基于供熱量調(diào)整的一次調(diào)頻方法探討

蔡西忠CAI Xi-zhong

（江蘇國(guó)信靖江發(fā)電有限公司，泰州214500）

0 引言

某廠2×660MW 超超臨界純凝機(jī)組（1#、2#）進(jìn)行供熱改造，兩臺(tái)機(jī)組配套一臺(tái)10MW 背壓汽輪發(fā)電機(jī)組，背壓機(jī)主蒸汽來(lái)自于2×660MW 機(jī)組（1#、2#）低溫再熱器的出口聯(lián)箱上，背壓機(jī)排汽對(duì)外供熱。兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，優(yōu)選一臺(tái)機(jī)組向背壓機(jī)提供蒸汽實(shí)現(xiàn)對(duì)外供熱，另一臺(tái)機(jī)組作為對(duì)外供熱備用機(jī)組。

正常供熱時(shí)，背壓機(jī)排汽壓力范圍0.8～1.3MPa，排汽溫度范圍330～430℃，平均供熱量90～110t/h。機(jī)組負(fù)荷高于75%額定負(fù)荷，背壓機(jī)能滿足130t/h 的最大供汽量；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低于75%額定負(fù)荷，背壓機(jī)供汽量會(huì)相應(yīng)減少；機(jī)組負(fù)荷50%額定負(fù)荷背壓機(jī)最大供汽量為76.5t/h，此時(shí)背壓機(jī)旁路減溫減壓閥補(bǔ)充對(duì)外供熱。

背壓機(jī)進(jìn)汽汽源取自低溫再熱器出口聯(lián)箱，瞬時(shí)改變背壓機(jī)進(jìn)汽量會(huì)相應(yīng)改變中、低壓缸的進(jìn)汽量，從而改變汽輪機(jī)做功。基于制造廠設(shè)計(jì)資料計(jì)算顯示：機(jī)組75%額定負(fù)荷下，背壓機(jī)供熱流量每減少20t/h，機(jī)組負(fù)荷可提高約5.891MW。若背壓機(jī)供熱流量從110t/h 減至30t/h，可使機(jī)組負(fù)荷提高約23.627MW，即最大可增加23.6MW 的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力。

1 一次調(diào)頻現(xiàn)狀及考核要求

1.1 一次調(diào)頻設(shè)計(jì)原理

某廠DCS 為FOXBORO 公司的I/ASeries 控制系統(tǒng)，汽輪機(jī)控制采用西門子的T3000 控制系統(tǒng)，機(jī)組的一次調(diào)頻功能由DEH 控制系統(tǒng)完成，通過(guò)DEH 控制系統(tǒng)中的一次調(diào)頻功能調(diào)節(jié)汽機(jī)高壓調(diào)門來(lái)控制汽輪機(jī)進(jìn)汽量，使機(jī)組功率能更好地滿足電網(wǎng)頻率變化的要求，DCS 側(cè)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)機(jī)組的風(fēng)、煤，使機(jī)組主汽壓力穩(wěn)定。

當(dāng)一次調(diào)頻投入時(shí)，一次調(diào)頻功能的具體實(shí)現(xiàn)在DEH 系統(tǒng)中有以下兩種方法：

1.1.1 DEH 系統(tǒng)在LOCAL 方式下，功率回路起作用

DEH 接收本地負(fù)荷設(shè)定值，系統(tǒng)將一次調(diào)頻負(fù)荷增量和流量增量疊加在功率指令和閥門指令上，當(dāng)頻率偏差產(chǎn)生時(shí)，相對(duì)應(yīng)的功率增量改變功率設(shè)定值，閥門開(kāi)度增量疊加在功率調(diào)節(jié)器輸出端，直接動(dòng)作調(diào)門，機(jī)組功率能快速地發(fā)生變化。

1.1.2 DEH 系統(tǒng)在REMOTE 方式，CCS 運(yùn)行

DEH 接收遙控負(fù)荷設(shè)定值（來(lái)自DCS），系統(tǒng)將一次調(diào)頻增量疊加在功率指令和閥門指令上，當(dāng)頻率偏差產(chǎn)生時(shí)，相對(duì)應(yīng)的功率增量改變功率設(shè)定值，閥門開(kāi)度增量疊加在功率調(diào)節(jié)器輸出端，直接動(dòng)作調(diào)門，機(jī)組功率能快速地發(fā)生變化。

