盧 斌

（浙江浙能長(zhǎng)興發(fā)電有限公司，浙江長(zhǎng)興313100）

淺析一次調(diào)頻對(duì)燃煤機(jī)組運(yùn)行的影響＊

盧 斌

（浙江浙能長(zhǎng)興發(fā)電有限公司，浙江長(zhǎng)興313100）

為了盡快地適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的要求，使機(jī)組能夠安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，使得自身功率能夠滿足電網(wǎng)的需要，同時(shí)適應(yīng)華東電網(wǎng)“兩個(gè)細(xì)則”的實(shí)施，結(jié)合浙江浙能長(zhǎng)興發(fā)電有限公司四臺(tái)300 MW火電機(jī)組運(yùn)行實(shí)際介紹了一次調(diào)頻的功能及其實(shí)現(xiàn)，以及參與一次調(diào)頻機(jī)組對(duì)自身運(yùn)行的影響.

一次調(diào)頻；協(xié)調(diào)控制（CCS）；DEH；鍋爐；制粉系統(tǒng)

為了保證電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)頻率的控制水平，迅速消除由于電網(wǎng)負(fù)荷變化而引起的頻率波動(dòng)，電網(wǎng)對(duì)機(jī)組的一次調(diào)頻要求越來(lái)越高.由熱工DCS、DEH控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)組一次調(diào)頻功能主要是根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化，按照一次調(diào)頻預(yù)定的曲線，對(duì)機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，其核心是在電網(wǎng)頻率突然降低的時(shí)候，利用鍋爐蓄能大的特點(diǎn)，在保證設(shè)備安全的前提下，在短時(shí)間內(nèi)快速、限幅度增帶負(fù)荷，滿足電網(wǎng)的要求.

1 一次調(diào)頻及其實(shí)現(xiàn)

1.1 一次調(diào)頻功能

一次調(diào)頻功能是通過(guò)調(diào)節(jié)汽機(jī)高壓調(diào)門，利用機(jī)組蓄熱來(lái)快速響應(yīng)電網(wǎng)頻率的變化.頻率高時(shí)，關(guān)調(diào)門，提高主汽壓力，增加機(jī)組蓄熱；頻率低時(shí)，開調(diào)門，降低主汽壓力，釋放機(jī)組蓄熱，從而快速增減負(fù)荷，以達(dá)到補(bǔ)償頻率波動(dòng)的目的.因此，頻率發(fā)生變化時(shí)，一次調(diào)頻回路迅速響應(yīng)，根據(jù)功－頻特性，與頻率變化成比例的改變機(jī)組的功率定值，使機(jī)組快速改變負(fù)荷，補(bǔ)償頻率的變化.

當(dāng)機(jī)組投入?yún)f(xié)調(diào)控制方式而不投AGC方式時(shí)，由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻功能，DEH系統(tǒng)將一次調(diào)頻權(quán)限交給協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；當(dāng)機(jī)組不投協(xié)調(diào)控制時(shí)，由DEH系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻功能.DEH中一次調(diào)頻功能是將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的差值直接換算成有功功率指令，以新華控制工程公司的DEH為例，其控制結(jié)構(gòu)原理如圖1所示.

其中汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速（一般為3000 r/min）與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值經(jīng)函數(shù)f（x）轉(zhuǎn)換后生成一次調(diào)頻因子，直接疊加到DEH的有功功率給定值上，以控制汽輪機(jī)的調(diào)門開度.一次調(diào)頻因子的設(shè)置包括頻差死區(qū)和轉(zhuǎn)速不等率兩個(gè)因素.頻差死區(qū)的設(shè)置是為了防止在電網(wǎng)頻差小范圍變化時(shí)汽機(jī)調(diào)門不必要的動(dòng)作.

一次調(diào)頻不等率δ定義為：

δ的數(shù)值一般設(shè)置在3%～6%，δ值越小，在相同的頻差下汽機(jī)調(diào)門的變化幅值越大，反之則越小.

