呂雪霞，李照忠，邢 媛，鄭耀東，原志國

(1.通遼霍林河坑口發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 通遼028000;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱15000)

0 引言

在實際中，電網(wǎng)的頻率是不斷波動的，如在末端電網(wǎng)，由于許多新能源發(fā)電單元(如風(fēng)電機組)的并網(wǎng)運行，其頻差信號經(jīng)常在±0.05 Hz左右(對應(yīng)轉(zhuǎn)速差為±3 r/min)頻繁變化。而電力系統(tǒng)運行的主要任務(wù)之一是對頻率進行監(jiān)視和控制，因此，發(fā)電機組的一次調(diào)頻功能對維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定至關(guān)重要。如文獻［1］和文獻［2］中指出，在電網(wǎng)頻率的波動事件中，一次調(diào)頻能力離設(shè)計值相差甚遠，很多裝備有快速數(shù)字電液調(diào)速器的機組沒有參與一次調(diào)頻。文獻［3］中，針對一次調(diào)頻引起EH油管振動問題，從硬件的角度提出了在每個高壓調(diào)門的進油管路增加了蓄能器，并對管束支撐進行了加固的處理措施，并取得了一定的效果。而文獻［4］中，針對某135 MW亞臨界機組為例，從DEH系統(tǒng)邏輯上分析了一次調(diào)頻功能在重疊度區(qū)容易引起閥門大幅晃動，甚至引起EH油管振動的原因;并且，提出在重疊度范圍略微減弱流量—閥位曲線斜率較大的閥門一次調(diào)頻能力，在總體上保證一次調(diào)頻的幅度和精度滿足電網(wǎng)要求，在國內(nèi)首次從軟件優(yōu)化的角度來消除一次調(diào)頻引起的閥門大幅晃動和EH油管振動;同時，還通過仿真試驗驗證了在CCS與DEH聯(lián)合調(diào)頻方式下，優(yōu)化后可大大降低閥門晃動幅度，提高了汽輪機組的安全穩(wěn)定性。由于，600 MW級別的機組目前在我國占有很大的比重，許多文獻中提及這個級別的機組在實際運行中會出現(xiàn)許多問題［5－10］，而且這些問題隨著機組運行參數(shù)的升高，問題的嚴(yán)重性以及出現(xiàn)的概率也相應(yīng)地加大。如超臨界機組的問題就要比亞臨界的多一些，如國內(nèi)大多數(shù)未進行系統(tǒng)高調(diào)門配汽優(yōu)化工作的火電機組，都存在高調(diào)門配汽規(guī)律設(shè)計不佳的情況。當(dāng)機組投入順序閥方式運行時，出現(xiàn)了一些由配汽規(guī)律設(shè)計不當(dāng)而引發(fā)的問題，因此，600 MW級別機組的運行優(yōu)化經(jīng)驗是非常寶貴的［11－16］。

1 機組存在的問題分析及解決方案

1.1 優(yōu)化前機組存在的問題

本廠的兩臺機組自投運以來，一直存在一些問題，其中最主要的一個問題就是高調(diào)門的擺動問題。當(dāng)機組在順序閥方式下運行時，汽輪機的綜合閥位(85%左右)剛好處于高調(diào)門的第三個閥與第四閥重疊區(qū)域附近時，就會出現(xiàn)高調(diào)門的大幅擺動問題如圖1所示，高調(diào)門GV4最大擺動幅度為±10%左右。并且，調(diào)門的擺動還會直接導(dǎo)致主汽壓的擺動以及負荷的擺動，極大地影響了機組的安全穩(wěn)定運行，如圖2、圖3所示，主汽壓擾動較小，基本在小于0.05 MPa的范圍內(nèi);但是對負荷的擾動較大，最大負荷擾動為±5 MW左右。因此，需要對機組采用一定的運行優(yōu)化策略，解決閥門擺動這個首要問題。

