火電機(jī)組一次調(diào)頻影響因素分析

朱愛軍，夏 志，王志敏，王 毅，金春林

(國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長春 130021)

1 技術(shù)要求的發(fā)展變化

國家電網(wǎng)公司于2006年度開始加大對并網(wǎng)機(jī)組一次調(diào)頻功能的調(diào)度管理，各大區(qū)域電網(wǎng)公司隨即下發(fā)了《電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻調(diào)度管理暫行規(guī)定(征求意見稿)》，首次對發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻功能的參數(shù)設(shè)置和運行性能做出了相關(guān)規(guī)定，明確規(guī)定機(jī)組一次調(diào)頻功能是發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運行的必備條件之一。為了加強各地區(qū)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻試驗的規(guī)范性，2011年國家電網(wǎng)公司下發(fā)了Q/GDW 669—2011《火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻試驗導(dǎo)則》。

2013年和2015年國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會先后發(fā)布了GB/T 30370—2013《火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻試驗及性能驗收導(dǎo)則》和GB/T 31464—2015《電網(wǎng)運行準(zhǔn)則》等標(biāo)準(zhǔn)。對比各標(biāo)準(zhǔn)可以發(fā)現(xiàn)除了對一次調(diào)頻試驗有所規(guī)范外，其技術(shù)要求也有逐步提升之勢。

表1的內(nèi)容表明了對一次調(diào)頻技術(shù)指標(biāo)要求的變化情況。GB/T 30370—2013的技術(shù)指標(biāo)要求較寬松，較有利于電廠發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運行?，F(xiàn)階段的一次調(diào)頻有關(guān)動態(tài)試驗和性能驗收等，各區(qū)域或省級電網(wǎng)公司調(diào)度部門多執(zhí)行Q/GDW 669—2011。

2 動態(tài)試驗

為了考察火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻性能對負(fù)荷的實際響應(yīng)能力，各大區(qū)域電網(wǎng)在具備試驗條件情況下紛紛進(jìn)行以電網(wǎng)為主體的一次調(diào)頻動態(tài)試驗。東北電網(wǎng)分別于2009年11月[1]和2016年5月進(jìn)行了較大規(guī)模的東北電網(wǎng)一次調(diào)頻動態(tài)試驗，2次試驗各參試機(jī)組的表現(xiàn)大相徑庭。表2為吉林省部分機(jī)組參加2次一次調(diào)頻動態(tài)試驗情況對比。

表2對比情況說明近年來各火電機(jī)組的一次調(diào)頻性能指標(biāo)極不理想，已經(jīng)難以達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程的技術(shù)要求。

3 一次調(diào)頻影響因素分析

3.1 煤質(zhì)差

受經(jīng)濟(jì)環(huán)境及供需關(guān)系影響，北方機(jī)組目前大多使用非設(shè)計煤種，或進(jìn)行劣質(zhì)煤混合摻燒。由于摻雜不均勻，燃煤熱值極不穩(wěn)定，使機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)控制不夠穩(wěn)定，主汽壓力難以控制，負(fù)荷響應(yīng)遲緩，嚴(yán)重影響CCS及自動發(fā)電控制(AGC)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，對機(jī)組一次調(diào)頻的可控性及負(fù)荷響應(yīng)造成極大的影響。

3.2 轉(zhuǎn)速測量不穩(wěn)定

火電機(jī)組一次調(diào)頻的頻差通常是采用測量汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速而非電網(wǎng)頻率的方式實現(xiàn)的。并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速與此時的電網(wǎng)頻率同步，電網(wǎng)頻率的變化直接反應(yīng)在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的變化上。

現(xiàn)場的情況千差萬別，通常汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)采用直接測量方式,其轉(zhuǎn)速的測量準(zhǔn)確而穩(wěn)定；而CCS內(nèi)的轉(zhuǎn)速信號則可能有著不同的來源,由于干擾或其他原因等,使得機(jī)組調(diào)頻使用的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差或擺動。另外, DEH和DCS內(nèi)轉(zhuǎn)速信號測量的不一致也同樣影響機(jī)組一次調(diào)頻的性能。

表1 一次調(diào)頻相關(guān)規(guī)程技術(shù)指標(biāo)對比

注：P0為機(jī)組額定負(fù)荷,Pe為理論計算的一次調(diào)頻的最大負(fù)荷調(diào)整幅度。

表2 吉林省一次調(diào)頻動態(tài)試驗情況對比

根據(jù)電網(wǎng)擾動的統(tǒng)計規(guī)律及發(fā)生概率，經(jīng)常發(fā)生的典型擾動量和代表電網(wǎng)局部發(fā)生故障的典型擾動量分別為0.067 Hz(轉(zhuǎn)速為4 r/min) 和0.1 Hz(轉(zhuǎn)速為6 r/min)。而干擾和信號毛刺現(xiàn)象經(jīng)常使機(jī)組轉(zhuǎn)速信號產(chǎn)生一定的波動，可造成機(jī)組一次調(diào)頻功能的經(jīng)常性動作，尤其在轉(zhuǎn)速為4 r/min左右的區(qū)域，干擾機(jī)組正常運行。有鑒于此電廠常常在機(jī)組一次調(diào)頻控制策略中加入轉(zhuǎn)速測量的數(shù)字濾波，過強的濾波雖然緩解了轉(zhuǎn)速測量經(jīng)常被干擾的困惑，同時也造成了機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)速度的延緩，難以保證機(jī)組一次調(diào)頻的快速響應(yīng)。