一次調(diào)頻因子的設(shè)置與機(jī)組的穩(wěn)定性密切相關(guān)，頻差死區(qū)越大，δ越大，機(jī)組越穩(wěn)定，但是對(duì)電網(wǎng)一次調(diào)頻的貢獻(xiàn)也越小.一次調(diào)頻因子的設(shè)置應(yīng)兼顧機(jī)組穩(wěn)定性和一次調(diào)頻快速響應(yīng)的指標(biāo).同時(shí)，為了機(jī)組的安全，規(guī)定了機(jī)組一次調(diào)頻的功率補(bǔ)償量最大值為額定容量的± 6%（⊿P＝±18MW），機(jī)組（＃3）一次調(diào)頻功率補(bǔ)償量實(shí)際按下圖2中的粗黑線運(yùn)行：

1.2 DEH中一次調(diào)頻功能的實(shí)現(xiàn)

通過(guò)DEH控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)組一次調(diào)頻功能，實(shí)際上是在DEH內(nèi)，在轉(zhuǎn)速控制方式下按一次調(diào)頻升降負(fù)荷的幅度和功率補(bǔ)償量實(shí)現(xiàn)的，是將一次調(diào)頻升降負(fù)荷的幅度和功率補(bǔ)償量轉(zhuǎn)化為的轉(zhuǎn)速升降的幅度和補(bǔ)償量的一種控制方式.

當(dāng)DEH不在CCS控制方式且投入一次調(diào)頻功能時(shí)，如果汽輪機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速的偏差在一次調(diào)頻動(dòng)作范圍內(nèi)，DEH一次調(diào)頻動(dòng)作，通過(guò)實(shí)際轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速的偏差計(jì)算出調(diào)頻的動(dòng)作值，然后將此數(shù)值直接迭加到汽輪機(jī)調(diào)門的流量指令上，通過(guò)增減汽輪機(jī)調(diào)門的開度來(lái)改變汽輪機(jī)的出力.

1.3 協(xié)調(diào)控制方式及AGC方式下一次調(diào)頻功能的實(shí)現(xiàn)

從圖1可以看出，在DEH一次調(diào)頻功能投入后，如果有頻差出現(xiàn)時(shí)，一次調(diào)頻因子直接疊加在DEH的有功功率的給定值上，通過(guò)調(diào)節(jié)DEH的調(diào)門使機(jī)組有功功率快速響應(yīng)一次調(diào)頻的需求.但是如果此時(shí)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的負(fù)荷給定值沒(méi)有改變而機(jī)組有功功率發(fā)生了變化，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的功率控制回路就會(huì)發(fā)出和一次調(diào)頻作用方向相反的汽輪機(jī)調(diào)門指令，不僅從一定程度上抵消了一次調(diào)頻的效果，而且對(duì)于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)相當(dāng)于增加了外部擾動(dòng)量.對(duì)于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和DEH遙控指令是開關(guān)量脈沖傳輸形式的系統(tǒng)來(lái)講，由于DEH遙控指令有一定的速率限制，這種抵消作用還弱一些，如果協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和DEH遙控指令是通過(guò)模擬量傳輸?shù)?，由于DEH的調(diào)門變化速率不受限制，不僅將一次調(diào)頻效果馬上抵消，而且容易引起協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)振蕩，從而降低協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性.為使一次調(diào)頻達(dá)到最佳的調(diào)節(jié)效果，需要將一次調(diào)頻因子引入?yún)f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的負(fù)荷給定值回路，如圖3所示，在AGC及協(xié)調(diào)控制方式下實(shí)現(xiàn)機(jī)組一次調(diào)頻功能時(shí)，是在負(fù)荷管理控制中心內(nèi)按一次調(diào)頻升降負(fù)荷的幅度和功率補(bǔ)償量，控制機(jī)組增加負(fù)荷.

在CCS控制方式下，在CRT按下一次調(diào)頻按鈕即可投入一次調(diào)頻.在AGC及協(xié)調(diào)控制方式，根據(jù)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，控制系統(tǒng)直接在原負(fù)荷指令的基礎(chǔ)上迭加功率的補(bǔ)償量，分別改變汽機(jī)主控和鍋爐主控的輸出，從而改變機(jī)組的實(shí)際出力.

