330MW機組負(fù)荷波動原因分析及優(yōu)化策略

李克雷，李元元，高　嵩，李　軍，龐向坤

（1．國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟南　250003；2.山東魯能智能技術(shù)有限公司，濟南　250101）

330MW機組負(fù)荷波動原因分析及優(yōu)化策略

李克雷1，李元元2，高嵩1，李軍1，龐向坤1

（1．國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟南250003；2.山東魯能智能技術(shù)有限公司，濟南250101）

針對鄒縣發(fā)電廠3號機組負(fù)荷波動問題，對DEH系統(tǒng)控制回路、負(fù)荷控制回路等動態(tài)控制品質(zhì)進行試驗。結(jié)果表明，造成機組負(fù)荷波動原因為DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)中閥門管理特性曲線參數(shù)設(shè)置與機組大修后現(xiàn)場實際不對應(yīng)，閥門開度與通過閥門的蒸汽流量不對應(yīng)。通過在線試驗對閥門流量特性曲線函數(shù)進行修正，負(fù)荷波動問題明顯改善。

DEH控制；負(fù)荷波動；流量特性

0　引言

根據(jù)山東電力調(diào)度運行規(guī)定，200MW及以上機組必須具備AGC功能，且一次調(diào)頻機組要求能夠快速地響應(yīng)電網(wǎng)頻率的波動，這對發(fā)電企業(yè)的控制系統(tǒng)提出了更高的要求。2012年華北電監(jiān)局頒布的《華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實施細(xì)則》及《華北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細(xì)則》（以下稱“兩個細(xì)則”）要求機組AGC響應(yīng)速率、響應(yīng)精度都應(yīng)滿足要求，一次調(diào)頻正確動作率應(yīng)達(dá)到80%以上。這要求機組汽輪機高壓調(diào)節(jié)閥門能夠快速對機組負(fù)荷變化做出響應(yīng)。而某些機組高壓調(diào)節(jié)閥門的負(fù)荷響應(yīng)速度提高時，極易產(chǎn)生機組有功功率過調(diào)或欠調(diào)，引起機組負(fù)荷不穩(wěn)定，從而對電網(wǎng)負(fù)荷穩(wěn)定產(chǎn)生一定影響。

以華電鄒縣電廠330MW機組為例，機組負(fù)荷控制過程中產(chǎn)生的負(fù)荷振蕩，當(dāng)機組壓力為11.6MPa，負(fù)荷為273MW時發(fā)生±10MW的負(fù)荷波動，影響機組AGC控制指標(biāo)，甚至存在退出AGC控制的現(xiàn)象。此過程中機組高壓調(diào)節(jié)閥門GV5/GV6/GV7/GV8多個開度點出現(xiàn)發(fā)散性振蕩現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1　閥門流量曲線對負(fù)荷的影響

1　問題分析

1.1電網(wǎng)AGC控制要求

華北電網(wǎng)“兩個細(xì)則”對發(fā)電企業(yè)的考核系統(tǒng)，對電廠經(jīng)濟效益產(chǎn)生較大的影響，要求電廠提高機組調(diào)節(jié)品質(zhì)，滿足電網(wǎng)對負(fù)荷響應(yīng)的快速性和穩(wěn)定性要求。目前，省調(diào)AGC控制系統(tǒng)給每臺機組單次下發(fā)的命令偏差（即負(fù)荷變化幅值）主要分為3MW、6MW、10MW，其中300MW級及以下機組一般設(shè)置為3MW，個別電廠為5MW；600MW以上機組根據(jù)具體試驗情況設(shè)置為6～10MW。根據(jù)規(guī)定要求發(fā)電機組汽機主控參數(shù)能夠有較快的響應(yīng)速度和控制精度，及時、準(zhǔn)確地響應(yīng)AGC指令。其中汽輪機調(diào)功的實現(xiàn)方法是汽輪機主控回路根據(jù)負(fù)荷偏差控制汽輪機高壓調(diào)節(jié)閥門動作，快速調(diào)節(jié)汽輪機的進汽量，進而實現(xiàn)機組負(fù)荷的快速響應(yīng)。

目前火電機組基本采用基于鍋爐跟隨的協(xié)調(diào)控制方式，即鍋爐控制機組主蒸汽壓力，汽輪機控制發(fā)電功率［1］。汽輪機高調(diào)門流量特性的優(yōu)劣直接關(guān)系到發(fā)電機組的控制品質(zhì)和調(diào)節(jié)性能等問題，具有重要的研究意義。

