徐曉輝　陳　梁　上海上電漕涇發(fā)電有限公司

凝結(jié)水調(diào)節(jié)參與負(fù)荷調(diào)節(jié)的1 000 MW機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

徐曉輝陳梁上海上電漕涇發(fā)電有限公司

上海上電漕涇發(fā)電有限公司2×1 000 MW超超臨界機組目前采用一種新型節(jié)能的協(xié)調(diào)控制方式，調(diào)整壓力設(shè)定值使得汽機高壓調(diào)門全開，并通過凝結(jié)水調(diào)節(jié)參與負(fù)荷調(diào)節(jié)和優(yōu)化鍋爐燃燒率控制來加快負(fù)荷響應(yīng)，同時應(yīng)用汽機調(diào)門閥限調(diào)節(jié)技術(shù)實現(xiàn)一次調(diào)頻功能。從而在基本滿足電網(wǎng)AGC變負(fù)荷和一次調(diào)頻功能要求的前提下，實現(xiàn)汽機高壓調(diào)門全開的新型協(xié)調(diào)控制方式。

協(xié)調(diào)控制、凝結(jié)水調(diào)節(jié)、一次調(diào)頻、高壓調(diào)門全開

上海上電漕涇發(fā)電有限公司2×1 000 MW超超臨界火力發(fā)電機組，鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的SG-2956/27.46-M534超超臨界直流鍋爐，單爐膛塔式布置、一次中間再熱、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)；汽輪機為上海汽輪機有限公司生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機，額定功率1 000 MW，為了提高機組經(jīng)濟性，實現(xiàn)節(jié)能減排，采用了汽機高壓調(diào)門全開的協(xié)調(diào)控制方式，，這種協(xié)調(diào)控制方式不同于常規(guī)意義上的CTF，調(diào)門全開后實際上不再直接控制主汽壓，僅是限制壓力過低，若主汽壓過低，則汽機調(diào)門仍會關(guān)小維持汽壓。由于汽機高壓調(diào)門全開不參與負(fù)荷調(diào)節(jié)，會對負(fù)荷控制帶來一定影響。采用凝結(jié)水參與負(fù)荷調(diào)節(jié)的技術(shù)，并優(yōu)化鍋爐燃燒率控制，來消除這種影響，從而滿足電網(wǎng)對機組AGC變負(fù)荷的性能要求。

1　汽機調(diào)門全開CTF協(xié)調(diào)方式的實現(xiàn)

1.1負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方式的改變

機組自調(diào)試期間以及投產(chǎn)初期負(fù)荷協(xié)調(diào)控制采取CBF的方式，即汽機接受DCS送來的負(fù)荷指令，控制機組負(fù)荷和指令之間的偏差，并適當(dāng)兼顧主汽壓設(shè)定值和實際汽壓之間的偏差；鍋爐主控BM以機組負(fù)荷指令作為前饋，并調(diào)節(jié)主汽壓偏差。采取這種方式，負(fù)荷響應(yīng)較好，但也存在主汽壓波動大、汽機調(diào)門有較大調(diào)節(jié)損失等缺點。有時主汽壓過高會導(dǎo)致高旁溢流開啟，對高旁設(shè)備帶來一定沖擊，也影響機組安全運行。為了提高機組經(jīng)濟性，實現(xiàn)節(jié)能減排，采用汽機調(diào)門全開的CTF協(xié)調(diào)控制方式，鍋爐主控仍以機組負(fù)荷指令作為前饋，但不再調(diào)節(jié)主汽壓偏差，而是調(diào)節(jié)負(fù)荷指令和實際負(fù)荷之間的偏差；汽機接受DCS送來的主汽壓設(shè)定值，控制實際主蒸汽壓力和設(shè)定值之間的偏差。通過適當(dāng)降低主汽壓設(shè)定值，使得汽機調(diào)門慢慢開啟并維持全開狀態(tài)。此時雖然汽機處于控壓狀態(tài)，但由于調(diào)門全開后實際上不再控制主汽壓，主汽壓處于“自由”波動狀態(tài)。當(dāng)然，如果主汽壓過低，則汽機調(diào)門仍會關(guān)小維持汽壓。