2 對(duì)鍋爐汽壓及負(fù)荷調(diào)節(jié)的影響

我公司的鍋爐是自然循環(huán)汽包爐，型式：亞臨界、一次再熱、自然循環(huán)、前后墻對(duì)沖燃燒、平衡通風(fēng)、單汽包、半露天布置、固態(tài)排渣煤粉爐.在較高負(fù)荷時(shí)它具有很強(qiáng)的蓄熱能力，在汽機(jī)調(diào)門快速開大時(shí)，主汽壓力下降較慢，幅度較小，有利于系統(tǒng)頻率偏低時(shí)的一次調(diào)頻.

但是，如果在一次調(diào)頻投入，升壓站某出線發(fā)生金屬性接地導(dǎo)致線路跳閘或鄰機(jī)組跳閘時(shí)，系統(tǒng)周波和頻率將發(fā)生下沉現(xiàn)象，電網(wǎng)上投入一次調(diào)頻的各發(fā)電廠都將受到影響繼而參與調(diào)節(jié)，但是由于傳輸距離等因素，受影響最大的將是我們投入一次調(diào)頻的機(jī)組，那么它的調(diào)節(jié)幅度會(huì)大大增加，主汽壓力下降很多，汽包水位迅速上升，機(jī)組協(xié)調(diào)控制使鍋爐燃燒加強(qiáng)，風(fēng)量、煤量增加，負(fù)荷上升，在此過(guò)程中可能出現(xiàn)負(fù)荷調(diào)節(jié)先遲緩后超調(diào)的問(wèn)題，主要原因是CCS調(diào)節(jié)較快且強(qiáng)度過(guò)大，而DEH回路響應(yīng)較平緩，從而容易引起CCS超調(diào)，給機(jī)組主汽壓力調(diào)節(jié)帶來(lái)了巨大的擾動(dòng)，甚至影響安全正常運(yùn)行.因此，必要時(shí)要撤自動(dòng)進(jìn)行人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，并且保持一定的調(diào)節(jié)提前量，避免主汽壓力波動(dòng)過(guò)大，避免汽機(jī)調(diào)門頻繁動(dòng)作，進(jìn)而避免EH油系統(tǒng)、油動(dòng)機(jī)及相關(guān)電磁閥轉(zhuǎn)換器故障，油壓波動(dòng)甚至下降.

此外，一次調(diào)頻機(jī)組還新增加了閉鎖條件之一：負(fù)荷大于305MW閉鎖增負(fù)荷，進(jìn)一步保障了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行.

在系統(tǒng)負(fù)荷過(guò)剩以及頻率偏高時(shí)，通過(guò)一次調(diào)頻，汽機(jī)調(diào)門關(guān)小時(shí)，主汽壓力上升較快，幅度較大，汽包水位下降迅速，再熱汽壓力有所下降，機(jī)組負(fù)荷變化和主汽壓力的波動(dòng)較系統(tǒng)頻率偏低時(shí)大一些.主汽門前壓力隨調(diào)門關(guān)小而上升，若壓力變化過(guò)大而鍋爐燃燒還未來(lái)得及減緩則導(dǎo)致調(diào)門又打開，而一次調(diào)頻指令要求關(guān)調(diào)門減少流量，如此反復(fù)，調(diào)門頻繁動(dòng)作，主汽壓力波動(dòng)巨大，大大增加了操作員的二次調(diào)節(jié)量.總之，一次調(diào)頻不利于機(jī)組在系統(tǒng)頻率偏高時(shí)的調(diào)節(jié).

為保障機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，一次調(diào)頻機(jī)組還新增加了閉鎖條件之一：機(jī)前壓力大于17Mpa閉鎖減負(fù)荷.

