1、火力發電廠模擬量控制系統驗收測試規程的編制說明 朱北恒 （浙江省電力試驗研究所，浙江省 杭州市 310014） 摘要： 新頒布的電力行業標準火力發電廠熱工自動化系統檢修運行維護規程DL/T 7742004和報批中的電力行業標準火力發電廠模擬量控制系統驗收測試規程采用了新的、統一的“火電廠模擬量控制系統性能測試”標準，文章介紹了標準編制的背景和主要內容。新標準根據不同等級、不同類型機組分別給出了協調控制系統（CCS）的合格指標和優良指標，制定了新建機組各階段驗收測試的主要內容和要求，進一步完善附錄中給出的模擬量控制系統（MCS）性能測試指標。最終，建立了火力發電廠MCS基建驗收和最終驗收的統一測

2、試標準。 關鍵詞： 火電廠自動控制；協調控制系統（CCS）；模擬量控制系統（MCS） 1編制背景多年以來，對火電廠模擬量控制系統（MCS）的品質進行驗收測試時，主要參考了以下相關標準： 熱工儀表及控制裝置檢修運行規程（試行）水電生字198693號； 原電力部建質199640號文發布的自動投入率統計方法、負荷變動試驗導則； 原電力部建質1996111號文發布的火電工程調整試運質量檢驗及評定標準； 原電力部電綜1998179號文發布的火電機組啟動驗收性能試驗導則：5.11機組RB功能試驗； 火力發電廠模擬量控制系統在線驗收測試規程DL/T 6571998。近幾年來隨著熱工自動化技術的發展，火電機組

3、模擬量控制系統的應用水平有以下2個顯著特點：新建火電機組模擬量控制系統的應用水平隨著協調控制技術的發展不斷提高，在調試質量控制上已打破了基建與試生產的界線；隨著分散控制系統的發展，大量300 MW等級以下的火電機組通過DCS自動化改造也實現了協調控制并可參與電網自動控制發電（AGC）調節。因此，通過對火電廠模擬量控制系統測試標準的研究，編制一本在測試項目和質量指標都較為統一和完整的火電廠模擬量控制系統性能測試標準，是當前電力行業從事熱工自動化工作的迫切需要。根據原國家經貿委電力司電力（2002）973 號關于下達2002年度電力行業標準制定的修訂計劃的通知的安排，對火力發電廠模擬量控制系統在線

4、驗收測試規程DL/T 6571998進行修編，修編后的新標準更名為火力發電廠模擬量控制系統驗收測試規程。新標準擴大了適用范圍，機組容量擴大到125600 MW，涵蓋了新建或技術改造工程驗收測試的各個階段，在測試項目和質量指標上涵蓋整個模擬量控制系統，并具有較強的可操作性。2火電廠模擬量控制系統性能測試標準和相關規程的編制過程2002年11月，針對“火電廠模擬量控制系統主要性能指標”進行了討論。增加了“RB試驗”部分的內容，取消了直流爐、超臨界機組控制系統性能考核部分的內容。曾努力將超臨界機組控制要求納入規程，但由于投運的超臨界機組相對較少，其控制系統性能差異也較大，從征求意見的情況來看，還難以

5、制定其考核指標。“火電廠模擬量控制系統主要性能指標”經過充實和完善后，形成了“火電廠模擬量控制系統性能測試”標準，給出了火電廠模擬量控制系統的性能測試的較為完整的指標和測試方法，并將其編入火力發電廠模擬量控制系統驗收測試規程。 2003年5月完成了火力發電廠模擬量控制系統驗收測試規程（簡稱MCS測試規程）征求意見稿后，熱控標準委員會再次向全國征求意見。分歧的意見仍然主要集中在兩點：一是基建驗收和最終驗收測試標準是否采用統一標準；二是協調控制系統(CCS)的負荷變動試驗和AGC負荷跟隨試驗的品質指標。熱控標準委員會綜合各方面的反饋意見，根據不同等級、不同類型機組分別給出了CCS的合格指標和優良指