綜上所述，鄉(xiāng)村振興體現(xiàn)了歷史與現(xiàn)實的統(tǒng)一。我國有著悠久的歷史，鄉(xiāng)村在國家中占有著重要地位，鄉(xiāng)村的富庶是我國盛世歷史的標(biāo)志，也留下了數(shù)不清優(yōu)美田園浪漫詩篇。新中國成立后，城鄉(xiāng)關(guān)系曾歷經(jīng)分離、對立、統(tǒng)籌、一體化，終回歸于融合。[10]9推進(jìn)鄉(xiāng)村振興，要以習(xí)近平總書記“三農(nóng)”思想為根本遵循，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗，對標(biāo)最高最優(yōu)最好，既要有“坐不住、等不起、慢不得”的緊迫感，更要有久久為功的韌性，馳而不息的堅守，緊緊圍繞鄉(xiāng)村振興總要求扎實推進(jìn)。

3.3 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門流量特性差

一次調(diào)頻的常規(guī)設(shè)計為調(diào)頻指令直接疊加在綜合閥位出口處，然后通過各個調(diào)節(jié)閥門的特性曲線去控制各個調(diào)節(jié)閥門的閥位開度。目前，電廠為了提高熱效率，一般都在順序閥方式下運行，且盡可能地減小各個調(diào)節(jié)閥門的重疊度，這種情況下，當(dāng)機(jī)組運行在各閥門之間的切換點時，調(diào)頻的能流指令(調(diào)頻發(fā)生的綜合閥位增量)往往用來待開啟閥門的預(yù)起量，導(dǎo)致機(jī)組沒有能流增加或減少，存在某些負(fù)荷點調(diào)頻效果不理想的情況。

目前的發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥的流量特性曲線與機(jī)組實際情況嚴(yán)重不符，或DEH內(nèi)各調(diào)節(jié)汽閥門的流量特性曲線長期沒有經(jīng)過試驗標(biāo)定,所使用的曲線與實際有較大差異,使機(jī)組在不同負(fù)荷段的一次調(diào)頻性能差異較大,甚至導(dǎo)致機(jī)組在某些負(fù)荷點上大幅擺動或高負(fù)荷段控制出現(xiàn)較大偏差等。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門流量特性失準(zhǔn)時，其直接影響閥控狀態(tài)下的一次調(diào)頻動作幅度值，從而大幅影響各工況下的調(diào)頻性能，嚴(yán)重影響機(jī)組一次調(diào)頻各項功能的正確實現(xiàn)。

3.4 受機(jī)組抽汽供熱制約

北方地區(qū)進(jìn)入冬季供熱期后，機(jī)組絕大多數(shù)運行在抽汽供熱狀態(tài)而非純凝工況，由于供熱機(jī)組的大量對外抽汽，其運行方式是“以熱定電”，即機(jī)組的發(fā)電量是要受到其供出熱量制約的。此類機(jī)組在接近額定負(fù)荷運行時如發(fā)生一次調(diào)頻動作，其電負(fù)荷將很難達(dá)到理論值，甚至不做響應(yīng)。而在低負(fù)荷區(qū)域其一次調(diào)頻的下調(diào)幅度也會受到一定限制，影響機(jī)組運行的穩(wěn)定性，因此供熱機(jī)組對一次調(diào)頻特性的影響尚需進(jìn)一步評估。

3.5 主蒸汽壓力不足

機(jī)組一次調(diào)頻功能，是按照機(jī)組的額定運行參數(shù)設(shè)計的，而經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的多數(shù)機(jī)組通常是在非額定工況下運行，常采用定壓—滑壓—定壓的運行方式，因此機(jī)組的運行壓力普遍低于額定壓力，此時相同的頻差所產(chǎn)生的調(diào)頻閥位增量，不能等效為相同的調(diào)頻負(fù)荷，從而造成機(jī)組一次調(diào)頻貢獻(xiàn)量不足。

再次，由于機(jī)組CCS在設(shè)計時為了保障機(jī)組主汽壓力的相對穩(wěn)定，在機(jī)組負(fù)荷大幅變動時若出現(xiàn)主蒸汽壓力變化超出一定的幅度時，將自動停止對負(fù)荷的增減，即所謂的壓力拉回。而當(dāng)機(jī)組在一次調(diào)頻動作條件滿足時，DEH會立即動作，調(diào)頻負(fù)荷指令直接作用到高壓調(diào)節(jié)門上，使機(jī)組高壓調(diào)節(jié)門迅速開關(guān)，此變化引起機(jī)組主汽壓力的驟降或驟升，幅度較大時，會超出壓力拉回回路死區(qū)，壓力拉回回路對壓力偏差進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，輸出與一次調(diào)頻動作相反的調(diào)節(jié)指令，導(dǎo)致一次調(diào)頻響應(yīng)緩慢，甚至反調(diào)，影響調(diào)頻質(zhì)量。

