淺議聯(lián)合循環(huán)機(jī)組自動發(fā)電控制運(yùn)行

馬傳慶 盧 璇

（1.中海海南發(fā)電有限公司，海南 洋浦578201；2.中國核電工程有限公司，中國 北京100840）

淺議聯(lián)合循環(huán)機(jī)組自動發(fā)電控制運(yùn)行

馬傳慶1盧 璇2

（1.中海海南發(fā)電有限公司，海南 洋浦578201；2.中國核電工程有限公司，中國 北京100840）

本文對洋浦電廠聯(lián)合循環(huán)機(jī)組自動發(fā)電控制功能及其負(fù)荷調(diào)節(jié)特性簡單評議，總結(jié)自動發(fā)電控制運(yùn)行功能的特點，分析自動發(fā)電控制運(yùn)行過程出現(xiàn)的問題及應(yīng)對處理。

聯(lián)合循環(huán)；負(fù)荷調(diào)節(jié)；自動發(fā)電控制

0 引言

目前海南電網(wǎng)仍屬“大機(jī)小網(wǎng)”，電網(wǎng)容量較小，日峰谷差較大。聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的特點是啟動快、調(diào)峰能力強(qiáng)、運(yùn)行方式多。實現(xiàn)自動發(fā)電控制，對發(fā)揮燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)的優(yōu)勢和保證電網(wǎng)安全運(yùn)行具有重要的意義。

1 機(jī)組的主要配置

洋浦電廠擁有兩套聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，總裝機(jī)容量440MW，燃?xì)廨啓C(jī)為西門子生產(chǎn)的V94.2重型燃機(jī)，以燃用天然氣并執(zhí)行調(diào)峰運(yùn)行。兩臺杭鍋廠設(shè)計制造的雙汽、雙壓帶除氧無補(bǔ)燃式自然循環(huán)余熱鍋爐，相對配套的兩臺哈汽生產(chǎn)的雙壓、單軸、單缸、沖動、凝汽式汽輪機(jī)組。

2 AGC調(diào)節(jié)功能簡議

2.1 AGC調(diào)節(jié)功能原理與運(yùn)行方式

海南電網(wǎng)容量較小，峰谷差較大，負(fù)荷變動較大，機(jī)組時常投入AGC運(yùn)行。AGC控制，即在確定的控制區(qū)域內(nèi)，當(dāng)電力系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時，通過遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)控制發(fā)電機(jī)組的有功功率，維持系統(tǒng)頻率在允許范圍內(nèi)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)有功功率過程的平衡[1]。海南電網(wǎng)目前為孤網(wǎng)運(yùn)行，因此AGC控制策略主要采用定頻率控制模式。

燃?xì)廨啓C(jī)AGC控制主要由分布式控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，DCS通過遠(yuǎn)動終端系統(tǒng)實現(xiàn)與中調(diào)能量管理系統(tǒng)聯(lián)系，向中調(diào)EMS系統(tǒng)發(fā)送機(jī)組各種實時參數(shù)，并接受AGC實時指令。DCS在接受中調(diào)的負(fù)荷指令后，通過DCS完成對燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷的控制，使機(jī)組負(fù)荷達(dá)到AGC指令的要求。DCS負(fù)荷控制站在DCS操作站頁面中，有專門設(shè)置的“AGC SIGNAL EXCHANGE”，是操作員與DCS進(jìn)行機(jī)組AGC遠(yuǎn)方/就地切換的人/機(jī)接口。操作員通過這個畫面站，控制本機(jī)組AGC投入和退出，監(jiān)視中調(diào)EMS系統(tǒng)下發(fā)負(fù)荷指令。簡單循環(huán)或聯(lián)合循環(huán)均只能在燃?xì)廨啓C(jī)上投AGC運(yùn)行，余熱機(jī)組采用滑壓的運(yùn)行方式。