1.2過載補汽閥和高壓調(diào)門閥限的自動處理

由于該汽輪機配有過載補汽閥，如果補汽閥開啟，新蒸汽經(jīng)過補汽閥降壓后從高壓缸中間某級進(jìn)入汽缸做功，調(diào)節(jié)損失很大，非常不經(jīng)濟。為此，對補汽閥的開度限制進(jìn)行處理，平時閥門高限置為-2%，這樣即使汽機主控輸出的閥門指令為100%，經(jīng)過閥門高限后實際有效的指令仍為0%，故補汽閥不會開啟。而高壓調(diào)門的閥限平時置為102%，則高壓調(diào)門接受汽機主控的輸出指令保持全開。當(dāng)然，在汽機超壓或者一次調(diào)頻要求加負(fù)荷時，補汽閥的閥限或適當(dāng)放開，從而開大補汽閥；在一次調(diào)頻要求減負(fù)荷時，高壓調(diào)門的閥限會適當(dāng)下降，從而關(guān)小高壓調(diào)門補汽閥的閥限或適當(dāng)某些情況下（如一次調(diào)頻動作時），補汽閥或者高壓調(diào)門的閥限會有所改變。通過這樣的調(diào)門閥限自動處理后，實現(xiàn)了調(diào)門全開而補汽閥全關(guān)，使汽輪機保持在最經(jīng)濟的閥門狀態(tài)下運行，提高機組經(jīng)濟性。

1.3高壓調(diào)門全開的經(jīng)濟性得益分析

汽機高壓調(diào)門全開后的經(jīng)濟性得益主要有以下幾個方面：一是調(diào)門全開后，閥門調(diào)節(jié)損失降低，高壓缸效率上升，使得汽輪機熱耗率下降；由于調(diào)門全開后，主蒸汽壓力下降，使得循環(huán)熱效率下降，兩者相抵扣，機組的經(jīng)濟性仍會有提高。二是由于主蒸汽壓力降低，使得給水泵的耗功下降，驅(qū)動給水泵的蒸汽量下降，帶來相應(yīng)的經(jīng)濟性。三是由于調(diào)門全開后，在同樣的主蒸汽溫度下，調(diào)門后的溫度會上升，使得高壓缸排汽溫度上升，熱再溫度也會有所上升，對于原先熱再溫度偏低的機組其經(jīng)濟性得益不容忽視。

1.4高壓調(diào)門全開對負(fù)荷控制的影響

由于汽機高壓調(diào)門全開不參與負(fù)荷調(diào)節(jié)，故對負(fù)荷控制會帶來一定影響，但這種影響主要是在變負(fù)荷初期，或者是負(fù)荷頻繁小幅波動時，在變負(fù)荷中后期或者大幅度變負(fù)荷時，只要鍋爐控制得當(dāng)，給水、燃煤快速響應(yīng)，實際負(fù)荷一般能跟隨負(fù)荷指令變化而變化。為了提高調(diào)門全開后變負(fù)荷初期的負(fù)荷響應(yīng)能力，通過改變凝結(jié)水流量來參與負(fù)荷調(diào)節(jié)，加快變負(fù)荷初期的負(fù)荷響應(yīng)速度，縮短負(fù)荷響應(yīng)延遲，彌補鍋爐熱慣性大、純延遲長的缺點。

2　凝結(jié)水參與負(fù)荷調(diào)節(jié)的原理及功能實現(xiàn)