圖1 機組高調(diào)門擺動趨勢圖

圖2 機組主汽壓擺動趨勢圖

圖3 機組負荷擺動趨勢圖

1.2 高調(diào)門的問題分析及解決方案

為了對機組存在的問題進行深入的分析研究，避免其余干擾因素，所以將機組切換至閥位控制方式下運行，此時，汽輪機的綜合閥位剛好處于高調(diào)門的第三個閥與第四閥重疊區(qū)域附近時，高調(diào)門的擺動問題也存在，并且擺動的幅度時大時小，因此，需要對機組的實際運行參數(shù)及DEH控制邏輯進行分析。通過分析DEH控制邏輯發(fā)現(xiàn)，機組雖然在閥位控制方式下，但是機組的閥位指令還是處于不斷變化中，因此，也就引起了高調(diào)門的擺動現(xiàn)象。最終，通過對引起閥位指令變化的回路的分析，發(fā)現(xiàn)是機組所處地域的網(wǎng)頻較差，機組的功頻調(diào)節(jié)回路處于工作狀態(tài)，一次調(diào)頻的動作，因此，閥位指令的不斷變化，最終引起高調(diào)門的擺動問題。并且，當(dāng)綜合閥位剛好處于高調(diào)門的第三個閥與第四閥重疊區(qū)域附近時，第三個高調(diào)門的開度變化斜率較大，如圖4所示，因此，當(dāng)閥位指令變化較小時，就會引起第三個高調(diào)門的大幅擺動，這實際上是由于高調(diào)門的配汽規(guī)律設(shè)計不當(dāng)而引發(fā)的問題。

圖4 機組原高調(diào)門的進汽規(guī)律

機組高調(diào)門配汽規(guī)律設(shè)計不當(dāng)，會引發(fā)機組的一系列安全性和經(jīng)濟性以及調(diào)節(jié)性能問題。如順序閥規(guī)律的重疊度設(shè)置不當(dāng)時，機組在高調(diào)門重疊區(qū)域的閥位附近運行時，不僅會產(chǎn)生較大節(jié)流損失使機組運行的經(jīng)濟性下降，還可能引發(fā)高調(diào)門的大幅高頻擺動問題，還可能伴隨不同程度的負荷擺動問題，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致停機。此外，機組閥門流量特性的準(zhǔn)確程度對汽輪機也具有極其重要的影響。而在現(xiàn)實當(dāng)中，由于現(xiàn)場安裝等因素、汽輪機制造過程中存在差異以及機組的調(diào)門進行檢修或更換等各種因素，造成實際的閥門流量特性曲線與機組出廠時DEH中預(yù)置的閥門流量特性曲線存在不同程度的差異。這種差異較大時，可能會引起在機組變負荷和一次調(diào)頻時出現(xiàn)負荷突變和調(diào)節(jié)緩慢的問題，造成機組控制困難，影響機組的安全性和變負荷能力。因此，對機組進行高調(diào)門的配汽規(guī)律優(yōu)化工作十分有必要的。

如圖4所示，機組高調(diào)門的原進汽規(guī)律存在一些不合理之處，尤其是在重疊區(qū)域附近，不僅#4高調(diào)門在85%的閥位時存在擺動的問題;當(dāng)機組運行至62%左右閥位時，綜合閥位指令的小幅變化也會導(dǎo)致#1和#2高調(diào)門出現(xiàn)大幅擺動問題。通過對機組進行變工況計算以及實際的閥門流量特性的重新辨識，設(shè)計出了機組新的高調(diào)門進汽規(guī)律，如圖5所示。新設(shè)計的順序閥規(guī)律，不僅解決了在重疊區(qū)域先開啟的閥門的開啟過陡問題，還解決了原規(guī)律的線性度差的問題。并且，根據(jù)現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)中的軸系穩(wěn)定性問題，對開啟順序也做了一些優(yōu)化調(diào)整。