2.2 AGC的通訊方式

目前中調(diào)EMS系統(tǒng)與洋浦電廠采用ZEC/01通信規(guī)約進(jìn)行通信，通過RTU實現(xiàn)對電廠機(jī)組實時運(yùn)行信息的采集和負(fù)荷指令的下發(fā)。AGC指令信號是中調(diào)EMS系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷產(chǎn)生的被控機(jī)組的目標(biāo)功率，將RTU裝置接受到的控制信號轉(zhuǎn)換成4～20mA信號送至發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，進(jìn)而實現(xiàn)對燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)方控制[2]。

3 機(jī)組參與AGC負(fù)荷調(diào)節(jié)

3.1 機(jī)組調(diào)頻控制方式

在就地控制模式下，燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)頻控制方式主要是通過頻率影響控制器來實現(xiàn)的。機(jī)組的頻率影響控制器在機(jī)組帶80MW-168MW負(fù)荷起調(diào)頻作用，燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷低于84MW時，只保留低頻加負(fù)荷功能，當(dāng)系統(tǒng)頻率在48.88Hz～50.12Hz范圍內(nèi)不起作用。一次調(diào)頻模式與AGC模式可以同時投入，AGC調(diào)節(jié)范圍為35MW-168MW。該控制器不斷計算前十分鐘系統(tǒng)的平均頻率，如果實際頻率與平均頻率有偏差，才會調(diào)整負(fù)荷[3]。頻率影響控制器的投入操作為：打開“FPEQUENCY INELUENCE”窗口，選擇“ON”投入，選擇“OFF”退出。根據(jù)目前海南電網(wǎng)運(yùn)行方式和中調(diào)要求，帶基荷連續(xù)運(yùn)行的機(jī)組一般情況下投此控制器。除此方式外，燃?xì)廨啓C(jī)還有高頻自動減負(fù)荷的控制能力，當(dāng)系統(tǒng)頻率超過50.5Hz，燃?xì)廨啓C(jī)會自動減負(fù)荷，直到頻率下降到50.5Hz以下為止。

3.2 燃機(jī)調(diào)整功率與汽機(jī)跟隨運(yùn)行

聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行方式時，為考慮提高聯(lián)合循環(huán)機(jī)組AGC的調(diào)節(jié)范圍和電網(wǎng)切機(jī)所需的負(fù)荷容量，單臺燃機(jī)AGC控制調(diào)節(jié)的最低負(fù)荷為35MW，額定工況下最高為138MW。燃?xì)廨啓C(jī)加載負(fù)荷速率為11MW/ min，調(diào)節(jié)死區(qū)為0～1MW，AGC調(diào)節(jié)的低時限為電網(wǎng)頻率低于49.9Hz，高時限為電網(wǎng)頻率高于50.1Hz，通過AGC調(diào)節(jié)保持電網(wǎng)頻率維持在50.0Hz運(yùn)行。因只能在燃機(jī)上投入AGC運(yùn)行和余熱機(jī)組采用滑壓的運(yùn)行方式，燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷上升或下降時，汽輪機(jī)的負(fù)荷也隨之上升或下降，但由于余熱機(jī)組調(diào)節(jié)的滯后，燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷經(jīng)變化達(dá)到一定穩(wěn)定值后，汽機(jī)負(fù)荷還需經(jīng)過一段時間的調(diào)整，才能達(dá)到負(fù)荷穩(wěn)定。

4 AGC投入運(yùn)行問題分析

4.1 鍋爐水位、凝器水位與AGC負(fù)荷率控制

機(jī)組投入AGC運(yùn)行，隨著負(fù)荷的變化，余熱鍋爐汽包水位也跟著變化。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷快速下降，排氣流量和排氣溫度急劇下降，鍋爐蒸發(fā)量減少，主蒸汽流量減少；同時汽包壓力快速下降，使汽包出現(xiàn)上升的虛假水位。盡管自動給水調(diào)節(jié)會關(guān)小給水閥門，但調(diào)節(jié)反應(yīng)時間相對滯后。同樣，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷快速上降，主蒸汽流量增大，大量蒸汽排入凝汽器，容易造成凝汽器水位升高，盡管給水調(diào)節(jié)投入自動，還是相對滯后。因此，運(yùn)行時要求運(yùn)行值班人員時刻關(guān)注水位的變化，及時進(jìn)行調(diào)節(jié)處理，特別是AGC投入運(yùn)行后，負(fù)荷大幅度變化，容易引起水位較大幅度的波動，危機(jī)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 主汽壓力與AGC負(fù)荷率關(guān)系