2.1凝結(jié)水參與負(fù)荷調(diào)節(jié)的技術(shù)原理

凝結(jié)水參與負(fù)荷調(diào)節(jié)是指快速改變凝結(jié)水流量，從而自發(fā)地改變低加抽汽量，使得進(jìn)入汽輪機低壓缸做功的蒸汽量發(fā)生變化，引起機組負(fù)荷變化，實現(xiàn)凝結(jié)水參與負(fù)荷調(diào)節(jié)的功能。凝水調(diào)門變化量，會導(dǎo)致不同的凝水流量變化量，而決定負(fù)荷變化量的主要因素是凝水流量的變化量和機組當(dāng)前負(fù)荷，且分別和兩者成正相關(guān)關(guān)系，即當(dāng)機組負(fù)荷相同時，凝水流量的變化幅度越大，引起的負(fù)荷變化量越大；當(dāng)凝水流量變化幅度相同時，機組負(fù)荷越高，引起的負(fù)荷變化量越大。機組負(fù)荷對凝結(jié)水流量變化的響應(yīng)延遲較短，且呈現(xiàn)“先快后慢”的特點，這和凝結(jié)水流量改變導(dǎo)致抽汽流量改變的熱力特性有關(guān)。

根據(jù)汽輪機制造廠提供的熱平衡參數(shù)，對低加回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行計算，可以得出在額定負(fù)荷下5號～8號低加抽汽全部切除時機組負(fù)荷的理論增加量。當(dāng)然實際應(yīng)用時，由于凝結(jié)水流量的改變受到一定限制，低加抽汽量不會全部切除，故機組負(fù)荷的變化不會達(dá)到理論計算值，一般最大能實現(xiàn)20～30 MW的變化量。

2.2凝結(jié)水協(xié)調(diào)控制優(yōu)化的實現(xiàn)方法

實現(xiàn)凝結(jié)水參與負(fù)荷調(diào)節(jié)的關(guān)鍵是如何在保證機組安全并經(jīng)濟運行的前提下，讓原先控制凝汽器水位的凝水調(diào)門去響應(yīng)機組負(fù)荷指令的變化，為此需要對凝結(jié)水系統(tǒng)的控制進(jìn)行整體優(yōu)化，包括凝泵工頻變頻方式的判斷、凝水調(diào)門控制、凝泵備用泵自啟動、凝汽器補水和低加水位控制等。

（1）凝泵工頻、變頻方式判斷和切換

漕涇電廠的凝結(jié)水系統(tǒng)配置3臺50%容量的凝結(jié)水泵，高負(fù)荷二運一備，低負(fù)荷一運二備。進(jìn)行凝泵變頻改造后，新增2臺變頻器，一臺變頻器一拖一，另一臺變頻器一拖二，凝泵變頻改造后，低負(fù)荷下可以降低凝泵變頻，不再停運一臺凝泵，日常運行時采用二臺凝泵變頻運行，一臺凝泵工頻備用的方式。

（2）凝泵變頻方式下的凝汽器水位控制及凝結(jié)水節(jié)流調(diào)負(fù)荷功能實現(xiàn)

凝結(jié)水調(diào)門原先只控制凝汽器水位，有凝水主調(diào)門和副調(diào)門，副調(diào)門只在機組啟動和低負(fù)荷下使用，在機組AGC負(fù)荷范圍內(nèi)只是凝水主調(diào)門參與調(diào)節(jié)，而凝水副調(diào)門關(guān)閉。當(dāng)凝汽器水位和除氧器水位在正常范圍內(nèi)變化時，凝水調(diào)門響應(yīng)負(fù)荷指令的變化，即需要加負(fù)荷時，凝水調(diào)門先關(guān)小，凝水流量下降，從而增加機組負(fù)荷，當(dāng)滿足一定條件后，凝水調(diào)門逐漸恢復(fù)至控制水位狀態(tài)；需要減負(fù)荷時，凝水調(diào)門先開大，凝水流量上升，抽汽量增加，從而減少機組負(fù)荷，當(dāng)滿足一定條件后，凝水調(diào)門逐漸恢復(fù)至控制水位狀態(tài)。當(dāng)然，如果發(fā)生凝汽器水位或者除氧器水位越限，則凝水調(diào)門閉鎖負(fù)荷調(diào)節(jié)功能，只控制凝汽器水位，確保凝汽器、除氧器水位不失控和機組安全運行。

