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        一次調(diào)頻正確動作率低的原因分析及處理

        2012-09-01 02:13:10徐小剛
        河北電力技術(shù) 2012年1期
        關鍵詞:變動率折線調(diào)頻

        徐小剛

        (大唐河北發(fā)電有限公司馬頭熱電分公司,河北 邯鄲 056044)

        1 概述

        一次調(diào)頻是有差調(diào)節(jié),當電力系統(tǒng)頻率偏離目標頻率時,發(fā)電機通過調(diào)速系統(tǒng)的自動反應,使發(fā)電機有功出力增加或降低,從而自動減小頻率偏差。一次調(diào)頻是維護電網(wǎng)穩(wěn)定的重要手段。華北電監(jiān)局2009年初頒布了《華北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細則》和《華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理實施細則》(簡稱“兩個細則”)。“兩個細則”中規(guī)定:“一次調(diào)頻正確動作率按機組考核。對于一次調(diào)頻月正確動作率小于80%的機組,考核相應電量”。

        在“兩個細則”考核前幾個月,大唐河北發(fā)電有限公司馬頭熱電分公司(簡稱“馬頭發(fā)電公司”)2臺300MW機組一次調(diào)頻正確動作率較低,不能滿足華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠“兩個細則”對火電機組一次調(diào)頻性能的要求。為滿足華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠“兩個細則”對火電機組一次調(diào)頻性能的要求,尋找一次調(diào)頻動作正確率低的主要原因,并進行了整改。

        2 一次調(diào)頻控制策略介紹

        馬頭發(fā)電公司一次調(diào)頻不設投切開關,DEH系統(tǒng)(西屋DCS)本身設計有一次調(diào)頻功能,而投入CCS(和利時DCS)控制后,DEH側(cè)一次調(diào)頻回路退出,由CCS完成一次調(diào)頻功能。即在CCS控制閥門指令出口直接疊加一次調(diào)頻指令,同時在負荷給定值中設計有一次調(diào)頻校正回路,防止一次調(diào)頻動作后,協(xié)調(diào)控制對綜合閥位有反向的調(diào)節(jié)。為了保證調(diào)節(jié)品質(zhì),一次調(diào)頻的轉(zhuǎn)速信號做了“三取中”處理。一次調(diào)頻動作原理見圖1。

        圖1 一次調(diào)頻動作原理

        根據(jù)圖1可知,轉(zhuǎn)速信號通過折線函數(shù)直接轉(zhuǎn)換成對應的閥門開度(負荷),疊加到CCS指令中。由于投入CCS控制后,DEH側(cè)一次調(diào)頻回路退出,CCS指令將直接送各閥門特性曲線,保證了一次調(diào)頻動作及時性。為保證機組投入CCS控制前后,一次調(diào)頻動作的一致性,CCS和DEH中的折線函數(shù)應使用相同的參數(shù)設置。根據(jù)河北電力調(diào)度通信中心要求,實際負荷≥50%Pe,開始考核統(tǒng)計,因此機組一次調(diào)頻的功能幾乎全部都在CCS內(nèi)實現(xiàn)。

        3 一次調(diào)頻正確動作率低的原因分析

        3.1 轉(zhuǎn)速變動率設置過高

        轉(zhuǎn)速變動率是指汽輪機由滿負荷到空負荷的轉(zhuǎn)速變化與額定轉(zhuǎn)速之比。汽輪機在正常運行時,當電網(wǎng)發(fā)生故障或汽輪發(fā)電機出口開關跳閘,使汽輪機負荷甩到零,這時汽輪機的轉(zhuǎn)速先升到一個最高值,然后下降到一個穩(wěn)定值,這種現(xiàn)象稱為“動態(tài)飛升”。轉(zhuǎn)速上升的最高值由轉(zhuǎn)速變動率決定,轉(zhuǎn)速變動率越大,轉(zhuǎn)速上升越高,汽輪機危險越大?!度A北電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻管理規(guī)定》要求:“火電機組調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速變動率為4%~5%,出口限幅為8%”。轉(zhuǎn)速變動率是汽輪機控制系統(tǒng)的重要指標,反映了轉(zhuǎn)速和負荷的平衡關系。DCS系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速變動率是可調(diào)的,可通過一次調(diào)頻中的頻差折線函數(shù)來設置不同的轉(zhuǎn)速變動率。

