白奕

(福建華電可門發(fā)電有限公司，福州 350001)

600 MW超臨界機組一次調(diào)頻不合格原因分析及邏輯優(yōu)化

白奕

(福建華電可門發(fā)電有限公司，福州 350001)

以福建華電可門發(fā)電有限公司#4機組在“9.19”事件中出現(xiàn)的一次調(diào)頻動作不合格現(xiàn)象為背景，闡述了600 MW超臨界火力發(fā)電機組一次調(diào)頻指令的形成原理。針對該機組一次調(diào)頻動作量不合格的問題，結(jié)合實際分析了原因，并提出了邏輯優(yōu)化方案。

600 MW；超臨界；一次調(diào)頻；邏輯優(yōu)化

0 引言

福建華電可門發(fā)電有限公司(以下簡稱可門公司)#4機組為600 MW超臨界火力發(fā)電機組。鍋爐采用上海鍋爐廠制造的超臨界、四角切圓燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛、變壓運行、全燃煤或煤油混燒、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)的直流鍋爐。汽輪機(以下簡稱汽機)系上海汽輪機有限責任公司制造的N600-24.2/566/566型600 MW超臨界、中間再熱、雙缸雙排汽、單軸、凝汽式汽輪發(fā)電機組[1]。分散控制系統(tǒng)(DCS)采用上海艾默生(Emerson)過程控制有限公司生產(chǎn)制造的Ovation系統(tǒng)來實現(xiàn)對機組的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測和自動控制[2]。

1 概況

2015-09-19 T 21：58，錦屏-蘇南±800 kV特高壓直流輸電線路(以下簡稱錦蘇直流)發(fā)生雙極閉鎖故障，系統(tǒng)功率損失4900 MW，華東電網(wǎng)最低頻率跌至49.563 Hz。錦蘇直流故障前后系統(tǒng)頻率如圖1所示。

圖1 錦蘇直流故障前后系統(tǒng)頻率

在本次的系統(tǒng)頻率擾動后，福建省電力調(diào)度控制中心針對省內(nèi)一次調(diào)頻機組動作性能情況進行了通報：可門公司#4機組初值出力304.2 MW，一次調(diào)頻效果為0.473[2]，列為不合格機組。

2 一次調(diào)頻指令生成回路

可門公司#4機組一次調(diào)頻指令主要由協(xié)調(diào)側(cè)(CCS)的單元主控指令和汽機側(cè)的數(shù)字電液調(diào)節(jié)指令(DEH)2部分組成，2部分指令互相獨立并采用相加的方式，最終通過汽機調(diào)門開度來達到調(diào)頻的目的，一次調(diào)頻功能原理圖如圖2所示。

汽機側(cè)控制回路采取將轉(zhuǎn)速差(頻差)信號經(jīng)轉(zhuǎn)速不等率函數(shù)(頻差函數(shù))、修正補償函數(shù)后直接疊加在汽輪機調(diào)速器閥位的綜合開度指令處。

協(xié)調(diào)側(cè)控制回路是由協(xié)調(diào)側(cè)與汽機側(cè)共同完成一次調(diào)頻功能，即協(xié)調(diào)側(cè)通過單元主控總指令加上經(jīng)頻差函數(shù)修正后的頻差，根據(jù)轉(zhuǎn)速不等率設(shè)計指標進行調(diào)頻功率定值補償，作為協(xié)調(diào)側(cè)總輸出指令，再加上汽機側(cè)控制回路生成的指令。

3 一次調(diào)頻不合格原因分析

結(jié)合一次調(diào)頻指令生成回路，我們對#4機組在“9.19”一次調(diào)頻時不合格原因進行了分析，現(xiàn)場數(shù)據(jù)如下：21:58:00，電網(wǎng)頻率開始下降時，汽機流量指令為77.84，主蒸汽壓力為16.41 MPa,負荷310.6 MW,一次調(diào)頻動作；21:58:03，汽機流量指令升高至90.32，主蒸汽壓力為16.41 MPa，負荷325.7 MW；21:58:04—21:59:00，汽機流量指令保持在90.32附近，主蒸汽壓力從16.41 MPa不斷下降,負荷還是一直維持在330.1 MW左右，隨著主蒸汽壓力的降低而降低，但降低幅度較??；由于主蒸汽壓力較高，機組蓄熱較為充足，調(diào)節(jié)閥動作裕度較大，所以一次調(diào)頻動作后響應(yīng)較為理想，一次調(diào)頻響應(yīng)指標達到0.473，接近合格值0.600，但由于機組處于DEH開環(huán)模式，未處于CCS模式，不能繼續(xù)開大調(diào)節(jié)閥。