凝泵進(jìn)行變頻改造后，按照常規(guī)方式可采用變頻控制水位，凝結(jié)水調(diào)門全開（只要凝結(jié)水壓力不過低）的方法，這樣能充分利用凝泵變頻帶來的經(jīng)濟性得益。但考慮到要實現(xiàn)凝結(jié)水節(jié)流參與負(fù)荷調(diào)節(jié)，而凝泵變頻轉(zhuǎn)速不能頻繁快速來回變化，故仍需要凝結(jié)水調(diào)門節(jié)流運行，從而會部分犧牲凝泵變頻運行的經(jīng)濟性得益。另一方面，在凝泵變頻方式下，改變凝結(jié)水調(diào)門而引起的凝結(jié)水流量變化幅度會減小，從而也會影響凝結(jié)水節(jié)流參與負(fù)荷調(diào)節(jié)的效果，對AGC變負(fù)荷速率帶來一定的影響。為此需要進(jìn)行一系列的試驗研究和控制優(yōu)化，以盡可能的利用凝泵變頻的節(jié)能效果，降低廠用電率；同時降低變頻對凝結(jié)水節(jié)流變負(fù)荷性能的影響，滿足電網(wǎng)AGC變負(fù)荷速率要求。

采用的控制方式為：凝泵變頻指令為負(fù)荷的函數(shù)，用凝結(jié)水調(diào)門控制凝汽器水位，留有一定的節(jié)流余量，以實現(xiàn)加減負(fù)荷時凝結(jié)水流量的快速改變。在凝水調(diào)頻退出時，凝泵變頻可切換至更低的函數(shù)，甚至使得凝結(jié)水調(diào)門接近全開（保證一定的凝結(jié)水系統(tǒng)壓力的前提下）。

（3）凝泵的備用方式

日常運行時采用2臺凝泵變頻運行，一臺凝泵工頻備用的方式。如采取A泵、C泵運行，B泵備用的方式。凝泵聯(lián)啟條件為。

1）任一運行凝泵停運；

2）凝結(jié)水壓力低于1.3 MPa（工頻時定值為2.5 MPa）；

隨時抹掉核桃砧木上萌發(fā)的全部芽眼，以集中養(yǎng)分供給接芽萌發(fā)和新梢生長。當(dāng)新梢長到30 cm以上時，及時摘心，促發(fā)二次枝，適時解除接口包扎物。

3）兩泵運行且流量高于2 500 t/h。

如果發(fā)生以上條件，則聯(lián)鎖工頻啟動備用凝泵，同時另一臺變頻凝泵快速提高變頻轉(zhuǎn)速至50 Hz，實現(xiàn)2臺凝泵并列運行。另外，凝結(jié)水主調(diào)門也快速回到凝泵工頻運行時的位置（對應(yīng)當(dāng)時的機組負(fù)荷），之后自動進(jìn)行凝汽器水位調(diào)節(jié)。

（4）凝汽器補水控制的優(yōu)化

凝汽器補水原先的控制策略是根據(jù)除氧器水位的變化來控制補水調(diào)門的開度，當(dāng)除氧器水位低于一定值時凝汽器常補會開啟，再低時凝汽器危補也會開啟。這種策略在凝汽器和除氧器水位的變化相對平穩(wěn)時是可行的，此時除氧器的水位變化可以表征凝水系統(tǒng)的工質(zhì)多寡。但采用凝結(jié)水參與負(fù)荷調(diào)節(jié)后，凝汽器和除氧器的水位會頻繁大幅波動，只考慮除氧器水位來控制系統(tǒng)補水已不再適宜，而應(yīng)根據(jù)凝水系統(tǒng)總的儲水量變化來控制補水，即綜合考慮除氧器和凝汽器的水位變化，根據(jù)兩者當(dāng)量水位的變化來控制補水調(diào)門的開度，當(dāng)凝水系統(tǒng)的工質(zhì)確實減少時才需要補水，否則會造成凝水系統(tǒng)失衡，影響機組安全運行。