        馬頭發(fā)電公司2臺機組一次調(diào)頻頻差折線函數(shù)f(x)參數(shù)設置見表1。

        表1 一次調(diào)頻頻差折線函數(shù)f(x)參數(shù)

        為了計算轉(zhuǎn)速變動率,查找資料發(fā)現(xiàn)以下3種一次調(diào)頻頻差折線設置方法均符合“兩個細則”的要求。3種頻差折線見圖2。

        圖2 一次調(diào)頻頻差折線

        圖2中折線1出死區(qū)后有一個階躍,折線3是曲線1平移后得出的,動作后負荷百分比偏小,因此馬頭發(fā)電公司選取折線2作為設置計算依據(jù)。根據(jù)折線2反推計算轉(zhuǎn)速變動率:

        則轉(zhuǎn)速變動率δ≈0.056 1=5.61%;

        通過以上分析計算可知:該機組轉(zhuǎn)速變動率約為5.61%,一次調(diào)頻出口限幅為7.231%,與《華北電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻管理規(guī)定》明顯不符。轉(zhuǎn)速變動率設置過高,會導致一次調(diào)頻動作幅度偏小,影響一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)品質(zhì)。通常網(wǎng)頻出現(xiàn)偏差的幅度小、時間短,同時考慮轉(zhuǎn)速測量誤差和調(diào)門特性不線性的影響,可能會造成一次調(diào)頻正確動作率降低。

        3.2 轉(zhuǎn)速測量值偏差較大

        一次調(diào)頻考核統(tǒng)計系統(tǒng)要求“網(wǎng)頻超過0.033 Hz持續(xù)3s以上,并達到0.04Hz且小于0.05Hz時,認為是一次小擾動,只要功率有0.01MW的變化就認為功率有動作?!比∑鋭幼鞯姆较蛘鬯愠赊D(zhuǎn)速:

        0.033Hz×60s=1.98r/min

        0.04Hz×60s=2.4r/min

        0.05Hz×60s=3r/min

        ΔS=(2.4 -1.98)r/min~(3 -1.98)r/min=0.42~1.02r/min

        即轉(zhuǎn)速差值超過1.98r/min,并到達2.4r/min且小于3r/min時,考核系統(tǒng)認為是一次小擾動。但如果汽輪機轉(zhuǎn)速測量誤差超過0.42r/min,且網(wǎng)頻出現(xiàn)小擾動時,一次調(diào)頻可能不動作或提前動作,導致一次調(diào)頻正確動作率和調(diào)節(jié)品質(zhì)下降。

        馬頭發(fā)電公司2臺機組CCS的3路轉(zhuǎn)速信號均采自TSI專用保護模塊AO輸出,通過硬接線接入DCS(和利時),其中1路信號接入20號站(CCS),另外2路接入30號站,然后通過網(wǎng)間傳輸送至20號站?,F(xiàn)場檢查時發(fā)現(xiàn),3路轉(zhuǎn)速間最大偏差高達2r/min,而且2路網(wǎng)間傳輸?shù)霓D(zhuǎn)速值明顯存在滯后現(xiàn)象。而直接接入20號站的轉(zhuǎn)速與RTU送中調(diào)的網(wǎng)頻進行多次人工比對,發(fā)現(xiàn)也存在0.5~0.8r/min的誤差。三取中后轉(zhuǎn)速偏差較大,嚴重影響一次調(diào)頻的正確動作。

        3.3 調(diào)門特性曲線存在死區(qū)

