火電機組負荷動態調節安全性及應對措施分析

郭躍武

摘要：華北區域并網管理兩個細則實施以來，對機組調節品質提出更高的要求，并網電廠為提高經濟利益最大化，不斷提高機組性能。在機組性能提高的基礎下，只有將機組負荷實施動態調節，即投入BLR控制方式，才能大幅增加調節容量。文章從動態調節給機組安全、節能、供熱等帶來的影響進行分析，并逐一采取應對措施。

關鍵詞：火電機組；機組負荷；動態調節；安全性；應對措施 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2016）28-0136-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.068

1 概述

隨著電力系統的發展社會對于供電質量要求的提高以及控制系統及主機設備自動化水平的進步，電網公司對發電廠各機組的自動化調節品質要求越來越高，并出臺了一系列考核辦法和管理細則。比如：華北地區電網公司2009年初出臺的《華北區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》和《華北區域發電廠并網運行管理實施細則》，對發電計劃和服務質量各個方面都提出了詳細的考核和補償規定和要求，包括影響電網運行質量的一次調頻、調峰、自動電壓控制（AVC）、無功調節、自動發電控制（AGC）、黑啟動、旋轉備用等各個方面，于2009年5月1日正式運行，對并網電廠協調控制系統的調節品質提出了更為嚴格的要求和新的課題。

AGC是自動發電控制的簡稱，就是機組根據中調的指令自動調整輸出功率，以滿足中調技術要求。機組在大范圍、快速變化負荷過程中，其參數的變化應同時滿足機組安全和經濟運行。也就是在中調下達負荷調節要求后，在保證機組安全運行的同時，必須迅速、準確地將各參數調整到位。“兩個細則”對AGC負荷響應的要求和考核非常嚴格，主要通過調節速率、調節精度、響應時間等標準進行獎勵和考核，完成標準越高補償越大，完成標準越低則考核越多。AGC主站在對投入AGC的發電機組進行遠程控制時，有如下兩種控制模式：一是自動調節模式。自動調節模式又包括帶基點正常調節子模式、帶基點幫助調節子模式、無基點子模式、帶基點緊急調節子模式、嚴格跟蹤基點子模式；二是人工設點模式。并網電廠執行不同的AGC控制方式主要依據電網對供電電壓、頻率等質量需求和并網發電機組調節品質來確定，控制方式的不同對機組運行工況的影響差別較大，而電網管理部門根據并網電廠對電網貢獻的大小來核算考核和補償的費用。

2 機組動態調節方式的必要性

2.1 “兩個細則”補償和考核方式說明

“兩個細則”考核和補償方式都是采用定額模式，考核資金所得全部用于對并網電廠的補償和獎勵返還，在補償費用不足時，不足部分按并網電廠上網電量比例分攤收取。電力公司負責考核執行，電力監管機構負責監督考核和協調工作。

2.2 兩個細則的零和競爭規則

由于并網兩個細則管理采用了零和規則的競爭方式，華北區域并網電廠為了經濟利益的最大化，不斷提高機組性能，導致細則分攤的大盤越來越大。如果機組采用人工設點模式或嚴格跟蹤基點子模式，即使并網細則其他考核均能滿足電網要求，但由于分攤費用較高，也無法實現盈利。為提高輔助服務補償費用，在并網細則管理中具備盈利能力，在不斷提高機組調節品質的基礎下，只有投入負荷動態調節運行方式，即BLR控制方式，大幅增加機組調節容量，才能在抵消分攤費用的基礎上實現盈利。

3 機組負荷動態調節存在的問題

機組負荷執行動態調節，由于AGC負荷指令頻繁下達，調節幅度變化較大，給鍋爐燃燒調整、主汽參數的穩定、調速汽門的安全等帶來一系列的不利影響。

3.1 由于負荷調節范圍加大影響機組穩定運行

首先從保證機組運行安全角度來講，機組負荷調節范圍低限應該以機組不投油能夠穩定運行為限，機組負荷調節范圍高限應該以額定負荷為限，但是并網細則要求機組要達到最低40%MCR至高限100%MCR；其次從協調控制系統特性來講，機組負荷調節范圍應該是協調控制系統（CCS）投入自動時的負荷調節范圍，目前AGC實際投運時的負荷范圍一般為低限50%MCR至高限100%MCR。并網機組帶50%負荷時對鍋爐穩定燃燒和給水自動調節都有不利影響，使得機組運行安全性降低。

3.2 負荷調節速率變快對燃燒調整的影響

燃煤機組允許的負荷變化率一般為2%MCR/min，目前機組投入動態調節后負荷變化速率為3%MCR/min。就中儲式制粉系統來說，機組鍋爐設備所需要的燃料量由給粉機控制，由于沒有燃料量的計量，燃料量會受到煤粉濕度和粉倉粉位高低等各種因素的影響，如在遇到給粉機存在缺陷或給粉機特性劣化，進入鍋爐的燃料量會有很大的原發性擾動，會造成機組負荷的大幅波動。

3.3 對主蒸汽壓力的影響

燃煤發電機組的負荷調節性能主要在于負荷對汽輪機調速汽門和鍋爐設備燃燒率的響應特性，但是也必須考慮保證主汽壓力變化不能太大。主汽壓力是反映燃煤機組安全性和穩定性的重要參數，如主汽壓力大幅度頻繁變化，必然會造成主汽溫度及汽包水位等機組主要參數不穩，使燃料、風量、給水等調節系統調節品質下降，機組運行穩定性遭到破壞，影響機組的安全穩定運行。