圖2 一次調(diào)頻功能原理

綜上所述，#4機組一次調(diào)頻動作不合格的原因如下：機組未處于CCS方式無法進行功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，導致汽機流量指令無法繼續(xù)開大；機組一次調(diào)頻時，DEH側(cè)前饋應(yīng)有主汽壓修正回路，主汽壓越低，前饋應(yīng)越大；機組滑壓運行，當汽機調(diào)門開度過大時，負荷快速向上的調(diào)節(jié)裕量不足；直流閉鎖前2 min時，機組一次調(diào)頻動作，消耗了機組部分蓄熱，使得直流閉鎖時，一次調(diào)頻能力減弱；機組負荷率低時，主汽壓力低，一次調(diào)頻響應(yīng)能力減弱。

4 一次調(diào)頻邏輯優(yōu)化及靜態(tài)試驗

針對機組一次調(diào)頻不合格的原因進行邏輯方面的優(yōu)化，以解決一次調(diào)頻動作時負荷變化幅度不滿足要求、穩(wěn)定時間較長等問題。主要對控制邏輯進行以下幾項優(yōu)化：壓力拉回回路(汽機主控處)修改為電網(wǎng)頻率偏離額定頻率0.05 Hz(轉(zhuǎn)速偏離3 r/min)以上，閉鎖汽機主控功率設(shè)定值的壓力拉回回路，邏輯回路如圖3所示；機組在汽機跟隨模式(TF，鍋爐主控投手動，汽機主控投自動)下增加一次調(diào)頻動作且電網(wǎng)頻率偏離額定頻率0.05 Hz(轉(zhuǎn)速偏離3 r/min)以上時，汽機主控調(diào)節(jié)方向若與一次調(diào)頻動作方向相反，則閉鎖汽機主控輸出，邏輯回路如圖4所示；DEH前饋系數(shù)針對不同模式、不同負荷、不同壓力段進行區(qū)分，修改DEH側(cè)開環(huán)模式(包括功率控制與流量控制)、閉環(huán)模式各情況下不同壓力對應(yīng)的一次調(diào)頻修正系數(shù)，邏輯回路如圖5所示。當機組一次調(diào)頻與自動發(fā)電控制(AGC)或CCS變負荷方向相反時，發(fā)電機組優(yōu)先執(zhí)行一次調(diào)頻的變負荷任務(wù)；當電網(wǎng)頻率低于額定頻率0.05 Hz或轉(zhuǎn)速小于2 997 r/min時，應(yīng)閉鎖AGC或CCS減負荷的指令；當電網(wǎng)頻率高于額定頻率0.05 Hz或轉(zhuǎn)速大于3 003 r/min時，應(yīng)閉鎖AGC或CCS加負荷的指令，AGC或CCS反向調(diào)節(jié)閉鎖邏輯回路如圖6所示；為保持機組負荷在穩(wěn)定燃燒的區(qū)間，避免因一次調(diào)頻幅度過大造成的機組安全隱患，增加一次調(diào)頻上下變化幅度的限制，邏輯回路如圖7所示；為防止一次調(diào)頻動作，鍋爐主蒸汽壓力過高，造成鍋爐安全閥動作，帶來的壓力容器安全隱患，特增加主蒸汽壓力與壓力控制閥(PCV)動作值偏差不足0.7 MPa時汽機主控閉鎖功能，邏輯回路如圖8所示。