6、標，制定了新建機組各階段驗收測試的主要內容和要求，進一步完善附錄中給出的模擬量控制系統性能測試指標。最終，建立了火力發電廠模擬量控制系統的基建驗收和最終驗收的統一測試標準。MCS測試規程先后于2003年8月和10月完成送審稿和報批稿。2004年10月頒布的電力行業標準火力發電廠熱工自動化系統檢修運行維護規程DL/T 7742004在模擬量控制系統部分的測試標準采用了與MCS測試規程相一致的統一指標。MCS測試規程報批稿由于等待其他幾個驗收測試規程的編制完成，至今一直未能頒布。3MCS測試規程的主要內容3.1適用范圍 修編后的MCS測試規程擴大了適用范圍，其修編前后適用范圍的比較見表1。 表1M

7、CS測試規程修編前后適用范圍的比較 標準號 單 機 容 量 適 用 范 圍 DL/T 6571998 300 MW及以上 最終在線驗收測試 DL/T 657200X 125600 MW 新建工程各個階段的驗收測試和技術改造工程的驗收測試 3.2各階段驗收測試的主要內容（1） 調試階段的要求。MCS在完成調整試驗工作后，調試方應按MCS測試規程的要求對系統進行擾動試驗和功能測試，最終驗收時還可根據情況進行必要的抽察測試。（2） 168h試運行階段的要求。新建機組在完成滿負荷連續72、168h試運行后，應提供MCS可用率統計運行記錄，MCS測試規程給出了MCS可用率統計計算的方法和考核的要求。（3

8、） 細調階段的要求（基建驗收要求）。在CCS完成細調整試驗后，應按MCS測試規程的要求進行CCS負荷變動試驗。（4） 試生產階段的要求（達標驗收要求）。在新建機組商業移交或技術改造機組正式移交生產前，應按MCS測試規程的要求進行協調控制系統AGC負荷跟隨試驗和RB試驗。（5） 最終驗收測試要求。在完成（1）（4）要求的全部試驗之后，還應按MCS測試規程的要求提供試驗報告和MCS可用率統計運行記錄。在機組商業移交或正式移交生產前是否組織進行MCS的最終驗收測試應由用戶決定，MCS測試規程給出了最終驗收測試的要求。3.3功能測試概括了MCS功能測試的主要內容，包括控制方式無擾動切換、偏差報警功能、

9、方向性閉鎖保護功能和超弛控制保護功能4項的測試，對每項測試都提出了具體要求。(1) 控制方式無擾動切換。試驗主要有AGC遠方/就地控制方式的無擾動切換、CCS協調控制方式/鍋爐跟隨控制方式/汽機跟隨控制方式之間的無擾動切換、MCS所有手動/自動方式之間的無擾動切換、給水控制系統單/三沖量控制方式之間的無擾動切換等內容。(2) 偏差報警功能。主要包含測量信號偏差報警、執行器偏差報警、調節器偏差報警等內容。(3) 方向性閉鎖保護功能。主要包含CCS負荷指令增減閉鎖、爐膛壓力高/低送引風機動葉調節開/關閉鎖、燃料量和風量交叉限制等。(4) 超弛控制保護功能。通常包含CCS負荷指令迫增/迫降、爐膛壓力

10、防內爆超弛保護控制、機組啟停時磨煤機超弛控制等。功能測試主要采取抽測的方式進行。3.4性能測試（1） CCS負荷變動試驗。CCS負荷變動試驗與DL/T 6571998相比的不同點見表2。表2CCS負荷變動試驗與DL/T 6571998相比的不同點 DL/T 6571998 DL/T 657200X 改 變 的 理 由 負荷變動量 P=10%15%Pe P=15%Pe 使試驗結果更為確定 負荷變動速率（直吹式機組） 3%Pe/min或5%Pe/min 2%Pe/min或3%Pe /min 增加2%Pe/min項，取消5%Pe/min項，更符合實際情況 負荷變動速率（中儲式機組） 無 3%Pe /

