300 MW火電機組協調控制系統優化

楊宏斌

（山西臨汾熱電有限公司，山西臨汾041000）

0 引言

同煤集團山西臨汾熱電兩臺30萬kW機組的DCS系統采用的是北京國電智深NT+控制系統，汽輪機電液調節系統DEH采用美國ABB公司的Symphonyx系統。控制功能方面，DCS系統實現了MCS自動控制系統、順序控制系統SCS、鍋爐安全監控系統FSSS、數據采集系統DAS及事故追憶SOE功能，而DEH系統則對汽輪機啟停、調門控制和重要參數進行監視和保護。機組協調控制方式為鍋爐跟隨汽機，即當機組在CCS控制方式和AGC控制時，鍋爐調節汽壓，汽機高壓調汽門控制功率，將汽壓偏差引入汽輪機主控制器，讓汽輪機在控制功率的同時，配合鍋爐共同控制主蒸汽壓力，以改變汽壓的控制質量。

1 現存問題分析及解決方案

臨汾熱電兩臺機組設計接收來自中調AGC信號，由CCS系統計算負荷偏差，并計算出機組目標負荷，由DEH系統進行負荷調節。臨汾熱電2014年雙機運行以來，AGC調節品質差、一次調頻動作不正確，造成機組整個協調控制系統品質差，影響了機組的各項指標要求。從現場來看，主要存在以下問題：鍋爐側慣性遲延較大、磨煤機制粉風量控制差，導致實發功率不能及時跟隨調度指令；高壓閥門擺動，造成負荷不穩，惡化了調節品質；一次調頻動作不可靠。以上問題的存在，造成臨汾熱電兩臺機組不能達到兩個細則對于機組穩定性、準確性、快速性的要求。

1.1 磨煤機制粉風量控制差

1.1.1 原因分析

AGC功能主要有三個閉環控制：機組控制環、區域調節控制環和計劃跟蹤環，機組控制環由DCS自動實現；區域調節控制的目的是使區域控制誤差調到零，這是AGC的核心；區域計劃跟蹤控制的目的是按計劃提供發電基點功率。

影響AGC響應時間的主要因素是鍋爐響應的遲延，其主要發生在制粉過程，中間貯倉系統對于增加燃燒率的反應速度最快，鋼球磨煤機次之。通常各電廠采取的提高制粉系統反應速度的手段是增強煤量和一次風量的前饋作用，充分利用磨煤機內的蓄粉，迅速改變給煤量，使鍋爐的燃燒率發生變化，從而縮短純遲延時間。臨汾熱電機組負荷升到70%以上時，汽輪機主控輸出達到了100%，機組失去負荷調節功能，無法滿足AGC的調節要求。

1.1.2 解決方案

針對以上問題，熱控專業從兩方面進行了分析和解決。一是機組運行中，主汽壓力設定值偏低，鍋爐燃燒穩定在一個相對較低的水平，在負荷快速變化時，雖然主控輸出得到快速反應，但是由于主汽壓力設定值低，自動邏輯PID參數發生積分飽和現象，高壓調門變為全開狀態，已經無法滿足負荷調整的要求。同時，現場磨煤機容量風門性能差、故障率高，閥門響應時間較長，一定程度上制約了風量的調整，從而影響了負荷的調節。針對以上情況，熱控專業對汽機主控、鍋爐主控邏輯進行了優化，增強了煤量和一次風量的前饋作用，對各項參數進行了調整試驗，整體上避免了PID參數積分飽和現象。同時，對磨容量風門進行了設備改造，采用進口的ROTORK執行機構，也保證了制粉系統的穩定運行。

1.2 高壓閥門擺動、負荷波動

1.2.1 原因分析

機組在正常運行中，汽輪機高壓調門在順閥狀態，機組協調功能（CCS）、負荷自動控制功能（AGC）、一次調頻功能全部為投入狀態。當機組負荷降低到50%以下時，機組高壓調門多次出現晃動，調節級壓力波動，總體呈現正弦曲線狀態，負荷隨之出現波動，一般機組負荷晃動范圍在2～4 MW，嚴重時波動可超過5 MW，給機組的安全運行帶來隱患。