1.2 調(diào)度對(duì)一次調(diào)頻的管理要求

燃煤機(jī)組一次調(diào)頻相應(yīng)指數(shù)（機(jī)組實(shí)際動(dòng)作積分電量與理論動(dòng)作積分電量的比值）要求為：0～15 秒鐘、0～30 秒鐘、0～45 秒鐘必須達(dá)到0.4、0.6、0.7。一次調(diào)頻測(cè)試時(shí)，機(jī)組接收“增負(fù)荷測(cè)試”（或“減負(fù)荷測(cè)試”）信號(hào)后，一次調(diào)頻功能自動(dòng)產(chǎn)生3%（19.8MW）的一次調(diào)頻負(fù)荷對(duì)應(yīng)負(fù)向（或正向）頻差，機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)進(jìn)行增加（或減少）。“增負(fù)荷測(cè)試”（或“減負(fù)荷測(cè)試”）信號(hào)為脈沖信號(hào)，時(shí)間長(zhǎng)度為45秒。一次調(diào)頻非試驗(yàn)狀態(tài)的啟動(dòng)條件：電網(wǎng)頻差超過(guò)0.033Hz 并持續(xù)20 秒以上、最大頻差大于0.067Hz、躍變時(shí)間不超過(guò)15 秒。

測(cè)試周期內(nèi)利用機(jī)組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（優(yōu)先采用PMU 數(shù)據(jù)），計(jì)算0 到15 秒鐘、0 到30 秒鐘、0 到45 秒鐘三個(gè)區(qū)間的機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)指數(shù)，有效記錄時(shí)間內(nèi)至少滿足二個(gè)時(shí)間區(qū)間，取與考核要求偏差最大的作為最終考核結(jié)果。

對(duì)于不具備一次調(diào)頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能的機(jī)組，如當(dāng)月無(wú)滿足條件的電網(wǎng)真實(shí)頻率擾動(dòng)，則該機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)指數(shù)取該機(jī)組前3 個(gè)月中最差一個(gè)月的值作為當(dāng)月一次調(diào)頻響應(yīng)指數(shù)進(jìn)行考核。

2 供熱流量變化對(duì)機(jī)組負(fù)荷的影響

2.1 供熱流量減少時(shí)的影響

根據(jù)THA 和75%THA 工況設(shè)計(jì)熱平衡圖和背壓機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)出口參數(shù)，采用EBSILON 軟件進(jìn)行建模，對(duì)背壓機(jī)的供熱流量（進(jìn)汽流量）進(jìn)行變工況計(jì)算，分析背壓機(jī)供熱流量的變化對(duì)機(jī)組負(fù)荷的影響量。具體變工況計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 背壓機(jī)供熱流量變化對(duì)機(jī)組負(fù)荷的影響

從表1 計(jì)算結(jié)果可以看出，THA 工況下，背壓機(jī)供熱流量每減少20t/h，機(jī)組負(fù)荷可提高約5.941MW；75%THA工況下，背壓機(jī)供熱流量每減少20t/h，機(jī)組負(fù)荷可提高約5.891MW；THA 工況和75%THA 工況背壓機(jī)供熱流量變化對(duì)機(jī)組負(fù)荷的影響很接近。若背壓機(jī)供熱流量從110t/h減至30t/h，可使機(jī)組負(fù)荷提高約23.627MW，即最大可增加23.6MW 的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力。

根據(jù)圖1、圖2 推測(cè)，減少供熱蒸汽流量與增加機(jī)組負(fù)荷的關(guān)系曲線為y=0.2937x+0.0345。

圖1 THA 工況

圖2 75%THA 工況

其中，y 機(jī)組增加的負(fù)荷MW，x 背壓機(jī)減少的增加流量。

2.2 供熱流量增加時(shí)的影響

從建模數(shù)據(jù)來(lái)看：THA 工況下，背壓機(jī)供熱流量每增加20t/h，機(jī)組負(fù)荷可降低約5.941MW；75%THA 工況下，背壓機(jī)供熱流量每減少20t/h，機(jī)組負(fù)荷可提高約5.891MW。但背壓機(jī)排汽作為供熱用戶汽源，除非供熱用戶自己增加蒸汽用量，目前背壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不滿足瞬時(shí)增加背壓機(jī)汽源的要求。僅僅通過(guò)供熱用戶需求增加供熱量是不能在45 秒內(nèi)傳遞到發(fā)電廠機(jī)組上，無(wú)法及時(shí)改變汽輪機(jī)功率，也就對(duì)一次調(diào)頻的降負(fù)荷動(dòng)作起不到作用。

