淺談火電機組AGC輔助調頻控制策略

張仁聰

（湛江中粵能源有限公司，廣東 湛江 524000）

0 引言

隨著電力市場的改革不斷推進，南方電網根據自身的特點，以廣東為試點現貨電力市場將逐漸放開，AGC輔助調頻交易服務作為現貨市場的有效補充先行進入正常運行，由于輔助調頻還處于起步階段，很多控制手段還不成熟，而亞臨界火電機組具有其本身的特性，各種控制方式的使用仍需進一步優化，火電機組將面臨新一輪電力市場改革的挑戰。

眾所周知，頻率是電能質量的重要指標，而維持頻率穩定，其本質是發電與用電的實時平衡。然而由于南方電網新能源占比較高，而新能源又容易受到天氣等客觀因素的影響，用電側負荷也存在明顯的峰谷效應，頻率變化比較大，這些都會明顯地影響電網的穩定運行。為了適應電網的頻率波動，火電機組作為電力市場的壓箱石必須具有較強的輔助調頻能力來穩定市場，火電機組只有具有了快速變負荷的能力，才能在AGC輔助調頻市場中獲得相應的收益，但隨之而來的是燃料量的大幅波動，進而汽溫汽壓的變化會更加劇烈，必須采取更為有效的手段來保證機組運行的穩定。為了提高機組穩定運行的能力，提前引入了先控控制分別對主再熱汽溫和燃料量進行控制，但隨著運行的不斷深入還是有新的問題不斷暴露出來，需要我們提前進行干預、及時處理才能保證安全穩定[1]。

1 問題與控制措施

1.1 低負荷段

低負荷時調頻中標，經常碰到機組計劃負荷曲線300MW甚至240MW調頻情況。這時由于磨煤機給粉量下降明顯，容易造成火檢波動，導致磨煤機失火跳閘，面對這類情況，應該及時投運等離子穩燃，投運等離子時應注意避開使用外貿煤的磨煤機并注意監視燃燒器壁溫，防止出現壁溫突升的情況，尤其當D層燃燒器D1、D3存在結焦的情況時，投入D層等離子應謹慎。計劃負荷曲線240MW調頻過大時，經常會遇到由于壓力過調造成負荷下降至220MW的情況,壓力閉鎖加負荷造成負荷偏差，此時應適當調整各制粉系統偏置，并調整配風提高火焰中心，提高鍋爐對于低負荷的適應性。負荷300MW以下由于送風機動葉開度閉鎖，氧量過大造成脫硝入口濃度突變，自動跟蹤不及時容易造成排放超標，此時可根據運行需要將脫硝切制手動控制，必要時可停運一臺磨煤機保持三臺磨運行；而調頻幅度比較大時三臺磨煤機出力受限無法滿足需要，此時應適當提高一次風壓，所以必須提前做好上煤計劃以滿足低負荷時運行的需要。300MW向下調頻時由于汽動給水泵流量減小，可能造最小流量閥突然打開，運行人員應提前在300MW負荷左右時將其開啟至30%左右，操作時必須緩慢，保持汽包水位穩定，防止由于波動過大，汽動給水泵跳出鍋爐遙控；另外在低負荷運行時應注意凝結水泵永磁裝置不應設定過小電流，注意凝結水泵聯啟條件，防止備用凝結水泵聯啟。

1.2 中負荷段

中負荷段調頻中標，由于機組制粉系統出力不同，容易造成堵磨或者出力受限的情況。如果先控不投入燃料量過調容易造成堵磨，投入先控時由于最高燃料量閉鎖；如果調頻幅度比較大，由于燃燒熱量不足造成負荷受限產生負荷偏差，此時應適當增大送風量，保證燃燒充分并維持較高的汽壓減少燃料用量，必要時根據估算燃料量可以提前啟動一臺磨煤機運行[2]。在中負荷階段，調頻較快時由于爐膛內部空氣動力場變化大，容易造成局部缺氧的情況出現；磨煤機出力過大時，煤粉無法完全燃燒，爐膛火焰中心上移，另外因二次風箱與爐膛的壓差過小，中負荷段送風機出口壓力約0.3kPa，二次風經燃燒器后卷吸高溫煙氣的功能較弱，也會導致煤粉燃盡時間推后，火焰中心上移，同時燃盡風的風箱壓力過低，燃盡風剛性不足不能貫穿整個爐膛，無法很好地壓制火焰中心上移，容易造成屏式過熱器金屬壁溫局部超溫。這時可提前增大送風量，并適當調整燃燒區域的配風保證風量均勻，防止超溫的發生，必要時可提前降低汽溫，待燃燒穩定后再提高汽溫運行，另外可以通過調整一次風壓，利用備用磨煤機的通風來補充氧量等方法調整爐膛的空氣動力場，保證燃燒均勻穩定。汽輪機中負荷段調頻過大，可能會出現閥位切換的情況，運行人員應加強監視，協調溝通，按要求擇機將汽輪機閥位切換至規定運行模式，并監視好機組軸承振動、金屬溫度、低壓缸軸封減溫水后溫度等參數。中負荷階段由于調頻過大，減溫水流量變化大，汽動給水泵的出力處于穩定和上升期，減溫水量大幅波動容易造成汽包水位波動，引發汽包事故放水門頻繁動作，使補水率升高，此時應利用機組慣性較大的特點，盡量保持減溫水穩定，防止水量波動過大。