3 對(duì)鍋爐制粉系統(tǒng)的影響

我公司的制粉系統(tǒng)采用ZGM95N中速磨直吹式制粉系統(tǒng).每臺(tái)鍋爐配有五臺(tái)磨煤機(jī)，共20只燃燒器，前后墻各10只，分三層對(duì)稱布置在鍋爐的前后墻，前后墻下二層每層各4只燃燒器，上層前后墻各2只燃燒器，下二層每排4只燃燒器各配一臺(tái)磨煤機(jī).上層前后墻4只燃燒器配一臺(tái)磨煤機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)投運(yùn)四臺(tái)磨煤機(jī)，一臺(tái)作為備用，四臺(tái)磨煤機(jī)可滿足鍋爐最大出力.

投一次調(diào)頻的機(jī)組，通過(guò)快速增減負(fù)荷，以達(dá)到頻率補(bǔ)償?shù)哪康?，使系統(tǒng)頻率能維持在允許變動(dòng)的范圍內(nèi).3號(hào)機(jī)組投一次調(diào)頻的條件是：采用機(jī)爐協(xié)調(diào)控制，負(fù)荷150MW以上.此時(shí)，鍋爐、汽機(jī)主控共同接受負(fù)荷和主汽壓力信號(hào)，維持和調(diào)整發(fā)電出力和主汽壓力.以下為協(xié)調(diào)控制方式下的鍋爐、汽機(jī)指令的形成：

當(dāng)系統(tǒng)頻率偏低時(shí)，一次調(diào)頻通過(guò)協(xié)調(diào)控制增加機(jī)組負(fù)荷，那么，鍋爐燃料量必定增加，若此時(shí)機(jī)組負(fù)荷較高，入爐煤質(zhì)較差，每臺(tái)給煤機(jī)煤量已接近極限（具有代表性的運(yùn)行工況），若再加煤量，容易導(dǎo)致給煤機(jī)堵煤，一旦發(fā)生機(jī)組將RB后果難堪.一次調(diào)頻沒(méi)有達(dá)到調(diào)節(jié)目的反而使機(jī)組運(yùn)行惡化，系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)一步下降.

直吹式制粉系統(tǒng)與中間倉(cāng)儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)相比較，最明顯的缺點(diǎn)是送入爐膛的煤粉量不能直接調(diào)節(jié).直吹式制粉系統(tǒng)調(diào)整負(fù)荷的手段是改變給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速，即磨煤機(jī)的給煤量，從調(diào)節(jié)指令發(fā)出，到最終出力變化，除了燃燒——蒸發(fā)——汽機(jī)作功的熱力環(huán)節(jié)外，還包含磨煤機(jī)制粉這一具有較大時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，圖4所示為燃煤機(jī)組的這一熱力環(huán)節(jié).因此，一次調(diào)頻對(duì)直吹式制粉系統(tǒng)的影響和直吹式制粉系統(tǒng)對(duì)一次調(diào)頻指令響應(yīng)的遲滯性，都是不利于電廠運(yùn)行和電網(wǎng)穩(wěn)定的的因素.

一次調(diào)頻是一種有差調(diào)節(jié)，不能維持電網(wǎng)頻率不變，只能緩和電網(wǎng)頻率的改變程度.如果網(wǎng)絡(luò)上并列運(yùn)行的機(jī)組都能夠投入一次調(diào)頻，那么對(duì)于網(wǎng)絡(luò)電能質(zhì)量的優(yōu)化和電能的穩(wěn)定都是有利的；但是對(duì)于并列運(yùn)行的各機(jī)組的二次調(diào)節(jié)提出了更高的要求，對(duì)電站運(yùn)行值班員也提出了更高的要求.

［1］段南.大型火電機(jī)組一次調(diào)頻功能投入的研究［J］.華北電力技術(shù)2003（10）.

［2］浙江浙能長(zhǎng)興發(fā)電有限公司.集控運(yùn)行規(guī)程［M］.長(zhǎng)興：長(zhǎng)興發(fā)電有限公司內(nèi)部資料，2007.

［3］劉鐵祥.火電廠經(jīng)典協(xié)調(diào)控制方案的探討［M］.江蘇：江蘇太倉(cāng)港環(huán)保發(fā)電有限公司，2005.

TM621

A

1009－1734（2011）S0－0057－03

2011－09－10

盧斌，助理工程師，從事發(fā)電廠運(yùn)行研究.