1.2電網(wǎng)一次調(diào)頻控制要求

一次調(diào)頻是指汽輪機調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化自動調(diào)節(jié)汽門開度［2］，改變汽輪機功率以適應(yīng)負(fù)荷變化。由鍋爐蓄能支持一次調(diào)頻的能量，以適應(yīng)快速、小幅度的負(fù)荷變化。這就對機組汽機高壓調(diào)節(jié)閥門線性度有較高的要求。

所以，在“兩個細(xì)則”的嚴(yán)格要求下，機組設(shè)備都接近于高效運行。通過單純的調(diào)節(jié)PID參數(shù)無法達(dá)到預(yù)期效果，嚴(yán)重影響機組的變負(fù)荷能力和一次調(diào)頻性能［3］。

2　DEH閥門流量特性局部優(yōu)化及在線試驗

為確定負(fù)荷振蕩是否由控制品質(zhì)不好造成，在振蕩現(xiàn)象以外工況，進行負(fù)荷擾動試驗。在不同負(fù)荷擾動（5MW、10MW、20MW）作用下，實際負(fù)荷跟蹤給定負(fù)荷良好，不同擾動下超調(diào)量為1～2MW，滿足控制要求。在負(fù)荷無擾動情況下，實際負(fù)荷波動小于0.4MW，且無顯著振蕩現(xiàn)象，表明調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制效果良好，由此可排除協(xié)調(diào)控制回路中調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或設(shè)計原因造成的調(diào)節(jié)品質(zhì)差。

DEH閥門流量特性曲線校正函數(shù)為一個重要的函數(shù)，在DEH邏輯中其為閥門開度與通過閥門的蒸汽流量的對應(yīng)關(guān)系［4］。如圖2所示，其中f1（x）、f2（x）…f8（x）為DEH閥門管理程序中各高調(diào)門流量特性曲線校正函數(shù)。

圖2　DEH閥門管理程序示意

在機組汽輪機大修過程中調(diào)門進行解體檢修后，調(diào)門的流量特性線性度降低，高調(diào)門的原流量特性與調(diào)門實際流量特性產(chǎn)生較大差異，造成汽機高調(diào)門開度欠調(diào)或超調(diào)，從而機組出現(xiàn)負(fù)荷振蕩現(xiàn)象。如仍然按照原有閥門流量特性參數(shù)進行主蒸汽流量調(diào)節(jié)，將會造成實際流量達(dá)不到或超過蒸汽流量需求值，從而引起機組流量出現(xiàn)遲滯、突變或保持等現(xiàn)象，進而造成調(diào)門抖動、機組負(fù)荷響應(yīng)振蕩或緩慢。因此，需優(yōu)化多閥狀態(tài)下調(diào)門的流量特性，保障機組穩(wěn)定可靠運行。

2.1汽輪機高壓調(diào)節(jié)閥門流量特性局部優(yōu)化

機組汽輪機順序閥的開啟順序為：首先1號、2號、3號、4號高壓調(diào)門同時開啟至接近全開，然后開啟5號、6號高壓調(diào)門至接近全開，最后開啟7號、8號高壓調(diào)門。該機組出現(xiàn)負(fù)荷振蕩時，通過圖1可以發(fā)現(xiàn)GV5/GV6調(diào)門在30%開度出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。機組原GV1/GV2/GV3/GV4、原GV5/GV6和GV7/GV8閥門特性曲線分別如表1和表2所示。

表1　原GV1/GV2/GV3/GV4閥門流量特性曲線數(shù)據(jù)　%

GV5/GV6閥門流量在28.89%至100%范圍內(nèi)，將調(diào)門在30%左右的特性進行平緩化處理。圖1中GV7/GV8調(diào)門在GV5/GV6振蕩過程同樣開啟且發(fā)生振蕩，故減小與GV5/GV6的重疊度。優(yōu)化后的流量特性曲線如表3所示。

表2　原GV5/GV6和GV7/GV8閥門流量特性曲線數(shù)據(jù)　%

表3　優(yōu)化后GV5/GV6和GV7/GV8閥門流量特性數(shù)據(jù)　%

優(yōu)化前后GV5/GV6與GV7/GV8特性曲線如圖3所示。

圖3　優(yōu)化前后GV5/GV6與GV7/GV8特性曲線對比

通過閥門流量特性局部優(yōu)化后，振蕩現(xiàn)象只是稍微減弱，仍存在發(fā)散性振蕩，且在GV5/GV6的45%附近增加出現(xiàn)新的振蕩現(xiàn)象。由此判斷，大修后機組高壓調(diào)節(jié)閥門流量特性發(fā)生較大的變化，通過局部流量特性優(yōu)化，無法得到理想的優(yōu)化效果，需要進行高壓調(diào)節(jié)閥門流量特性在線試驗，從而實現(xiàn)閥門流量特性的整體優(yōu)化。