        馬頭發(fā)電公司10號機組閥門特性曲線重疊度存在較大的死區(qū),在升降負荷時CCS指令給出后,CCS指令在72.85%~78.02%時,調(diào)門開度增減,但負荷不發(fā)生變化,直到CCS指令超出78.02%,負荷開始響應。

        同理機組負荷在250MW左右時,當頻差信號大于死區(qū),一次調(diào)頻動作時,雖然調(diào)門動作明顯,但負荷幾乎沒有響應。導致一次調(diào)頻一定的負荷區(qū)間,幾乎失去作用。嚴重影響了一次調(diào)頻的正確動作率。

        3.4 主蒸汽壓力動靜態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)差

        馬頭發(fā)電公司推行配煤摻燒后,雖然發(fā)電成本明顯降低,但是燃煤熱值較設計值明顯偏低,且穩(wěn)定性較差。同時,給粉機投入自動層數(shù)較少,一共5層給粉機,一般實際投入3層,有時甚至為2層。造成主蒸汽壓力自動動態(tài)、靜態(tài)特性較差。機前壓力不穩(wěn)定,時常造成調(diào)門小幅調(diào)整時,機組負荷響應不明顯。機組投入滑壓運行后,低負荷時,由于壓力較低,與額定壓力相比,同樣的閥位指令往往不能轉(zhuǎn)換為相當?shù)呢摵?。這都對一次調(diào)頻效果產(chǎn)生不利影響。

        4 處理措施及效果

        4.1 處理措施

        4.1.1 修改轉(zhuǎn)速變動率

        由3.1節(jié)可知,馬頭發(fā)電公司2臺機組的轉(zhuǎn)速變動率設置為5.61%,出口限幅為7.213%,不符合“火電機組調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速變動率為4%~5%,出口限幅為8%”的規(guī)定。經(jīng)過討論分析,認為應將出口限幅應根據(jù)規(guī)定修改為8%??紤]到轉(zhuǎn)速變動率越小,網(wǎng)頻變化時,負荷動作值越大,可能造成一次調(diào)頻誤動作。轉(zhuǎn)速變動率的取值暫時確定為5%,如果仍然不能滿足“兩個細則”要求,則考慮將其逐步降低。死區(qū)仍設置為±2r/min。

        根據(jù)圖2反推計算頻差幅值:

        反推頻差幅值x=13.84r/min。

        根據(jù)此頻差幅值設置折線函數(shù)f(x)參數(shù),見表2。

        表2 一次調(diào)頻頻差折線函數(shù)f(x)參數(shù)表

        4.1.2 修正汽輪機轉(zhuǎn)速

        一次調(diào)頻考核系統(tǒng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要以RTU中送出的網(wǎng)頻和實際負荷信號為準,因此可以采用人工比對的方法,根據(jù)考核系統(tǒng)采集的網(wǎng)頻信號對3路轉(zhuǎn)速信號進行修正。

        考慮到有2路轉(zhuǎn)速信號為網(wǎng)絡傳輸點,存在滯后現(xiàn)象,因此將其作為備選信號。直接接入20號站的轉(zhuǎn)速信號單獨作為常用信號,接入到一次調(diào)頻頻差折線函數(shù)f(x)中,計算一次調(diào)頻動作的流量指令信號。將轉(zhuǎn)速1設為常用信號,當轉(zhuǎn)速1質(zhì)量壞時,切換至轉(zhuǎn)速2,依此類推,汽輪機轉(zhuǎn)速三選原理見圖5。

        修正后,轉(zhuǎn)速1與網(wǎng)頻變化趨勢基本吻合,作為一次調(diào)頻頻差的主要判斷信號。當其出現(xiàn)故障時,則臨時切換至另外2路網(wǎng)絡傳輸點。