（5）低加水位控制的優(yōu)化

未采用凝結(jié)水調(diào)節(jié)負(fù)荷時，凝結(jié)水流量一般不會快速急劇變化，低加水位的波動也在正常范圍內(nèi)。但當(dāng)使用凝結(jié)水調(diào)節(jié)負(fù)荷后，凝結(jié)水流量則會經(jīng)常大幅快速變化，原先的低加水位控制會暴露出問題：當(dāng)凝水流量快速增加時，低加抽汽量相應(yīng)增加，低加水位升高，如低加常疏控制不當(dāng)會導(dǎo)致危疏開啟，影響回?zé)嵯到y(tǒng)效率；當(dāng)凝水流量快速減少時，低加抽汽量相應(yīng)減少，低加水位下降，如低加常疏控制不當(dāng)會導(dǎo)致低加水位過低，觸發(fā)低加保護，關(guān)閉抽汽電動門，影響機組正常運行。故需對低加常疏、危疏的控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，對低加的保護、控制定值進(jìn)行梳理和調(diào)整，以實現(xiàn)低加水位在凝水流量大幅波動時的平穩(wěn)控制，避免危疏開啟和保護動作。

2.3凝結(jié)水參與負(fù)荷調(diào)節(jié)后的參數(shù)變化

凝結(jié)水協(xié)調(diào)控制功能投用后，負(fù)荷指令的變化會引起凝水調(diào)門的開度改變，特別在AGC方式下凝水調(diào)門將會頻繁變動，這樣凝結(jié)水母管壓力、熱井水位、除氧器水位都會有較大幅度的變動。為了確保機組的安全正常運行，對這些參數(shù)都設(shè)置了一定的變化區(qū)間，并完善參與越限報警功能。

（1）凝結(jié)水母管壓力

凝泵變頻運行后凝結(jié)水母管壓力有所降低，在低負(fù)荷下會遇到凝結(jié)水壓力不足，造成給水泵密封水回水溫度升高。在500 MW工況時，凝泵變頻36 Hz，當(dāng)調(diào)門開大到70%時（正常運行約在46%），凝結(jié)水壓力到1.7 MPa，給水泵密封水有一側(cè)回水溫度升高到60 ℃。根據(jù)這一情況，目前可以設(shè)置1.8 MPa為報警定值，當(dāng)?shù)陀?.8 MPa時閉鎖凝泵變頻轉(zhuǎn)速降低，閉鎖凝結(jié)水主調(diào)門開啟（水位正常時），當(dāng)凝結(jié)水壓力低于1.3 MP，聯(lián)鎖啟動備用凝泵。

另外，增加給水泵密封水回水溫度高報警，定值暫定為65 ℃。

（2） 除氧器水位

除氧器水位的變化區(qū)間為-450～750 mm。超過該范圍，邏輯自動閉鎖凝水協(xié)調(diào)控制，凝水調(diào)門恢復(fù)水位控制。（除氧器正常水位設(shè)置為150 mm，水位高于850 mm溢流調(diào)門開啟，水位低于-1 360 mm延時30 s跳給水泵）。投用凝結(jié)水協(xié)調(diào)控制后，除氧器水位有可能會短時間越過該范圍，但一般能恢復(fù)，此時需請運行人員加強加注意。

（3）凝汽器水位

凝汽器水位的變化區(qū)間為300～1 100 mm。超過該范圍，邏輯自動閉鎖凝水協(xié)調(diào)控制，凝水調(diào)門恢復(fù)水位控制。（凝汽器正常水位設(shè)置為700 mm，水位高于1 400 mm跳凝結(jié)水輸送泵，水位低于100 mm延時30 s跳凝泵）。投用凝結(jié)水協(xié)調(diào)控制后，凝汽器水位有可能會短時間越過該范圍，但一般能恢復(fù)，此時需請運行人員加強注意。