11、min或4%Pe /min 新增加內容 測試結果增減指令試驗各進行3次，取各參數動態偏差平均值作為驗收測試結果 13次，可選擇其中1次的試驗數據作為驗收測試結果可操作性強，測試結果處理更為簡單注：Pe為機組額定負荷。模擬量控制系統負荷變動試驗導則（原電力部建質199640號）的規定為：在70%100%MCR正常工況下進行負荷變動試驗，負荷變動幅度為15%MCR，負荷實際變化速率為3%MCR/min。（2） MCS性能測試。最終驗收時，可以根據具體情況對MCS進行抽查測試，MCS測試規程附錄A給出了完整的模擬量控制系統性能測試指標。（3） AGC負荷跟隨試驗。在AGC控制方式下，70100負荷范

12、圍內，負荷指令以1.5% Pe/min(直吹式機組)或2.0%Pe /min（中儲式機組）的變化速率、負荷變動量為P=10%Pe的斜坡方式連續增、減（或減、增）各一次的雙向變動試驗；負荷變動試驗中各主要被調參數的動態、穩態偏差見表3。 表3負荷變動試驗中各主要被調參數的動態、穩態偏差 參數 負荷變動試驗動態品質指標 AGC負荷跟隨試驗動態品質指標 穩態品質指標 直吹式機組 中儲式機組 直吹式 機組中儲式機組 300MW以下機組/300MW及以上機組/ 負荷指令變化速率/% Pe min-1 2 2 3 3 3 4 1.5 2.0 實際負荷變化速率/% Pe min-1 1.5 1.5 2.2

13、2.5 2.5 3.2 1.0 1.5 / / 負荷響應純遲延時間/s 120 90 90 60 40 40 90 40 / / 負荷偏差/% Pe 3 3 3 3 3 3 5 5 1.5 1.5 主汽壓力/MPa 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.6 0.5 0.2 0.3 主汽溫度/ 10 8 8 10 8 8 10 10 2 3 再熱汽溫度/ 12 10 10 12 10 10 12 12 3 4 汽包水位/mm 60 40 40 60 40 40 60 60 20 25 爐膛壓力/Pa 200 150 150 200 150 150 200 200 50 100 煙氣

14、含氧量/% / / / / / / / / 1 1 注： 1 600MW等級直吹式機組：指標為合格指標，指標為優良指標。2 600MW等級以下直吹式機組：指標為合格指標，指標為優良指標。3 300MW等級及以上中儲式機組：指標為合格指標，指標為優良指標。4 300MW等級以下中儲式機組：指標為合格指標，指標為優良指標。（4） RB試驗。新建機組最終驗收測試前應進行RB試驗，其他情況下（如對CCS的組態進行了修改）可進行RB功能模擬試驗。MCS測試規程附錄A給出了RB功能模擬試驗和RB動態試驗的方法和要求。3.5MCS可用率考核MCS測試規程對MCS的自動“統計套數”給出了確定原則：有特定的被調

15、量并由PID（或其他）調節器形成的閉環調節回路計為1套。取消了MCS投入率的統計計算，只采用MCS可用率考核，MCS測試規程給出了各個階段MCS總可用率A應滿足的驗收要求： 滿負荷連續72、168h試運行。300MW及以上機組A80%；300MW以下機組A70%； 最終驗收測試。300MW及以上機組A90%；300MW以下機組A80%。火電機組熱工自動投入率統計方法（原電力部建質199640號）滿負荷連續72、168h自動投入標準為：在168h運行期間，最少連續運行24 h并且累計運行120 h（相當于Ai71%）；在72 h試運行期間，最少連續運行24h并累計運行48h（相當于Ai67%）。

16、4協調控制系統協調控制系統（CCS)主要包括機組負荷指令控制、汽機主控、鍋爐主控、壓力設定、頻率校正、RB等控制回路。它直接作用的執行級是鍋爐控制系統和汽機控制系統。協凋控制系統主要有4大控制子系統：給水控制系統、汽溫控制系統、燃燒控制系統和汽機控制系統。鍋爐燃燒控制系統和汽機控制系統是協凋控制系統的執行級，給水控制系統通過主汽流量前饋信號與機組負荷指令進行協凋，汽溫控制系統則通過煤量或風量前饋信號與鍋爐燃燒指令進行協凋。圖1為某600MW機組協凋控制系統及控制子系統相互關系示意圖。協凋控制系統的典型代表是能量直接平衡控制系統（DEB）和指令直接平衡控制系統（DIB）。4.1能量直接平衡控制系