3 調(diào)整供熱量對(duì)一次調(diào)頻的作用

3.1 背壓機(jī)發(fā)電機(jī)接線方式的影響

背壓機(jī)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電量并入主機(jī)6kV 廠用電母線B 段，當(dāng)背壓機(jī)蒸汽量減少時(shí)，背壓機(jī)發(fā)電機(jī)電量會(huì)相應(yīng)減少，減少量見(jiàn)表2 所示。

計(jì)算結(jié)果可以看出，背壓機(jī)供熱流量每減少20t/h，背壓機(jī)發(fā)電減少1.69MW。背壓機(jī)發(fā)電量減少的同時(shí)，高廠變輸出相應(yīng)增加。主機(jī)發(fā)電出口測(cè)量表（PMU）在勵(lì)磁變與高廠變之間，故背壓機(jī)發(fā)電量減少不影響PMU對(duì)一次調(diào)頻的響應(yīng)。

3.2 鍋爐管路系統(tǒng)的影響

根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，鍋爐高溫再熱器流速40m/s 左右。資料顯示背壓機(jī)抽汽后至鍋爐再熱器聯(lián)箱為100 米，鍋爐再熱器出口至中壓缸為220 米。蒸汽從低溫再熱器出口聯(lián)箱至汽輪機(jī)中壓缸耗時(shí)約8 秒。結(jié)合一次調(diào)頻的響應(yīng)要求，在一次調(diào)頻測(cè)試過(guò)程中要滿足0～15 秒鐘的響應(yīng)指數(shù)，需要在7秒增加2.64MW 負(fù)荷，相當(dāng)于負(fù)荷率22.62MW/min。

表2

3.3 低壓缸的延時(shí)作用

背壓機(jī)供熱從110t/h 減少至30t/h，理論上增加主機(jī)負(fù)荷23.6MW，這個(gè)負(fù)荷是中壓缸和低壓缸共同作用的結(jié)果，實(shí)際運(yùn)行中，蒸汽經(jīng)過(guò)中壓缸后才能在低壓缸中做功，蒸汽進(jìn)入低壓缸中做功具有一定的延時(shí)作用，一定程度上增加了滿足0～15 秒鐘的一次調(diào)頻響應(yīng)指數(shù)的困難。

4 結(jié)論與建議

①背壓機(jī)減少蒸汽量能加快一次調(diào)頻響應(yīng)，蒸汽量減少的越多，加快效應(yīng)越明顯。背壓機(jī)供熱從110t/h 減少至30t/h，能增加主機(jī)負(fù)荷23.6MW，若增加負(fù)荷率不低于22.6MW/min，可以滿足一次調(diào)頻試驗(yàn)。實(shí)際調(diào)節(jié)過(guò)程能否達(dá)到這一負(fù)荷變動(dòng)率需要看實(shí)際調(diào)整效果。

②采用背壓機(jī)調(diào)整蒸汽量來(lái)響應(yīng)一次調(diào)頻需要其他方式配合，尤其在一次調(diào)頻啟動(dòng)的前15 秒。

③采用調(diào)整背壓機(jī)供汽量來(lái)參與主機(jī)一次調(diào)頻是單方向行為。只能在機(jī)組“增負(fù)荷”過(guò)程中使用，在機(jī)組“減負(fù)荷”時(shí)不能使用。

④當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低于75%額定負(fù)荷后，供熱由背壓機(jī)和背壓機(jī)旁路兩部分組成，當(dāng)一次調(diào)頻觸發(fā)后，調(diào)整背壓機(jī)進(jìn)汽調(diào)閥外還需要調(diào)整背壓機(jī)旁路調(diào)閥，控制復(fù)雜化。

⑤因供熱管路容積大，瞬時(shí)改變背壓機(jī)進(jìn)汽量不會(huì)立即影響供熱用戶的蒸汽參數(shù)，但一次調(diào)頻結(jié)束后背壓機(jī)恢復(fù)供汽的過(guò)程是一個(gè)加大供汽量的過(guò)程，這對(duì)背壓機(jī)排汽壓力控制提出更高的要求。