1.3 高負荷段

高負荷段調頻運行時可能由于制粉系統出力受限造成負荷受限（五臺磨運行），此時應保持較高一次風壓，有備用磨時盡量保持六臺磨運行，避免高負荷時發生堵磨的情況出現。由于亞臨界鍋爐壓力變化存在一定的滯后性，壓力上升后趨勢比較難控制，容易造成超壓，此時可根據壓力變化趨勢切制定壓控制后降低壓力，并提高壓力變化速率，待趨勢穩定后再恢復正常壓力運行，高負荷時保持適當風量，并防止風量過大造成壓力過高。當電除塵或空預器堵塞時由于引風機出力受限，會造成風量不足，長期高負荷時燃燒不完全，會進一步惡化缺氧的狀況，針對這種情況應提前做好上煤方案多用高熱值煤，保證氧量充足，提前吹灰，使引風機全壓保持在允許的范圍內，必要時可適當減低機組負荷變化速率，保證機組安全；如果機組長時間缺氧運行，影響安全，可聯系總調調度員適當降低負荷，待燃燒穩定后再加負荷至目標值。在使用高熱值煤的情況下，煤的灰分較大時，應在保證不發生堵磨的情況下，盡量降低一次風壓，增加送風量，開大下層燃盡風，降低爐膛火焰中心，同時把灰分較高的煤安排在下層磨煤機使用，確保燃燒完全；定壓控制時可適當提高蒸汽壓力減少燃料用量，使磨煤機給粉均勻，提高燃燼率，改善爐內燃燒狀況，必要時根據規程規定降低汽溫運行，防止金屬壁溫超限。另外目前機組存在一次風機及引風機動葉卡澀的情況，如果調頻運行中調頻量過大，容易造成兩臺一次風機或者引風機動葉偏差大退出自動調節的現象，閉鎖負荷增減，此時爐側值班員應及時根據當前負荷情況及時調整動葉開度，使風機電流平衡，調整過程應仔細緩慢，并使風機出力與負荷相匹配，防止投入后由于與需求偏差較大而再次跳出自動，此外若風機動葉卡澀嚴重，而備用液壓油泵沒有運行，啟動液壓油泵前應先退出機組AGC，將正常運行的風機動葉開度調整至與動葉卡澀的風機相一致，并保證動葉卡澀的風機動葉指令與反饋一致后再啟動，同時聯系巡檢檢查就地情況及油泵運行情況并通知專業點檢人員協助處理，防止風機動葉突變造成風機失速擴大事故；動葉調整正常投入自動后應嚴密監視風機自動調節情況及風壓、氧量偏置設定數值，保證爐膛負壓在正常范圍內。另外機組汽輪機長期存在調門掉落的風險，高負荷調門掉落時嚴重威脅機組安全，機組各位值班員應做好調門異常事故預想，熟悉事故處理的操作要點，防患于未然[3]。

1.4 AGC負荷異常

機組運行時參數設置的調頻量是47.5MW，AGC設置參數機組AGC負荷步長均為50MW，當南網下發調度目標值超過50MW，DCS發目標越線報警，當機組的實際功率值與南網下發的調度目標值相差超過60 MW時延時1min，自動退出機組AGC，此時會產生考核電量，遇到這種情況時應該及時調整煤量偏置和燃燒，通過人為干預適當匹配負荷量并及時和調度聯系溝通盡快投入AGC控制，同時要求自動化專業根據電網調度規范盡快優化AGC控制模式，減小因負荷偏差成AGC退出的情況。

1.5 機組負荷跟蹤不到位

負荷調頻量過大，上下兩個步長相加是100MW，必然引起主汽壓力的波動，雖然調試時按照偏差0.3MPa控制，但實際運行中的汽壓波動量遠超該值，按照AGC輔助調頻市場規范，機組主汽壓力給定值與實際值偏差大于0.6MPa時，閉鎖汽機調門關小減負荷或閉鎖汽機調門開大增負荷，導致機組負荷跟蹤變化響應不到位，此時可以將滑壓切制定壓控制運行，同時改大壓力變化速率待壓力偏差減小后再投入滑壓運行。先控投入自動控制，磨煤機運行總燃料量高低限鎖定，制粉系統出力受到限制，導致機組負荷跟蹤慢；另外機組升負荷至目標值末段，煤量增加速率快，部分磨煤機出力超過50t/h后會出現各粉管帶粉量偏差大的情況，造成燃燒熱不能及時釋放，影響機組負荷的跟蹤，此時在保證機組安全的情況，應手動增加送風量保證燃燒完全，來適應爐內熱量的需求變化，所以盡快和熱工協商優化CCS先控控制模式，提高主汽壓力偏差閉鎖汽機調門增減的偏差值，縮短給煤量變化響應時間。