2.2汽輪機高壓調(diào)節(jié)閥門流量特性在線試驗

為了提高機組運行經(jīng)濟性，減少節(jié)能損失，高調(diào)門采用順序閥控制方式。機組當(dāng)GV1/GV2/GV3/GV4調(diào)門處于全開狀態(tài)，GV5/GV6和GV7/GV8調(diào)門特性參數(shù)不合適，進行了高壓調(diào)節(jié)閥門流量特性曲線試驗，GV1/ GV2/GV3/GV4閥門流量特性曲線參數(shù)保持不變。

具體實施方案如下。

首先，解除機組AGC，切除一次調(diào)頻投入回路，在順序閥方式下，機組投入CCS控制方式，逐漸增加機組負(fù)荷至8個高壓調(diào)節(jié)閥門全開，保證機組電負(fù)荷不超發(fā)、鍋爐、汽機主要參數(shù)正常，并記錄此工況下的鍋爐主汽壓力作為試驗時需保持的壓力值。切除CCS控制方式和DEH遠(yuǎn)方遙控方式，保持DEH在閥控方式，主汽壓力定壓投入自動控制。鍋爐在整個試驗過程中維持一個恒定的主蒸汽壓力，

然后強制GV7/GV8指令逐步關(guān)閉，在調(diào)門的非線性區(qū)域每關(guān)5%停留，線性區(qū)域每關(guān)1%停留，待主汽壓力穩(wěn)定至恒定值后，記錄此時的GV7/GV8指令、主蒸汽壓力、機組負(fù)荷，直至GV7/GV8全關(guān)，保持GV7/GV8全關(guān)，將GV5/GV6指令逐步關(guān)閉，在調(diào)門的非線性區(qū)域每關(guān)5%停留，線性區(qū)域每關(guān)1%停留，待主汽壓力穩(wěn)定至恒定值后，記錄此時的GV5/GV6指令、主蒸汽壓力、機組負(fù)荷，直至GV5/ GV6全關(guān)。最后在保持機組主要參數(shù)穩(wěn)定的前提下，逐步釋放GV5/GV6/GV7/GV8開度指令強制信號，投入DEH遙控和CCS控制方式，試驗結(jié)束。

試驗原始數(shù)據(jù)見表4。

表4　閥門流量特性在線試驗原始數(shù)據(jù)

3　高調(diào)門流量特性優(yōu)化及分析

3.1高調(diào)門流量特性試驗數(shù)據(jù)處理

根據(jù)試驗過程中記錄的閥門開度指令、機組負(fù)荷、主汽壓力等主要參數(shù)，將試驗原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)分段、數(shù)據(jù)標(biāo)幺及線性化處理，即可得出GV5/GV6、GV7/GV8調(diào)門的真實流量特性數(shù)據(jù)，如表5所示。

表5　試驗后GV5/GV6和GV7/GV8閥門流量特性曲線數(shù)據(jù)　%

前一閥門尚未完全開啟，下一閥便提前打開，當(dāng)前一閥門全開時，下一閥門提前開啟的量即為重疊度。兩個調(diào)門之間的重疊度的選擇，直接影響機組蒸汽流量是否線性，重疊度選擇不合適，將造成閥門流量特性曲線局部不合理［5］。例如閥門GV7/GV8在閥門GV5/GV6全開以后再開始開啟，那么閥門的總升程與流量的特性線將是過于曲折而不是光滑和連續(xù)的，從而造成負(fù)荷波動引起機組負(fù)荷的超調(diào)或滯后。相反，如果重疊度過大，閥門的節(jié)流損失增加，機組的經(jīng)濟性降低。故合適的重疊度能夠提高汽機調(diào)節(jié)級效率［6］。

