淺析一次調頻對燃煤機組運行的影響＊

盧 斌

（浙江浙能長興發電有限公司，浙江長興313100）

淺析一次調頻對燃煤機組運行的影響＊

盧 斌

（浙江浙能長興發電有限公司，浙江長興313100）

為了盡快地適應電網發展的要求，使機組能夠安全經濟地運行，使得自身功率能夠滿足電網的需要，同時適應華東電網“兩個細則”的實施，結合浙江浙能長興發電有限公司四臺300 MW火電機組運行實際介紹了一次調頻的功能及其實現，以及參與一次調頻機組對自身運行的影響.

一次調頻；協調控制（CCS）；DEH；鍋爐；制粉系統

為了保證電網的安全經濟運行，提高電能質量和電網頻率的控制水平，迅速消除由于電網負荷變化而引起的頻率波動，電網對機組的一次調頻要求越來越高.由熱工DCS、DEH控制系統實現機組一次調頻功能主要是根據電網頻率的變化，按照一次調頻預定的曲線，對機組負荷進行調整，其核心是在電網頻率突然降低的時候，利用鍋爐蓄能大的特點，在保證設備安全的前提下，在短時間內快速、限幅度增帶負荷，滿足電網的要求.

1 一次調頻及其實現

1.1 一次調頻功能

一次調頻功能是通過調節汽機高壓調門，利用機組蓄熱來快速響應電網頻率的變化.頻率高時，關調門，提高主汽壓力，增加機組蓄熱；頻率低時，開調門，降低主汽壓力，釋放機組蓄熱，從而快速增減負荷，以達到補償頻率波動的目的.因此，頻率發生變化時，一次調頻回路迅速響應，根據功－頻特性，與頻率變化成比例的改變機組的功率定值，使機組快速改變負荷，補償頻率的變化.

當機組投入協調控制方式而不投AGC方式時，由協調控制系統實現一次調頻功能，DEH系統將一次調頻權限交給協調控制系統；當機組不投協調控制時，由DEH系統實現一次調頻功能.DEH中一次調頻功能是將汽輪機轉速與額定轉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，其控制結構原理如圖1所示.

其中汽輪機額定轉速（一般為3000 r/min）與實際轉速的差值經函數f（x）轉換后生成一次調頻因子，直接疊加到DEH的有功功率給定值上，以控制汽輪機的調門開度.一次調頻因子的設置包括頻差死區和轉速不等率兩個因素.頻差死區的設置是為了防止在電網頻差小范圍變化時汽機調門不必要的動作.

一次調頻不等率δ定義為：

δ的數值一般設置在3%～6%，δ值越小，在相同的頻差下汽機調門的變化幅值越大，反之則越小.

一次調頻因子的設置與機組的穩定性密切相關，頻差死區越大，δ越大，機組越穩定，但是對電網一次調頻的貢獻也越小.一次調頻因子的設置應兼顧機組穩定性和一次調頻快速響應的指標.同時，為了機組的安全，規定了機組一次調頻的功率補償量最大值為額定容量的± 6%（⊿P＝±18MW），機組（＃3）一次調頻功率補償量實際按下圖2中的粗黑線運行：

1.2 DEH中一次調頻功能的實現

通過DEH控制系統實現機組一次調頻功能，實際上是在DEH內，在轉速控制方式下按一次調頻升降負荷的幅度和功率補償量實現的，是將一次調頻升降負荷的幅度和功率補償量轉化為的轉速升降的幅度和補償量的一種控制方式.

當DEH不在CCS控制方式且投入一次調頻功能時，如果汽輪機實際轉速和額定轉速的偏差在一次調頻動作范圍內，DEH一次調頻動作，通過實際轉速和額定轉速的偏差計算出調頻的動作值，然后將此數值直接迭加到汽輪機調門的流量指令上，通過增減汽輪機調門的開度來改變汽輪機的出力.

1.3 協調控制方式及AGC方式下一次調頻功能的實現

從圖1可以看出，在DEH一次調頻功能投入后，如果有頻差出現時，一次調頻因子直接疊加在DEH的有功功率的給定值上，通過調節DEH的調門使機組有功功率快速響應一次調頻的需求.但是如果此時協調控制系統投入，協調控制系統的負荷給定值沒有改變而機組有功功率發生了變化，協調控制系統的功率控制回路就會發出和一次調頻作用方向相反的汽輪機調門指令，不僅從一定程度上抵消了一次調頻的效果，而且對于協調控制系統相當于增加了外部擾動量.對于協調控制系統和DEH遙控指令是開關量脈沖傳輸形式的系統來講，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，如果協調控制系統和DEH遙控指令是通過模擬量傳輸的，由于DEH的調門變化速率不受限制，不僅將一次調頻效果馬上抵消，而且容易引起協調控制系統振蕩，從而降低協調控制系統的穩定性.為使一次調頻達到最佳的調節效果，需要將一次調頻因子引入協調控制系統的負荷給定值回路，如圖3所示，在AGC及協調控制方式下實現機組一次調頻功能時，是在負荷管理控制中心內按一次調頻升降負荷的幅度和功率補償量，控制機組增加負荷.