1.6 汽包水位波動大

調頻動作頻繁或者幅度較大時，鍋爐內燃燒工況擺動大，主汽壓力波動也大，從而造成汽包水位波動劇烈，汽包事故放水門經常開啟，尤其當汽溫先控系統監控的壁溫測點達到報警時，減溫水的大幅波動也會對給水流量的調節帶來較大的干擾，所以當汽溫先控系統監控的壁溫測點在達到報警時，必須密切留意汽包水位的調整情況，必要時手動調整減溫水量，調整時應盡量避免大幅調整減溫水調節門，防止擾動疊加，造成汽包水位事故。

1.7 主汽壓力升高過快

在AGC大幅度增加負荷后，總煤量大幅度增加，負荷降低后，煤量快速降低，磨煤機通風阻力降低，瞬間大量煤粉吹進爐膛，此時爐膛熱負荷遠超當前機組實際需求，主汽壓力快速升高，高調門關小，造成壓力進一步上升，同時由于減溫水量增加給水泵轉速提高出口壓力增大，減溫水量回調過快造成給水母管壓力升高，汽包壓力也隨之升高，汽壓升高速度加快。為此在高負荷段時，將負荷變化率適當降低防止煤量大幅波動造成超壓，同時根據汽壓變化情況將機組主蒸汽壓力控制模式切至定壓運行，并適當減小風量，發生堵磨時磨煤機切至手動，手動逐步調低煤量，緩慢吹通，防止磨煤機帶粉量突變，減小對燃燒的擾動，同時安排專人調整汽溫防止減溫水變化過快[4-5]。

2 影響機組參與輔助調頻市場的各種缺陷

2.1 制粉系統

煤量低時磨煤機振動大，低負荷時火檢波動大、磨煤機密封風差壓低，低負荷時三臺磨運行可以有效解決以上問題，但是三臺磨運行時，不能滿足機組負荷300MW上調至350MW的要求。煤量頻繁大幅度波動，磨煤機石子煤偏多；加負荷的時候煤量偏高，造成磨煤機堵磨；減負荷的時候煤量偏低，造成磨煤機振動大和出口溫度升高。煤量大幅波動，磨煤機煤粉細度無法保證，燃燒不穩定，飛灰大。

2.2 風煙系統

高負荷的時候引風機入口壓力（接近-7000Pa），出口全壓偏大（接近11000Pa），嚴重影響機組安全。送風機、一次風機、引風機存在明顯的動葉卡澀缺陷，跟蹤不及時會導致動葉自動控制退出。送風機跟蹤動作不及時，導致快速加負荷時鍋爐氧量不足，導致主再熱壁溫容易超溫。一次風機跟蹤動作不及時，或過調時間過長，導致一次風壓過低，容易造成磨煤機風量低甚至堵磨。

2.3 主再熱蒸汽系統

金屬壁溫容易超溫，主再熱蒸汽溫度容易超溫，嚴重影響機組帶負荷能力威脅機組安全。過熱器一級減溫水調門的調節特性較差，經常存在動作不及時或不動作的情況。再熱器事故減溫水調整內漏明顯，影響汽溫合格率[5]。

3 總結

輔助調頻市場正式運行后，對機組運行人員的操作技能將是一個極大的挑戰，同時消缺與控制優化必須做到與時俱進，如上所說對于風機動葉卡澀的問題和磨煤機出力等問題必須建立完善的臺賬制度，策劃合理的檢修周期保證設備的正常運轉，同時對于減溫水調節控制機組壓力控制負荷控制及先控系統算法必須進一步優化，才能保證機組參數控制更加合理有效，才能真正地在輔助調頻市場上獲取收益。

4 結語

根據時間推算，在一定的時間段內AGC輔助調頻將成為常態，這要求火電機組必須主動求變以適應新的市場規則，來獲得電力經營中新的收益點，但隨之而來的是運行方式的復雜化，相應的配套設施與輔助工作也要不斷推進，設備折舊率加快，需要更為系統的檢修策劃更加及時地消缺，才能保證設備與系統的長期穩定，這些投入對于AGC輔助調頻市場的收益也會產生一定的對沖作用，稀釋收益率，必須進行有效的損益評估以此來保證企業的盈利能力。后期現貨市場作為電力市場改革的主體也將逐步進入市場，而配套的儲能裝置也將引入，這會使電力運行進一步復雜化精細化。所以新的挑戰已經在路上，火電企業的改革轉型之路任重而道遠。