圖3 壓力拉回回路輸出閉鎖邏輯

圖4 TF方式汽機主控輸出閉鎖邏輯

圖6 AGC或CCS反向調(diào)節(jié)閉鎖邏輯

圖5 不同模式下DEH前饋系數(shù)修正邏輯

圖7 一次調(diào)頻限幅邏輯

5 動態(tài)試驗

#4機組額定負荷(Pe)為600 MW。通過靜態(tài)試驗確認一次調(diào)頻設(shè)計滿足相關(guān)規(guī)定后，需進行一次調(diào)頻動態(tài)試驗，以驗證以下動態(tài)技術(shù)指標是否滿足要求：動態(tài)指標機組參與一次調(diào)頻的響應(yīng)滯后時間應(yīng)小于3 s；機組參與一次調(diào)頻的穩(wěn)定時間應(yīng)小于1 min；機組一次調(diào)頻負荷響應(yīng)速度，在燃煤機組達到75%目標負荷的時間應(yīng)不大于15 s，達到90%目標負荷的時間應(yīng)不大于30 s；機組參與一次調(diào)頻的總負荷輸出值下限限制幅度應(yīng)大于機組穩(wěn)定燃燒的負荷即300 MW，上限限制幅度應(yīng)不大于6%Pe。

2016年4月6日，可門公司聯(lián)合福建省電力試驗研究院進行了#4機組一次調(diào)頻動態(tài)性能試驗。汽機調(diào)門以“順序閥”形式運行在純凝工況下，在360，450，540 MW 3個負荷段，分別以DEH及CCS方式，進行正負方向4，6，9 r/min轉(zhuǎn)速階躍變化。出于機組的安全考慮，360 MW負荷段只做了正負方向4，6 r/min轉(zhuǎn)速階躍變化。

圖8 壓力過高時汽機主控閉鎖邏輯

當電網(wǎng)頻率階躍(對應(yīng)汽機轉(zhuǎn)速變化4，6，9 r/min)時，在4%轉(zhuǎn)速不等率設(shè)置下，機組參與一次調(diào)頻負荷變化量應(yīng)分別為10.0，20.0，36.0 MW。結(jié)合實際工況及調(diào)度安排，在純凝工況下進行機組運行在360，450，540 MW時相應(yīng)的一次調(diào)頻動態(tài)試驗。純凝工況不同負荷點、不同頻率變化下機組實際負荷變化情況見表1。

表1 純凝工況不同負荷點、不同頻率變化下機組實際負荷變化情況

白奕：600 MW超臨界機組一次調(diào)頻不合格原因分析及邏輯優(yōu)化

續(xù)表

在系統(tǒng)頻率階躍變化時，機組調(diào)頻回路立即動作，機組負荷對系統(tǒng)頻率變化作出響應(yīng)。前3 s內(nèi)由于DEH調(diào)頻回路作用，調(diào)門階躍開大或關(guān)小，汽輪機高壓缸做功快速變化使負荷迅速變化，響應(yīng)時間小于3 s。

經(jīng)現(xiàn)場試驗證明，一次調(diào)頻邏輯優(yōu)化后，#4機組實際負荷變化量能夠滿足技術(shù)指標的要求。

6 結(jié)束語

本文通過“9.19”事件中對#4機組一次調(diào)頻不合格的原因進行分析，提出相對可行的邏輯優(yōu)化方案。經(jīng)過福建省電力試驗研究院進行的一次調(diào)頻動態(tài)試驗和華東電網(wǎng)頻率波動調(diào)節(jié)現(xiàn)場驗證，優(yōu)化后的機組以“DEH”和“CCS+DEH”2種方式參與電網(wǎng)一次調(diào)頻時，調(diào)頻響應(yīng)速度更快，在規(guī)定的時間內(nèi)能夠滿足頻率變化的需求，#4機組的可靠性有了很大的提高。

[1]福建華電可門發(fā)電有限公司一期集控運行電氣規(guī)程：QKD 104002004—2014[S].

[2]白奕.基于Ovation的DCS系統(tǒng)用戶安全組運用[J].科學中國人,2016(30):1-3.

[3]電網(wǎng)頻率控制標準：Q_GDW-08-J102—2008[S].

(本文責編：劉炳鋒)

2016-07-12；

2017-01-04

TK 39

B

1674-1951(2017)01-0045-05

白奕(1988—)，男，福建福州人，助理工程師，工學碩士，從事電廠熱控設(shè)備檢修維護等方面的工作(E-mail:7369100@qq.com)。