        4.1.3 整定汽輪機調(diào)門特性曲線

        圖3 汽輪機轉(zhuǎn)速三選原理

        調(diào)門特性曲線不合適的問題可以通過重新整定閥門特性曲線來解決,但重新整定需要有汽輪機廠家專業(yè)人員參與,并通過現(xiàn)場試驗確定,同時還需要考慮汽輪機熱效率等因素,因此閥門特性曲線的重新整定是比較復雜且較難確定的。因此可以就3.3節(jié)中死區(qū)這部分的特性曲線進行小幅整定,以達到盡可能減少調(diào)門特性曲線對一次調(diào)頻不利影響的目的。查詢組態(tài),機組調(diào)門流量特性曲線見圖4。

        圖4 機組調(diào)門流量特性曲線

        從特性曲線來看,流量指令在73.07%~78.02%,剛好處于CV1、CV2越過拐點進入小流量區(qū),而CV3調(diào)門預啟閥開度設定小造成流量線性度差。因此考慮將CV3、CV4的特性曲線整體平移,跨過不好的線性區(qū)域,即CCS協(xié)調(diào)指令73.07%對應CV3的開度為13.441%(通過大量的歷史曲線佐證,CV3實際預啟開度約為13.441%),且CV4的特性曲線隨CV3的特性曲線做出相應的調(diào)整。重新計算后調(diào)門流量特性曲線見圖5。

        圖5 機組調(diào)門流量特性曲線

        在機組運行期間,切換“單閥控制”后,對機組調(diào)門流量特性曲線進行了上述優(yōu)化。

        4.1.4 整定主蒸汽壓力自動調(diào)節(jié)參數(shù)

        主蒸汽壓力動靜態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)差的問題,可以通過優(yōu)化控制策略,整定自動調(diào)節(jié)參數(shù)來解決。首先要求運行人員投入主壓力控制后,必須長期保持4層給粉機投入自動,讓更多的給粉機參與到主蒸汽壓力控制。在此基礎上,對每層給粉機設定了不同的轉(zhuǎn)速上下限,并依照“寶塔”型燃燒火焰,自動給4層給粉機分配燃燒指令。緩解燃煤熱值降低后,灰量增大對過熱器、再熱器受熱面磨損加劇的問題。另外還采用小幅縮減滑壓曲線范圍的方法,提高了低負荷時,主蒸汽壓力的設定值,減小了機組滑壓運行對一次調(diào)頻的影響??刂七壿嬓薷暮?,連續(xù)在線整定主蒸汽壓力自動調(diào)節(jié)參數(shù),確保機組主蒸汽壓力的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

        4.2 效果

        馬頭發(fā)電公司2臺機組一次調(diào)頻優(yōu)化后,一次調(diào)頻正確動作率均達到95%以上,滿足了“兩個細則”的要求。

        5 結(jié)束語

        轉(zhuǎn)速不等率、汽輪機轉(zhuǎn)速測量值偏差、汽輪機調(diào)門特性曲線和主蒸汽壓力動靜態(tài)特性都會對一次調(diào)頻動作正確率產(chǎn)生影響,當機組一次調(diào)頻正確動作率偏低,不符合電網(wǎng)“兩個細則”的要求時,可通過修改轉(zhuǎn)速變動率、修正汽輪機轉(zhuǎn)速信號和整定調(diào)門特性曲線等優(yōu)化措施,提高機組的一次調(diào)頻的正確動作率。影響一次調(diào)頻動作的因素很多,對一次調(diào)頻的優(yōu)化是一個長期動態(tài)的過程,要不斷的跟蹤分析,并逐步掌握和運用各種不同優(yōu)化策略,才能達到理想的效果,提高公司的經(jīng)濟效益,維護電網(wǎng)穩(wěn)定。

        [1] 華北電監(jiān)市場[2008]16號,華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理實施細則(試行)[S].

        [2] 華北電監(jiān)市場[2008]16號,華北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細則(試行)[S].

        [3] 華北電集調(diào)[2003]14號,華北電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻管理規(guī)定[S].

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