針對該隱患，熱控專業組織了較詳細的分析和試驗。在解除“CCS”和“AGC”控制后，將“DEH”切為“手動”“單閥”狀態運行，則調門晃動現象消失，機組運行較為穩定，該試驗表明閥門本身不存在晃動原因。經過專業分析，主要原因在于機組順閥閥序設計不合理，重疊度、閥門升程特性與流量特性不相符等配汽特性設計不良，影響到系統的調節特性和運行安全經濟性。

1.2.2 解決方案

機組正式運行后，一直以廠家給定的指導滑壓曲線運行。但由于現場安裝等因素的影響，高壓調門實際的流量特性與DEH中預置的流量特性曲線會有差異。為進一步掌握機組的實際配汽機構調節特性及滑壓運行方式，改進機組調節特性及滑壓運行方式和控制方式，應盡快進行高壓調門流量特性試驗，對閥門的合理開啟順序、重疊度進行測試，制定機組的定壓—滑壓—定壓曲線，從而實現汽輪機的優化運行。主要試驗包括：第一，通過汽機調門升程流量特性的標定改善機組調節特性，使機組閥位指令與負荷關系更接近設計點，并呈線性關系，有利于機組運行調節的穩定，并使機組一次調頻性能得以改善；第二，重新設定機組調門重疊度，合理布置調門開啟順序，消除負荷升降過程中閥門抖動等現象；第三，全面掌握機組不同滑壓運行方式下的運行控制特性和經濟性，使機組滑壓運行模式可靠投入，提高機組各項運行小指標。

1.3 一次調頻動作不正確

1.3.1 原因分析

一次調節是電網內運行的機組的調節器在沒有手動和自動調頻裝置參與調節的情況下，自動調節汽輪機的進汽，使發電機輸出功率與電網負荷變化相互平衡來維持電網頻率的一種調節，也稱為電力系統頻率的一次調節。

2014-03-18T08：00，#2機組AGC運行方式投入，ACE功能投入。08：57，AGC指令由241 MW降至約232 MW，一次調頻由-0.2 r/min升至約2.325 r/min，AGC負荷指令與一次調頻動作指令正好方向相反，造成#2機一次調頻動作響應不正確。

1.3.2 解決方案

當出現AGC的負荷指令變化方向和一次調頻要求的負荷指令變化方向不一致時，通過閉鎖AGC的調節來保證一次調頻的正確動作方向。在機組投入一次調頻和AGC功能時，由于對一次調頻不正確動作的考核要遠大于對AGC調節精度與速度的考核，所以在AGC的負荷指令變化方向和一次調頻要求的負荷指令變化方向不一致時，通過DCS系統邏輯判斷并閉鎖AGC指令的調節，優先滿足一次調頻的控制需要。

2 實施效果

邏輯修改完畢后，通過觀察兩臺機AGC負荷響應情況，之前的問題得到了非常好的解決，改善了負荷響應速率，消除了主汽壓力穩態波動，能夠滿足兩個細則相關規定要求，具體如表1、表2所示。

表1 2014年機組優化后臨汾熱電#1機組雙細則考核情況

表2 2014年機組優化后臨汾熱電#2機組雙細則考核情況

3 結語

通過加入控制鍋爐提前動作的前饋環節，增加汽輪機的調節幅度，優化鍋爐重要輔機運行方式及參數，磨煤機容量風門改造等方法，CCS協調控制系統整體調節性能有所改善，提高了整個機組的調節品質，保證了AGC投入時系統響應的穩定性、準確性、快速性，對設備安全和給電網傳輸高品質電能起到了很大的作用。從雙細則考核來看，AGC可用率基本達到了要求，但為了機組更經濟和安全地運行，應盡快進行高壓調門流量特性試驗。