聯(lián)合循環(huán)投入AGC正常運(yùn)行時，汽機(jī)為滑壓方式運(yùn)行，主汽門和調(diào)門全開，旁路全關(guān)，也即全周進(jìn)汽。由于這種運(yùn)行方式，特別是在汽機(jī)在啟停過程中，要求主汽壓力的變化率不能大于300kPa/min，溫度的變化率不能超過5℃/min，否則將影響汽機(jī)設(shè)備壽命。海南電網(wǎng)屬于孤網(wǎng)運(yùn)行，機(jī)組登峰運(yùn)行時的負(fù)荷需求量較大，因此在機(jī)組啟動過程中一般不能投入AGC運(yùn)行。

4.3 汽機(jī)負(fù)荷與燃機(jī)AGC負(fù)荷率關(guān)系

汽機(jī)負(fù)荷變化起始滯后于燃?xì)廨啓C(jī)達(dá)半小時以上。這是因為汽機(jī)滑壓運(yùn)行，其負(fù)荷取決于鍋爐，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷變化時又通過鍋爐蒸汽參數(shù)的改變，使汽機(jī)負(fù)荷變化，由于鍋爐的熱惰性，汽機(jī)負(fù)荷變化肯定有一個滯后過程。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)AGC調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，汽機(jī)負(fù)荷還將有5MW左右的負(fù)荷變動，這反過來又影響AGC的調(diào)節(jié)。因此，為保持整個電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定運(yùn)行，需要各投入AGC運(yùn)行機(jī)組參與全網(wǎng)調(diào)頻，保持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，為避免AGC在投退的過程中引起較大負(fù)荷的擾動，應(yīng)盡量在機(jī)組實發(fā)負(fù)荷與調(diào)度負(fù)荷接近時再進(jìn)行AGC的投退。

4.4 燃機(jī)基本負(fù)荷與AGC特性的關(guān)系

燃?xì)廨啓C(jī)投入AGC運(yùn)行后，AGC調(diào)節(jié)的最低負(fù)荷為35MW，最高負(fù)荷為燃?xì)廨啓C(jī)基本負(fù)為138MW。但實際上燃?xì)廨啓C(jī)基本負(fù)荷并不是固定不變的，它隨著大氣溫度變化而變化，在冬天，燃?xì)廨啓C(jī)基本負(fù)荷可達(dá)到140MW，在炎熱的夏天，基本負(fù)荷只能達(dá)到120MW。如果AGC調(diào)節(jié)所設(shè)定最大負(fù)荷過高，超出了燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的出力范圍，燃?xì)廨啓C(jī)就會進(jìn)入溫度控制，限制機(jī)組的出力并自動調(diào)整機(jī)組的最大出力運(yùn)行。正是由于這些特點，在對整個聯(lián)合循環(huán)機(jī)組進(jìn)行AGC控制時，應(yīng)根據(jù)大氣溫度的情況及時修定AGC調(diào)節(jié)的最高負(fù)荷，避免因機(jī)組的出力不夠限制AGC的調(diào)節(jié)，從而影響機(jī)組調(diào)節(jié)頻率的品質(zhì)。

5 結(jié)語

投入AGC系統(tǒng)運(yùn)行以來表明，該系統(tǒng)運(yùn)行功能滿足聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的安全性要求，具有較好的控制品質(zhì)。

［1］高伏英.自動發(fā)電控制基本原理及應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社,2001:26-29.

［2］余文獻(xiàn),盛得仁.自動發(fā)電控制結(jié)構(gòu)分析及實際應(yīng)用[J].華東電力,2005,4(2):15-16.

［3］李正凡.AGC功能完善優(yōu)化與運(yùn)行實踐[J].云南電力技術(shù),2002,12(3):18-20.

［責(zé)任編輯：朱麗娜］

馬傳慶（1980.03—），男，華北電力大學(xué)（北京），碩士，中級職稱，洋浦電廠運(yùn)行技術(shù)總監(jiān)。