在CCS控制方式下，在CRT按下一次調頻按鈕即可投入一次調頻.在AGC及協調控制方式，根據汽輪機轉速的變化，控制系統直接在原負荷指令的基礎上迭加功率的補償量，分別改變汽機主控和鍋爐主控的輸出，從而改變機組的實際出力.

2 對鍋爐汽壓及負荷調節的影響

我公司的鍋爐是自然循環汽包爐，型式：亞臨界、一次再熱、自然循環、前后墻對沖燃燒、平衡通風、單汽包、半露天布置、固態排渣煤粉爐.在較高負荷時它具有很強的蓄熱能力，在汽機調門快速開大時，主汽壓力下降較慢，幅度較小，有利于系統頻率偏低時的一次調頻.

但是，如果在一次調頻投入，升壓站某出線發生金屬性接地導致線路跳閘或鄰機組跳閘時，系統周波和頻率將發生下沉現象，電網上投入一次調頻的各發電廠都將受到影響繼而參與調節，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頻的機組，那么它的調節幅度會大大增加，主汽壓力下降很多，汽包水位迅速上升，機組協調控制使鍋爐燃燒加強，風量、煤量增加，負荷上升，在此過程中可能出現負荷調節先遲緩后超調的問題，主要原因是CCS調節較快且強度過大，而DEH回路響應較平緩，從而容易引起CCS超調，給機組主汽壓力調節帶來了巨大的擾動，甚至影響安全正常運行.因此，必要時要撤自動進行人工手動調節，并且保持一定的調節提前量，避免主汽壓力波動過大，避免汽機調門頻繁動作，進而避免EH油系統、油動機及相關電磁閥轉換器故障，油壓波動甚至下降.

此外，一次調頻機組還新增加了閉鎖條件之一：負荷大于305MW閉鎖增負荷，進一步保障了機組的安全穩定運行.

在系統負荷過剩以及頻率偏高時，通過一次調頻，汽機調門關小時，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，機組負荷變化和主汽壓力的波動較系統頻率偏低時大一些.主汽門前壓力隨調門關小而上升，若壓力變化過大而鍋爐燃燒還未來得及減緩則導致調門又打開，而一次調頻指令要求關調門減少流量，如此反復，調門頻繁動作，主汽壓力波動巨大，大大增加了操作員的二次調節量.總之，一次調頻不利于機組在系統頻率偏高時的調節.

為保障機組的安全穩定運行，一次調頻機組還新增加了閉鎖條件之一：機前壓力大于17Mpa閉鎖減負荷.

3 對鍋爐制粉系統的影響

我公司的制粉系統采用ZGM95N中速磨直吹式制粉系統.每臺鍋爐配有五臺磨煤機，共20只燃燒器，前后墻各10只，分三層對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只燃燒器各配一臺磨煤機.上層前后墻4只燃燒器配一臺磨煤機，正常運行時投運四臺磨煤機，一臺作為備用，四臺磨煤機可滿足鍋爐最大出力.

投一次調頻的機組，通過快速增減負荷，以達到頻率補償的目的，使系統頻率能維持在允許變動的范圍內.3號機組投一次調頻的條件是：采用機爐協調控制，負荷150MW以上.此時，鍋爐、汽機主控共同接受負荷和主汽壓力信號，維持和調整發電出力和主汽壓力.以下為協調控制方式下的鍋爐、汽機指令的形成：

當系統頻率偏低時，一次調頻通過協調控制增加機組負荷，那么，鍋爐燃料量必定增加，若此時機組負荷較高，入爐煤質較差，每臺給煤機煤量已接近極限（具有代表性的運行工況），若再加煤量，容易導致給煤機堵煤，一旦發生機組將RB后果難堪.一次調頻沒有達到調節目的反而使機組運行惡化，系統穩定性進一步下降.

直吹式制粉系統與中間倉儲式制粉系統相比較，最明顯的缺點是送入爐膛的煤粉量不能直接調節.直吹式制粉系統調整負荷的手段是改變給煤機的轉速，即磨煤機的給煤量，從調節指令發出，到最終出力變化，除了燃燒——蒸發——汽機作功的熱力環節外，還包含磨煤機制粉這一具有較大時間常數的慣性環節，圖4所示為燃煤機組的這一熱力環節.因此，一次調頻對直吹式制粉系統的影響和直吹式制粉系統對一次調頻指令響應的遲滯性，都是不利于電廠運行和電網穩定的的因素.

一次調頻是一種有差調節，不能維持電網頻率不變，只能緩和電網頻率的改變程度.如果網絡上并列運行的機組都能夠投入一次調頻，那么對于網絡電能質量的優化和電能的穩定都是有利的；但是對于并列運行的各機組的二次調節提出了更高的要求，對電站運行值班員也提出了更高的要求.

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

［2］浙江浙能長興發電有限公司.集控運行規程［M］.長興：長興發電有限公司內部資料，2007.

［3］劉鐵祥.火電廠經典協調控制方案的探討［M］.江蘇：江蘇太倉港環保發電有限公司，2005.

TM621

A

1009－1734（2011）S0－0057－03

2011－09－10

盧斌，助理工程師，從事發電廠運行研究.