200MW燃煤供热机组参与一次调频的技术解决方案

(1.华北电力大学，河北  保定 071051；2.国华北京热电分公司，北京 100044)
摘 要：以北京热电分公司2号发电机组参与一次调频运行为基础，对热电机组实施一次调频的优化方案，以及优化后机组的参数设置及运行现状进行了介绍，分析了一次调频动作时对协调控制系统稳定性的影响，以及账行人员应采取的相关措施。
关键词：一次调频；协调控制；系统稳定
中图分类号：TM761  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)08—0172—02
1 200MW燃煤供热机组一次调频功能介绍
1.1 概述

中电国华北京热电分公司2号机组为200MW燃煤供热机组，为2炉1机配置，机组协调控制及DEH控制均为ABB公司的PROCONTRAL-P分散控制系统。按照《华北电网发电机组一次调频运行管理规定（试行）》的要求，热电分公司于2005年10月对2号机组一次调频功能进行了动态试验，2005年12月将一次调频功能投入运行。2006年6月又进一步对原设计方案进行了优化改进。
1.2 一次调频的逻辑功能
1.2.1 一次调频的控制方式
1.2.1.1 原设计方案：当外界负荷变化引起目标转速与实际转速发生偏差后，转速差信号由DEH经通讯送入协调控制并将其转化为频差信号，经死区处理后再通过一个函数转换器将其换算为一次调频的功率指令叠加到目标负荷上，通过锅炉燃料调节系统调整锅炉的燃烧状；同时叠加的功率指令返还给初压一个前馈信号，使DEH系统先一步做出反应调整调门开度，使之与锅炉的燃烧调节尽量保持同步。然而，实践证明，此方案对一次调频的响应速度较慢。
1.2.1.2 优化后的方案：对汽轮机DEH逻辑进行修改，将初压的前馈信号去除，改为由频差信号直接调整初压，即汽轮机转速与设定值之间的偏差超过2转时，直接开关汽轮机调门改变初压，负荷调节量为DEH与CCS协调控制两种调整结果的叠加，提高了机组对一次调频的响应速度，能更好地满足调频需要。
1.2.2 一次调频投入条件：①机组运行正常，负荷稳定；②机组协调控制方式选择机跟炉协调，初压控制INTL P CTRL置 ON。
1.2.3 一次调频自动切除条件：①机组转速信号故障即频差信号故障时自动切除一次调频的功能，保证机组的安全稳定运行；②机组转速信号扰动超过设定值；③高压缸叶轮腔室压力＞7.0Mpa；④低压缸排气压力＞15kPa；⑤机炉协调解列后，一次调频功能自动切除。
1.2.4 一次调频方案优化后的参数设置：①调频方式采用“死区”调频方式，足以满足电网的频率调整要求，又减少机组不必要的负荷波动；②实际一次调频参数情况做如下设置：速度变动率为5%(热工内部参数)；机组参与一次调频的死区为±2rpm(频率死区为±0.034Hz)；机组参与一次调频的最大负荷变化范围限定为±20MW；速度变动率计算公式为：

其中：ΔN——一次调频负荷调整量，MW/r/min；
N_e——机组额定负荷，MW；
δ——机组速度变动率，%；
n_e——机组额定转速，r/min。
1.2.5 投入调频后负荷计算方式：通过上面公式可计算出：
       
1.2.6 一次调频死区的规定说明频率在49.966Hz以上至50.034Hz以下时一次调频功能不起
作用，当频率超出这个范围后，一次调频功能起作用，在CCS内转速每变化1r/min（0.017Hz
）对负荷的影响为±1.33MW。
1.2.7 目前2号机组的初压设定值为9.2MPa，且为保证机组安全限定了其变化范围8.3～9.24MPa，因此在DEH内，一次调频功能主要表现为对负荷的正向调节，反向调节基本可以忽略不计，在此不做表述。所以机组转速在调频死区外每减少1 r/min（0.017Hz）时，与之对应的初压调整量约为-0.06MPa(热工内部参数)。当机前初压达到或超出了规定的上下限时，初压参与的一次调频将不再起作用。
1.2.8 CCS协调控制内的一次调频曲线设定：2号机组一次调频负荷补偿曲线设置如图1所示。以转速差信号为例。

