试。
4针对煤种多变、汛期煤湿粘等情况,加强巡检频次。发电部采取挂牌抽查等方式强化巡检管理。对易堵煤、断煤煤种,提前预警,对挂煤严重的情况提前安排倒磨清理给煤机,预防断煤异常发生。
5做好科学配煤掺烧,从源头控制,避免湿煤粘煤直接上仓。动态调整掺烧方案。提前告知各种配煤掺烧风险,发出风险提示,提前管控断煤堵煤等运行风险。
6针对新增INFIT外挂协调控制系统,要求INFIT厂家提供详细的维护说明和操作手册等资料,其中应包含外挂系统投入期间及投退过程风险点及注意事项,便于运行和热控人员日常投退及维护,一方面避免因人员误动接口逻辑或相关接口参数导致无扰切换功能异常。另一方面在外挂系统退出后(DCS协调控制接管前)阶段,为运行人员针对机组协调相关的给煤量、给水流量等重要调节对象的操作提供参考。
7发电部运行人员针对新增后的外挂控制系统及本次异常开展技术培训,完善事故预想,逐步提高运行人员操作水平。