圖5 優(yōu)化后的機組高調(diào)門的進汽規(guī)律

2 實際運行效果驗證試驗

2.1 高調(diào)門擺動問題解決的試驗驗證

新設(shè)計的順序閥高調(diào)門進汽規(guī)律，在機組DEH中通過閥門管理函數(shù)的修改來實現(xiàn)，已投入到實際運行中，對新設(shè)計的規(guī)律進行實際運行效果的驗證工作，實驗過程如下圖6～圖8所示。

圖6 驗證試驗中的高調(diào)門趨勢圖

從圖6～圖8所示的實驗過程中可以看出，優(yōu)化后當(dāng)機組在順序閥方式下運行時，汽輪機的綜合閥位(85%左右)處于高調(diào)門的第三個閥與第四閥重疊區(qū)域附近時，不存在高調(diào)門的大幅擺動問題;如圖6所示，高調(diào)門GV4最大擺動幅度僅為±1%左右。并且，調(diào)門的擺動還會對主汽壓的擺動以及負荷的擺動的影響也較小，機組基本處于的安全穩(wěn)定運行狀態(tài);如圖7和圖8所示，對主汽壓基本無擾動了，而對負荷的擾動也較大，最大負荷擾動僅為±1 MW左右。因此，通過對機組的運行優(yōu)化，達到了解決閥門擺動的問題。

圖7 驗證試驗中的主汽壓趨勢圖

圖8 驗證試驗中的機組負荷趨勢圖

2.2 高調(diào)門配汽優(yōu)化的其他效果

同時，兩臺600 MW機組的現(xiàn)場試驗還發(fā)現(xiàn)，汽輪機上下缸體的膨脹偏差也比原來要小，這對改善機組的經(jīng)濟性有很大的幫助。因為，上下缸溫差大不僅可能會直接導(dǎo)致汽缸漏汽，還可能引起汽缸變形，動靜碰磨，汽封磨損。由于汽缸變形，啟、動、靜碰磨等原因，很容易造成汽封磨損，汽輪機徑向間隙增大等一系列影響機組安全與經(jīng)濟性的問題。此外，由于經(jīng)過細致的閥門流量特性辨識，機組高調(diào)門的順序閥規(guī)律與其實際特性吻合較好，高調(diào)門流量特性曲線的線性度得到了很大的改善，如圖9和圖10所示，因此，這也就意味著極大地改善了機組的調(diào)節(jié)性能，如一次調(diào)頻性能和AGC跟蹤性能。

圖9 原高調(diào)門綜合流量特性曲線的線性度

圖10 優(yōu)化后的高調(diào)門綜合流量特性曲線的線性度

3 結(jié)論

本文通過對兩臺600 MW機組實施配汽優(yōu)化，從軟件優(yōu)化的角度來降低高調(diào)門在重疊區(qū)域由于一次調(diào)頻動作造成的高頻擺動問題，改善機組的安全穩(wěn)定運行性能。目前，國內(nèi)參與調(diào)峰和一次調(diào)頻的汽輪機組，不少在全程調(diào)頻和順序閥方式時都出現(xiàn)過高調(diào)門的大幅擺動，一些電廠基本都從硬件的角度來采取避免措施，很少從軟件的角度來進行運行優(yōu)化的，至于從高調(diào)門的整體流量特性的角度出發(fā)來進行配汽規(guī)律的優(yōu)化從而解決一次調(diào)頻引發(fā)的高調(diào)門擺動問題更是不多。配汽優(yōu)化不僅可大大降低閥門擺動的幅度，提高汽輪機組的安全穩(wěn)定性，還能在總體上保證一次調(diào)頻的幅度和精度，滿足電網(wǎng)要求。因此，希望此文能起到拋磚引玉的作用，以此共同研討出更好措施，消除一次調(diào)頻功能給機組帶來的安全隱患。這對于600 MW級別的各種類型機組，無論是亞臨界還是超臨界以及超超臨界機組，在機組參與電網(wǎng)的調(diào)峰和調(diào)頻任務(wù)而投運順序閥運行方式時，都可以借鑒以上的優(yōu)化策略。

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