另外，當(dāng)凝汽器水位< 300 mm 或 除氧器水位>1 050 mm，會強關(guān)凝水調(diào)門。待水位恢復(fù)后，調(diào)門又會自動調(diào)節(jié)開出。

3　鍋爐燃燒率控制優(yōu)化

凝結(jié)水調(diào)負(fù)荷主要作用是提高變負(fù)荷初期的負(fù)荷響應(yīng)，能夠改善由于鍋爐側(cè)的滯后而產(chǎn)生的負(fù)荷響應(yīng)延時，但機組最終的負(fù)荷響應(yīng)仍然取決于鍋爐燃燒率的變化，為此需要對鍋爐燃燒率控制進(jìn)行優(yōu)化，以提高負(fù)荷響應(yīng)能力。

優(yōu)化的內(nèi)容主要有：合理調(diào)整鍋爐煤水基準(zhǔn)函數(shù)，以基本實現(xiàn)變負(fù)荷時給水和煤量根據(jù)負(fù)荷指令“一步到位”，盡量減少后期的修正量；縮短給水變化慣性時間，加快給水變化速度，在分離器出口溫度波動幅度和負(fù)荷變化速度兩者之間尋找平衡點；在變負(fù)荷過程中增加給水焓值控制死區(qū)，以免給水只控制分離器焓值而影響了變負(fù)荷速度，并對死區(qū)的設(shè)置進(jìn)行了智能化處理；在正常的鍋爐給水、煤量指令上再增加智能化的超調(diào)指令，超調(diào)量的大小和多種因素有關(guān)，超調(diào)復(fù)位不是簡單根據(jù)負(fù)荷指令是否變化結(jié)束，而是綜合考慮鍋爐的蓄熱變化情況。

4　一次調(diào)頻功能實現(xiàn)

在原先CBF協(xié)調(diào)方式下，汽輪機處于限壓模式，即負(fù)荷控制方式，具備一次調(diào)頻投入能力。但投用新的協(xié)調(diào)方式后，汽輪機的控制方式也相應(yīng)變?yōu)槌鯄耗Ｊ?，即壓力控制方式，此時汽機DEH側(cè)原有的一次調(diào)頻回路已不起作用，故結(jié)合凝結(jié)水調(diào)負(fù)荷技術(shù)和汽機調(diào)門閥限的調(diào)節(jié)技術(shù)，以及優(yōu)化機組DCS側(cè)控制邏輯來開發(fā)新的一次調(diào)頻功能。

5　結(jié)語

采用汽機高壓調(diào)門全開的CTF協(xié)調(diào)方式，并利用凝結(jié)水協(xié)調(diào)控制技術(shù)來加快變負(fù)荷初期的響應(yīng)速度，能在基本不影響AGC變負(fù)荷要求的前提下提高機組經(jīng)濟性，實現(xiàn)節(jié)能減排。結(jié)合凝結(jié)水協(xié)調(diào)控制技術(shù)和汽機調(diào)門開度限制自動處理技術(shù)，來實現(xiàn)CTF方式下的一次調(diào)頻功能。

1 000 MW Unit Coordinated Control System of Condensation Water Adjustment with Load Adjustment

Xu Xiaohui, Chen Liang
Shanghai Shanghai Electric Power Caohejing Power Generation Co.,Ltd

Shanghai Shanghai electric power caohejing power generation co.,ltd 2×1 000 MW ultra super critical unit apply one kind of new type energy saving coordinated control method, which adjusts pressure set point to open steam turbine high pressure governing valve and optimizes boiler burning rate control to speed up load response through condensation water adjustment with load adjustment, meanwhile it applies steam turbine governing valve limit adjustment technology to achieve primary frequency regulation function. Under the premise of satisfy state grid AGC changing load and primary frequency regulation requirement, it realizes new type coordinated control method for steam turbine high pressure governing valve full open.

Coordinated Control, Condensation Water Adjustment, Primary Frequency Regulation, High Pressure Governing Valve Full Open

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2015.12.009