17、統（DEB）單元機組負荷控制DEB于1957年由LN公司首次提出，經20多年改進和完善，最終于20世紀80年代初推出了成熟的DEB400（DEB-）協調控制系統。DEB協調控制策略的發展見圖2。DEB控制系統中采用了以下3個重要信號：(1) P1/PT：汽輪機一級壓力對機前壓力之比，代表了汽輪機調門的有效閥位。作為當量調門開度的精確測量，P1/PT在汽輪機運行范圍內具有線性特性。由于這一測量值直接取自汽輪機工藝機理本身，不是人為構成的閥位信號，不受汽機閥門運行方式（單閥或多閥）、閥門本身的非線性或死區的影響，也不受鍋爐側的任何擾動或燃料系統存在問題的影響。在DEB-控制策略中，P1/PT曾作為

18、汽輪機調門的閥位反饋信號首次使用，見圖2（b）。(2) PSP1/PT：機前壓力定值乘以汽壓比值為能量平衡信號，表征在定壓或滑壓等不同運行工況下汽輪機的能量輸入，即汽輪機對鍋爐的能量需求。這一信號建立了汽輪機負荷和調速門開度之間正確的比例關系，不受鍋爐側擾動影響，因為在這種擾動下，汽輪機一級壓力和機前壓力變化是成比例的，P1/PT比值不變。在DEB-及以后的控制策略中，都采用該信號作為汽輪機對鍋爐的能量需求來調節鍋爐的風/煤輸入指令，它為鍋爐和汽輪機之間的協調提供了一種有效手段，見圖2（c）。(3) P1+KdPb/dt：熱量釋放信號或熱量信號。在燃煤汽包鍋爐，用汽輪機一級壓力P1加上鍋爐蓄能

19、變化（用汽包壓力Pb的微分表示，K為鍋爐的蓄熱系數）間接代表了進入鍋爐的燃料量（和相應風量）。它既能反映燃料量的改變，也能反映燃料成分包括其發熱量的改變，燃料輸送系統的機械故障也可得到快速反映。在DEB-及以后的控制策略中，都采用了熱量信號來測量鍋爐的燃料量，這一信號在穩態或動態工況下都適用，它不受汽輪機側擾動的影響，正確表述了鍋爐供應的能量，見圖2（b）、（c）。圖1600 MW機組協凋控制系統及控制子系統相互關系 圖2DEB協調控制策略的發展 L&N公司推薦的DEB協調控制系統DEB400（DEB-）如圖3所示。在DEB協調控制方式下，汽輪機自動響應機組負荷指令；汽輪機側的能量需求以前饋方

20、式與鍋爐側的能量供給達到平衡，鍋爐快速響應汽輪機的能量需求。燃燒控制系統中，還采用了能量平衡信號的動態前饋(PSP1/PT)+d(PSP1/PT)/dt，用以動態補償機前壓力設定點變化或負荷變化時鍋爐蓄能的變化和機、爐動態響應的差異。定壓運行時，動態前饋補償了負荷變化時要求改變汽包壓力所需的鍋爐蓄能變化。負荷不變時，則補償機前壓力定值提高所需的鍋爐附加蓄能。而在滑壓運行時，更要補償負荷和機前壓力二者同時變化時要求汽包壓力變化所需的更多的鍋爐附加蓄能。汽輪機負荷控制系統和送風控制系統都采用了串級調節，對發電機功率和煙氣含氧量進行校正。此外還設有負荷限值調節器（DLR），當機組處于異常工況時，對關