2 使用情况

自一次调频逻辑功能优化后，调频功能一直处于投入状态，并且还没有发生因为机组转速信号故障而切除调频功能的现象。为了确保一次调频功能正常投入，热电分公司发电部制定了相关制度，随时监视并记录一次调频动作情况。通过2006-10的记录情况可以看出，负荷随着电网频率的波动而频繁波动，但都是一些小的波动，对机组运行的影响不大。一般情况下汽轮机转速变化不大于5 r/min，初压设定值在9.2MPa的基础上变化不大于0.3MPa，电负荷变化范围2.0～4.5MW。只有21日中午16∶34左右电网频率出现较大波动，当时汽轮机转速突然由3 000r/min降低到2 994r/min，此时，2号机组负荷设定值由原来的174MW迅速提高到181.2MW，实际发电功率开始上涨，汽轮机初压下降0.3MPa，随之汽轮机转速恢复正常；也就是说转速下降了6r/min，由于一次调频功能的投入，在原负荷指令的基础上叠加了7.2MW负荷。此过程持续约5min。通过对一次调频投入情况分析可以看出，当电网频率波动时，机组协调控制的稳定性较好，能够保证机组的安全运行，负荷的变化基本上符合上面所述的负荷变化规律。且通过实验证明，无论是单炉带单机还是双炉带单机运行，无论机组负荷高低，只要一次调频功能投入，热电分公司2号机组的一次调频功都能够满足电网规定的要求。
3 运行人员应注意的事项及相关措施
3.1 一次调频投入后应加强对负荷设定值和调频后总负荷值的比较，同时注意观察立盘频率变化，随时注意一次调频动作情况并做好相关记录。
3.2 一次调频功能动作时响应速度非常快，在很短时间内就会完成对负荷的调整，由于2号机初压限值为8.8～9.24MPa，故机组正向调频速度快、幅度大，反向调频对机组影响较小。如果因为电网频率频繁波动造成高压调门摆动，运行人员不要随意将初压控制解除，可通知热工人员将汽轮机侧调频功能解除进行分析处理，并向相关部门汇报。
3.3 机组目标负荷较低时，由于允许的电量调解范围小，出现违规电量的情况会增多，此时应加强监视，锅炉运行人员应注意调整好锅炉的燃烧状态，尽量减小因燃烧不稳造成的负荷波动。
3.4 在现有逻辑中初压定值则由两部分组成，一部分是运行人员手动设定的初压值，另一部分则是频差经过变换的初压的修正部分。通过对初压定值的修正，使得调频作用时，机前压力定值能随电网频率变化相适应，克服因机前压力控制对一次调频的反调作用，因此在运行当中，会出现初压设定值与实际机前压力存在偏差现象。
3.5 冬季大负荷运行期间，汽机进汽量800～820t/h时，将协调中升负荷率设定3MW/min，正常涨落负荷时根据原要求执行。进汽量超过820t/h时应采取措施进行人为干预，如适当降低目标负荷设定值等。当高减投入时可以开大高减入口调门，当高减未投入时可适当减少抽汽和采暖，满足电网要求，同时又保证汽机进汽量不超限。
3.6 夏季运行时，由于受机组真空影响，带负荷能力受到限制，如果真空达到15kPa或汽机进汽量800～820t/h时，将协调中升负荷率设定为3MW/min，正常涨落负荷时根据原要求执行。并及时联系中调，手动调整负荷（减少负荷设定值），防止真空和进汽量超限。
4 结束语

北京热电分公司的2号机组一次调频控制方案经过优化后，实现了在保证机组安全稳定运行的前提下，增强了发电机组抢带负荷的速度，运行中只要控制得当就既满足电网调频的要求，又能为热电分公司争取额外的电量。因此，该优化方案在技术上非常成功。
［参考文献］
［1］ 山东电力研究院.机组一次调频功能的研究与实现［C］.山东：2004年山东电网热工监督会，2004.
［2］ 侯典来.125MW机组一次调频特性试验研究［Z］.国电集团公司荷泽发电厂.
［3］ 中电国华北京热电厂二号机组一次调频优化方案［Z］.国华北京热电.