3.4 對機組經濟性的影響

燃煤發電機組的負荷調節過程是相對較長的過程，當接到負荷變化指令后，機組的調節系統必須經過一段時間才能達到穩定。但由于電網負荷調度指令變化頻繁，實際運行中AGC指令的變化頻率經常有超過機組CCS調節頻率情況出現，造成調節系統始終處于頻繁的調節狀態，機組不能穩定運行，引起主汽壓力、溫度、再熱溫度、氧量等大幅頻繁變化，使機組不能在最佳工況下運行，對機組經濟運行極為不利。

3.5 負荷變化頻繁對設備壽命的影響

因電網負荷調度指令變化頻繁，機組負荷始終處于變化狀態，機組的燃料量、風量、給水量隨之發生頻繁變化，使得機組蒸汽壓力和溫度也大幅度頻繁波動，必然對機組的壽命有較不利的影響，特別是汽包內工質處于飽和狀態，汽包的溫度隨汽包壓力同步變化。負荷變化經常導致汽包壁溫變化速度超過2℃/min，另外由于各系統調節閥門、輔機設備和擋板等頻繁動作也降低了這些設備的使用周期。

3.6 對機組搶發電量的影響

電量是電廠的主要利潤來源，經過統計分析，機組負荷頻繁調整要低于機組帶穩定負荷所發電量，特別是在機組高負荷運行時影響較大。

3.7 對入爐煤品質要求提高

機組負荷執行動態調節，上下限范圍擴大，入爐煤質必須滿足機組帶高負荷的需求，對劣質煤摻燒降低標煤單價帶來不利影響。

3.8 對供熱首站的影響

機組負荷動態調節時由于負荷變化方向和幅度的不確定性，提前量掌握難度較大，抽汽壓力和流量變化較大，不利于對供熱首站出口壓力和溫度的穩定。

4 應對措施

4.1 提高配煤管理水平

根據負荷預計要求做好配煤工作，保證機組在高負荷時鍋爐燃燒所需煤質，嚴禁將凍煤、濕煤等直接上入煤倉。輸煤皮帶必須保證有一路正常備用，失去備用時應及時搶修。防止發生由于煤質差或上煤中斷影響機組限出力，進而發生兩個細則考核。

4.2 加強運行調整

4.2.1 監盤人員要精力集中，必要時安排兩人監盤，加強對中調負荷指令及熱網首站溫度的監視，做好隨時升降負荷的準備，保證熱網首站供熱溫度穩定，滿足供熱公司調度的要求。

4.2.2 升降負荷時掌握好提前量，可通過投切給粉機維持主汽壓力穩定，防止主汽壓力大幅度波動或長時間超出正常范圍。及時調整總風量，保證爐膛出口氧量在正常范圍內，防止低負荷時，因風量大導致鍋爐燃燒不穩滅火；當機組升負荷時，提前增大送風量，防止出現缺氧燃燒。

4.2.3 在對燃燒調整的同時要加強對主汽溫度及再熱汽溫的調整，在升負荷時如二級減溫水流量較大，及時打開一級減溫水調整門，保證二級減溫水調整門有一定的調節余量，防止燃料量突然增加后，主汽溫度超限運行。

4.2.4 根據煤質情況，及時調整燃燒，合理配風，嚴格控制鍋爐管壁溫度，防止超溫爆管，禁止鍋爐超溫、超壓運行。

4.2.5 及時調整軸封壓力，維持軸封壓力穩定，防止因負荷變化造成軸封壓力過高或過低引起軸封漏汽或真空下降。

4.2.6 加強對汽包水位的監視，防止汽泵調節系統卡澀或水位自動調節失靈引起水位事故；加強對除氧器、凝汽器、加熱器水位的監視，防止因負荷變化快引起的水位異常。

4.2.7 加強對凝結水、給水壓力的監視，避免因負荷大幅變化時壓力低聯啟備用泵。

4.2.8 啟停制粉系統和清理木屑分離器時因對燃燒及汽溫擾動較大，要加強監視調整。

4.3 對重要設備加強監視

4.3.1 經常檢查汽機高調門的運行狀況，高調門應動作靈活無卡澀，如有異常應及時采取措施進行處理。經常查看各輸粉管的一次風壓，防止堵管，同時要到現場檢查各噴燃器的運行情況，防止噴燃器燒損。

4.3.2 由于運行調整頻繁，須經常派人到飛灰采樣器處查看飛灰可燃物含量是否正常，如有偏大現象應及時調整二次風配比降低飛灰可燃物含量。

4.3.3 加強對燃油系統的檢查，重點檢查內漏及滲油。嚴格執行定期試用油槍制度，發現燃油系統缺陷時要及時通知檢修和熱控人員處理，使燃油系統處于可靠備用狀態。當爐內燃燒工況不穩定，要果斷投入油槍穩定燃燒，防止鍋爐滅火。

4.3.4 加強對輔助設備的巡檢，維持發電機風溫、內冷水溫度、勵磁機風溫符合要求。

4.3.5 設備異常的處理。當機組出現異常影響安全運行時，要及時聯系中調退出AGC運行方式，運行正常后方可投入。

5 結語

華北區域并網細則考核是電網調度管理部門為提高供電質量要求采用的零和規則的競爭方式，機組無論執行哪種控制方式都要平衡好搶發電量、設備安全、節能管理和燃料摻燒的關系。在提高調節品質的同時，將機組負荷投入動態調節，獲得補償費用雖然可以大幅增加，但對機組安全運行、節能管理和配煤摻燒等帶來的影響較大，要通過提高運行調整水平，掌握負荷變化存在的規律，加強設備治理和摻配煤管理，在機組安全運行的基礎上來實現效益最大化。

參考文獻

[1] 張斌.自動發電控制及一次調頻控制系統[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2] 華北區域發電廠并網運行管理實施細則[S].

[3] 華北區域并網發電廠輔助服務管理實施細則（華北電監市場[2008]16號）[S].

（責任編輯：秦遜玉）