21、鍵控制回路進行協調，以保證機組運行的安全性。 圖3DEB-協調控制系統原理圖 4.2指令直接平衡控制系統（DIB）現代火力發電單元制機組在一定的負荷變化范圍內，其負荷控制指令與各個子系統的控制指令之間靜態存在著線性（或折線）比例關系。因此，越來越多的協調控制系統采用了指令直接平衡控制策略，它結構簡單、調試整定方便。DIB協調控制系統原理圖見圖4。 圖4DIB協調控制系統原理圖 指令直接平衡控制策略采用前饋指令+閉環校正方式，將單元機組協調控制指令直接送至鍋爐主控和汽輪機主控，這種方式使得鍋爐和汽輪機同時獲得最快的負荷響應。功率修正和機前壓力修正回路作為負荷變化后的滯后校正，使得機組在穩定工況獲

22、得準確的設定功率和設定機前壓力。一般采用由汽機側對功率回路進行校正，由鍋爐側對汽壓進行校正，而當汽壓偏差過大，鍋爐的控制不能及時調整時，則由鍋爐和汽輪機共同對汽壓進行控制，保證汽壓偏差不超過允許范圍。5模擬量控制系統性能指標5.1穩態品質指標在對模擬量控制系統穩態的工作狀況進行考核評價時，需要對穩態工況做出具體的描述，它主要包含2方面的要求：機組負荷穩定不變，一般要求機組負荷變動率1%Pe /min；沒有進行輔機啟停、切換，沒有進行吹灰、除焦等操作。穩態品質指標是指機組在滿足上述2方面要求，即無明顯內外擾動時，被調參數偏離給定值的允許偏差以及對控制系統穩定性的要求。定量指標主要有穩態偏差，此外

23、還有一些定性指標。5.2動態品質指標動態品質指標是指控制系統在受到內外擾動時，動態調節過程中被調參數偏離新給定值的允許偏差指標。火力發電廠模擬量控制系統應滿足的動態品質指標主要有：給定值擾動下的過渡過程衰減率、穩定時間、最大動態偏差；負荷變動時，應滿足的動態品質指標還有：實際負荷變化速率、負荷響應純遲延時間。5.3過渡過程衰減率過渡過程衰減率是反映模擬量控制系統穩定性的品質指標。過渡過程衰減率是指定值擾動試驗中，被調參數首次過調量M1與第2次過調量M2之差與首次過調量M1之比。過渡過程衰減率常用表示 =（M1-M2）/M1 過渡過程衰減率可以從調節系統的階躍擾動曲線得到，過渡過程衰減率曲線如圖

24、5所示。 圖5過渡過程衰減率曲線 火力發電廠熱工控制過程通常選取=0.71作為模擬量控制系統穩定性的最佳品質指標。MCS測試規程給出了各調節系統過渡過程衰減率的品質指標，參見表1。5.4穩定時間穩定時間是反映模擬量控制系統快速性的品質指標。穩定時間是指從擾動試驗開始到被調參數進入新穩態值的允許偏差范圍內不再越出時的時間。在控制系統的調節過程中，要使被調量完全達到穩態值，理論上需要無限長的時間。實際上，對控制系統的調節允許有一個穩定值的誤差范圍，如圖6中的。當被調量進入這個范圍內并不再超越此范圍時，就認為已達到穩態值，即進入穩定狀態，穩定時間tS如圖6所示。 圖6穩態偏差與穩定時間 MCS測試規

25、程給出了各調節系統定值擾動下穩態偏差與穩定時間的品質指標，參見表5。表5火力發電廠模擬量控制系統定值擾動下的品質指標 控制系統 定 值 擾 動 最大超調M1 穩定時間tS 穩態偏差 A B A B A B A B 三沖量汽包水位 40 mm 60 mm 0.70.8 15 mm 25 mm 3 min 5 min 20 mm 25 mm 過熱汽溫噴水減溫 5 0.751 1 15 min 20 min 2 3 再熱汽溫噴水減溫 5 0.751 1 15 min 20 min 3 4 爐膛壓力 100 Pa 150 Pa 0.750.9 20 Pa 30 Pa 40 s 1 min 50 Pa 100 Pa 送風風壓/差壓 100 Pa 150 Pa 0