故設(shè)置閥門GV5/GV6與閥門GV7/GV8重疊度為3%，則可以得出此4個閥門在增加重疊度后流量特性曲線如表6所示。

表6　增加重疊度后GV5/GV6和GV7/GV8閥門流量特性數(shù)據(jù)　%

3.2優(yōu)化后高調(diào)門流量特性分析

對比試驗前后GV5/GV6和GV7/GV8的閥門流量特性曲線如圖4所示。

圖4　在線試驗前后GV5/GV6與GV7/GV8特性曲線對比

由圖4可以看出，機組的閥門流量特性在大修后發(fā)生了較大的變化，已經(jīng)無法滿足機組的AGC和一次調(diào)頻控制要求，甚至發(fā)生會發(fā)生調(diào)門震蕩，對設(shè)備造成損傷；使負(fù)荷發(fā)生波動，對機組的穩(wěn)定運行產(chǎn)生不利影響。

4　高調(diào)門流量特性試驗后校核及效果分析

根據(jù)上述試驗，修改DEH中閥門GV5/GV6和GV7/GV8的流量特性函數(shù)，在保證機組鍋爐燃燒穩(wěn)定的前提下，投入CCS控制方式，升負(fù)荷至機組額定容量，調(diào)整主蒸汽壓力，至高調(diào)門全開，以5MW的幅值減負(fù)荷，直至所有高壓調(diào)門全關(guān)。在此過程中觀察GV5/GV6和GV7/GV8開度指令穩(wěn)定無振蕩現(xiàn)象，負(fù)荷變化平滑無突變現(xiàn)象。

對閥門流量特性試驗所得驗數(shù)據(jù)進行處理，并結(jié)合試驗之前存在波動現(xiàn)象，重新計算出當(dāng)前工況下閥門流量特性。在DEH相關(guān)參數(shù)修正后，機組運行人員通過降負(fù)荷試驗驗證GV5/GV6、GV7/GV8的閥門流量特性，機組主汽壓力、負(fù)荷變化平穩(wěn)，高調(diào)門GV5/GV6在30%左右開度波動現(xiàn)象消除，且GV5/GV6和GV7/GV8開度位置線性度良好，負(fù)荷振蕩現(xiàn)象消除。如圖5所示。

圖5　閥門流量特性試驗后負(fù)荷變化及調(diào)門開度曲線

5　結(jié)語

機組負(fù)荷出現(xiàn)波動，引起主汽壓力及鍋爐燃燒的劇烈波動，造成機組負(fù)荷控制偏差大，導(dǎo)致切除協(xié)調(diào)控制和AGC運行方式，給機組的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性帶來較大影響。通過分析排除自動控制PID參數(shù)因素，主要原因為DEH閥門管理程序中調(diào)門流量特性校正參數(shù)與實際閥門特性不一致。通過對閥門流量特性試驗實測數(shù)據(jù)的處理與分析，計算得出DEH閥控邏輯中優(yōu)化后的順序閥流量特性曲線校正參數(shù)，并對參數(shù)修改后進行驗證試驗，證實該機組在原30%開度出現(xiàn)的負(fù)荷波動消除，自動控制品質(zhì)得到提高，AGC控制指標(biāo)滿足要求，同時一次調(diào)頻正確動作率也有顯著提高，提高了電能質(zhì)量，有效地保障了電網(wǎng)和機組的安全穩(wěn)定運行。

［1］畢貞福.火力發(fā)電廠熱工自動控制實用技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2008.

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［4］王玉輝.汽輪機高壓調(diào)門流量特性測試分析［J］.廣西電力，2012，35（2）：73-76.

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［6］田松峰，史志杰，閆麗濤.汽輪機控制系統(tǒng)中閥門重疊度的研究［J］.汽輪機技術(shù)，2008，50（6）：448-450.

Analysis and Optim ization Strategy for Load Fluctuation of 330MW Unit

LIKelei1，LIYuanyuan2，GAO Song1，LIJun1，PANG Xiangkun1
（1.State Grid ShanDong Electric Power Research Institute，Jinan 250003；2.ShanDong Lu Neng Intelligence Technology Co.，Ltd.，Jinan 250101）

For the problem of load fluctuation of No.3 unit in Zouxian power plant，various dynamic quality control testswere carried out regarding the DEH servo control circuit，load control circuit，etc.Results show that load fluctuation of the unit was caused by the poor correspondence between DEH regulating system in valvemanagement characteristic curve parameters setting and the unit overhaul after the actual site，and the poor correspondence between the valve opening and flow of steam through the valve.Bymeans ofmodifying the valve flow function，the load fluctuation is improved obviously.

DEH control；load fuctuation；characteristics of valve flow

TK323

B

1007-9904（2016）03-0048-05

2015-09-26

李克雷（1984），男，工程師，從事電廠熱工自動與保護工作。