高壓調門節流響應一次調頻的案例

文/宮曉煜

1 前言

中國的特高壓輸電網絡正在逐漸的建設過程中，另外還有我們國家一直興起的風能，還有太陽能等一些新能源。特高壓輸電網高壓直流輸電阻塞、新能源發電波動的潛在風險對電網頻率改變提出了嚴峻的挑戰。

火電機組一定要更深入地參與電網的主頻調節。如今，高壓調節閥節流被用作完成全循環汽輪機組快速負荷增加的方法。參與主頻率調制將導致正常操作中的大量節流損失。鑒于電網頻率穩定性的下降，高壓調節門的節流幅度將不可避免地增加，導致機組運行經濟性減少。所以，如何在電網一次調頻評估要求下最理想地降低帶來產生的熱量與損失這是非常重要需要去處理的狀況

2 高壓調門節流響應一次調頻案例分析

帶全循環蒸汽入口的超超臨界機組，預留5%主汽壓節流閥響應一次調頻，使機組具有快速升負荷能力。

本文以西門子1000 兆瓦超超臨界機組為研究對象，研究復合滑壓運行方式通過主蒸汽壓力節流為5%，當達到1000MW 工況的時候壓力是27．64MPa，主汽閥后壓力、主汽流量、主汽焓分別是（25.02MPa，753.85kg/s，3469，15kJ/kg。）當額定情況下改變閘門的階躍擾動試驗里，高壓調節閘門經過預留的5%節流壓降迅速全部開啟。當圖中重要數據的動態反映按下面圖所示。高壓調節閥全部開啟之后，高壓缸的入汽量從開始的753.85 桶慢慢上升至788.01 千桶。因為位于熱器中間容積的落后反映，低壓缸流量慢慢上升。

在擾動發生44S 時達到最大值655.65kg/s。

圖1：機組功率響應

圖2

隨著蒸汽進口量的增加，主蒸汽壓力逐漸降低。600S 后，主蒸汽流量先上升后下降，最后回落到初始值，從27.64 MPa 到26.38 MPa。(3)當高壓調節閥全部開啟之后，機組功率很快增加改變到1021.9 兆瓦。因為中低壓缸功率響應緩慢，機組最大功率在30S 時達到1026.9 兆瓦，應主蒸汽壓力減弱。當60S的時候調頻檢測里，就下降至1024.5 毫瓦。高壓調節門階躍擾動的仿真數據顯示，機組隨高壓調節門開度的增大而增大。隨著閥門開度的增大，負載逐漸增大，負載響應速度更快。當HV 門保持5%的節流工作的時候，全部開啟功率的最大增量是26.9MW，主頻調制的平均工作增量是60 秒內24.9MW。按照電網評估規定，電網頻率可以誤差是0.2Hz，且網機組調頻設定上限不可以＜額定負荷的6%一次。如圖1所示為機組功率響應圖。

由此可見，當高壓調節門主汽壓節流留有5%的時候，它的負荷調節能力比較難實現電網評估的規定。要提升一次調頻性能，必須對滑壓工作曲線進行修改。

當機組正常工作時，高壓調節閥保留較大的主汽門，來響應一次調頻。由于高壓調節閥運用不一樣的主汽壓節流工作狀況的時候，對調節閥在額定負荷下開展全部開啟階躍響應測試，機組功率與主汽壓力的動態反映狀態如圖2所示。

鑒于高壓調節閥節流范圍的漸漸變大，主蒸汽壓力慢慢變大，機組增加負荷能力不斷提高。就主蒸汽壓力節流規定至12%的時候，高壓調節閥全部開啟之后機組最大功率上升到1064.5MW，當60 秒之后就下降到1058.7MW。電網一次調頻最大規定是額定值的6%。不過，負載不夠。二次頻率性能的提高是以熱循環效率為代價的。按照計算數據顯示，機組正常工作時熱耗將增加20.56kJ/kg。

3 汽機調門優化技術路線

安徽某電廠使用復合配汽方式的汽輪機，當配額負荷下，機組效率相對比較高，不過在低負荷下，因為四個高壓調節閥的節流損失，機組效率不高。低負荷下汽輪機高壓調節閥復合分配方式的節流損失較大，影響機組經濟性。它準備增加順序閥門進氣模式，原始復合蒸汽分配模式仍然用于單位旋轉，電網連接和啟動的初始階段，來滿足要求。開始啟動的時候的熱應力需要在有負載之后變成為順序閥進氣模式。為了增加順序閥門模式，首先，我們需要澄清向下閥門的開啟組合。通過搜索相關文獻，我們可以研究相同類型單位的運作，開調門順序建議應用2+4、3、1 的方法。經與汽輪機制造廠技術工人探討，確定順序閥開方式更適合于汽輪機。在低負荷時，先打開下2和4 高壓調節門，鑒于負荷的增加，依次打開3 調節門和1 調節門。

順序閥模式組合確定之后，選取一個代表性負載點來改變第三個或第四個閥的開度。經過對機組熱耗率的一系列比較與調試，找出最經濟的開啟和滑動壓力。曲線，且按照機組的原本情況開展了討論查找，再者選取經濟工作方法。調節閥開度組合確定之后，向汽輪機調節閥（尤其是順序閥工作區的調節閥）展開流量特性試驗。

通過對調節閥特性的分析計算，改進了配汽功能，提升了調節閥對流量指令的準確度，更加提升了調節閥的控制效果。運用停機的時間與維護，DEH 控制邏輯的調試，然后展開整理閥門功能的工作，做到復合蒸汽分配模式和順序閥門模式之間的切換，并通過冷模擬測試檢驗閥門順序轉換性能。開展熱態試驗加快察看機組在順序閥方法下的工作狀況，改善閥序切換性能。

4 結語

綜上所述，一次調頻技術對于電網頻率快速響應以及火電機組安全穩定性來說都至關重要。自2016年開始，安徽電網在實施電力效率提升的相關考核細則后，就如何實現一次調頻技術規范化管理、提升一次調頻精度及性能指標成為省內火電企業的一大技術瓶頸。我們要加強技術突破，積極探索與實踐，創新理念，結合電力系統同步相量測量裝置端安裝同源裝置的做法，將電網側的頻率信號直接引入分布式控制系統，作為一次調頻的修正指令，完成對調頻指標的同源校正，這樣可以不僅實現對機組一次調頻性能的有效優化，還可對大擾動工況下一次調頻指標的提升也能起到十分積極的作用。