3.6 低負(fù)荷調(diào)整難有下調(diào)空間

近年來，北方地區(qū)火電機(jī)組建設(shè)過多，而電力用戶增長較少，電力供需矛盾突出，發(fā)電機(jī)組利用時間低，部分地區(qū)旋轉(zhuǎn)備用容量超過50%，絕大多數(shù)機(jī)組長期處于低負(fù)荷運行狀態(tài)，基本運行在接近機(jī)組的穩(wěn)燃負(fù)荷之上，難有下調(diào)空間。機(jī)組在接近穩(wěn)燃負(fù)荷區(qū)運行時如果突然向下較大幅度的調(diào)節(jié)負(fù)荷，將對機(jī)組的安全穩(wěn)定運行造成較大影響，發(fā)電企業(yè)對此多有抵觸情緒。與此相反的，額定負(fù)荷運行的供熱機(jī)組，其向上響應(yīng)一次調(diào)頻的能力也將大打折扣，較難達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)要求。

3.7 調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)生重大改變后未及時驗證

火電機(jī)組在大型檢修后未及時進(jìn)行一次調(diào)頻試驗驗證，使機(jī)組的一次調(diào)頻的較多參數(shù)設(shè)置不符合要求，導(dǎo)致機(jī)組一次調(diào)頻的功能不完善等情況時有發(fā)生。針對此種情況，Q/GDW 669—2011第8.2條定期試驗要求規(guī)定：“機(jī)組大修或機(jī)組控制系統(tǒng)發(fā)生重大改變后，應(yīng)重新進(jìn)行一次調(diào)頻試驗，以保障一次調(diào)頻性能和機(jī)組安全(重大改變包括：DCS 改造、DEH 改造、控制方案及一次調(diào)頻回路主要設(shè)計參數(shù)改變等)。”

3.8 機(jī)組一次調(diào)頻運行的考核存在偏差

機(jī)組一次調(diào)頻功能的運行和考核主要由電網(wǎng)調(diào)控機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)，電力調(diào)度機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)依據(jù)各電廠電源管理單元(PMU)子站上送數(shù)據(jù)計算發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻響應(yīng)特性，《東北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細(xì)則》中規(guī)定：四項指標(biāo)中“若β1、β2、β3及Bu任一項不合格，扣減其一次調(diào)頻月投入時間10/Bumin，從而間接扣減月投運率”，其中：β1為一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)滯后時間；β2為一次調(diào)頻的負(fù)荷調(diào)整幅度；β3為調(diào)整幅度的偏差；Bu為調(diào)頻響應(yīng)指數(shù)，機(jī)組一次調(diào)頻實際加權(quán)積分電量。

調(diào)度部門監(jiān)測量為電網(wǎng)頻率，與一次調(diào)頻的機(jī)組實際所使用的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速不盡相同，由于多種因素影響，其得出的計算結(jié)果難免存在偏差。應(yīng)根據(jù)實際運行情況進(jìn)行加權(quán)修正，以期達(dá)到更好的網(wǎng)源協(xié)調(diào)效果。

4 結(jié)論及建議

影響火電機(jī)組一次調(diào)頻性能指標(biāo)的因素較多[2]，尤其地處北方的機(jī)組呈現(xiàn)多樣化趨勢，如何有效消除各種影響機(jī)組一次調(diào)頻性能的因素，是今后長期面臨的問題。

a.應(yīng)采取有效的技術(shù)手段，對火電機(jī)組控制邏輯策略進(jìn)行優(yōu)化，提升機(jī)組一次調(diào)頻性能指標(biāo)，包括對汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門流量特性的優(yōu)化和CCS優(yōu)化。針對燃煤品質(zhì)變化的多樣性，探索機(jī)組自動化控制的新方法、新技術(shù)等，完善火電機(jī)組的一次調(diào)頻功能。

b.加強對發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻的管理工作。發(fā)電企業(yè)應(yīng)做好一次調(diào)頻相關(guān)設(shè)備的運行維護(hù)、檢修調(diào)試及技術(shù)改造等工作，負(fù)責(zé)組織實施一次調(diào)頻試驗工作，建立完善定期報表和定期試驗試驗制度，嚴(yán)格按照Q/GDW 669—2011規(guī)定執(zhí)行。

c.加強監(jiān)管完善調(diào)度考核機(jī)制。省網(wǎng)公司的調(diào)控機(jī)構(gòu)應(yīng)要求發(fā)電企業(yè)開展機(jī)組一次調(diào)頻的功能完善、優(yōu)化和試驗等整改工作，對一次調(diào)頻參數(shù)設(shè)置、控制邏輯、動作性能未達(dá)到相關(guān)要求。

參考文獻(xiàn)：

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