浅析一次调频对燃煤机组运行的影响＊

卢 斌

（浙江浙能长兴发电有限公司，浙江长兴313100）

浅析一次调频对燃煤机组运行的影响＊

卢 斌

（浙江浙能长兴发电有限公司，浙江长兴313100）

为了尽快地适应电网发展的要求，使机组能够安全经济地运行，使得自身功率能够满足电网的需要，同时适应华东电网“两个细则”的实施，结合浙江浙能长兴发电有限公司四台300 MW火电机组运行实际介绍了一次调频的功能及其实现，以及参与一次调频机组对自身运行的影响.

一次调频；协调控制（CCS）；DEH；锅炉；制粉系统

为了保证电网的安全经济运行，提高电能质量和电网频率的控制水平，迅速消除由于电网负荷变化而引起的频率波动，电网对机组的一次调频要求越来越高.由热工DCS、DEH控制系统实现机组一次调频功能主要是根据电网频率的变化，按照一次调频预定的曲线，对机组负荷进行调整，其核心是在电网频率突然降低的时候，利用锅炉蓄能大的特点，在保证设备安全的前提下，在短时间内快速、限幅度增带负荷，满足电网的要求.

1 一次调频及其实现

1.1 一次调频功能

一次调频功能是通过调节汽机高压调门，利用机组蓄热来快速响应电网频率的变化.频率高时，关调门，提高主汽压力，增加机组蓄热；频率低时，开调门，降低主汽压力，释放机组蓄热，从而快速增减负荷，以达到补偿频率波动的目的.因此，频率发生变化时，一次调频回路迅速响应，根据功－频特性，与频率变化成比例的改变机组的功率定值，使机组快速改变负荷，补偿频率的变化.

当机组投入协调控制方式而不投AGC方式时，由协调控制系统实现一次调频功能，DEH系统将一次调频权限交给协调控制系统；当机组不投协调控制时，由DEH系统实现一次调频功能.DEH中一次调频功能是将汽轮机转速与额定转速的差值直接换算成有功功率指令，以新华控制工程公司的DEH为例，其控制结构原理如图1所示.

其中汽轮机额定转速（一般为3000 r/min）与实际转速的差值经函数f（x）转换后生成一次调频因子，直接叠加到DEH的有功功率给定值上，以控制汽轮机的调门开度.一次调频因子的设置包括频差死区和转速不等率两个因素.频差死区的设置是为了防止在电网频差小范围变化时汽机调门不必要的动作.

一次调频不等率δ定义为：

δ的数值一般设置在3%～6%，δ值越小，在相同的频差下汽机调门的变化幅值越大，反之则越小.

一次调频因子的设置与机组的稳定性密切相关，频差死区越大，δ越大，机组越稳定，但是对电网一次调频的贡献也越小.一次调频因子的设置应兼顾机组稳定性和一次调频快速响应的指标.同时，为了机组的安全，规定了机组一次调频的功率补偿量最大值为额定容量的± 6%（⊿P＝±18MW），机组（＃3）一次调频功率补偿量实际按下图2中的粗黑线运行：

1.2 DEH中一次调频功能的实现

通过DEH控制系统实现机组一次调频功能，实际上是在DEH内，在转速控制方式下按一次调频升降负荷的幅度和功率补偿量实现的，是将一次调频升降负荷的幅度和功率补偿量转化为的转速升降的幅度和补偿量的一种控制方式.

当DEH不在CCS控制方式且投入一次调频功能时，如果汽轮机实际转速和额定转速的偏差在一次调频动作范围内，DEH一次调频动作，通过实际转速和额定转速的偏差计算出调频的动作值，然后将此数值直接迭加到汽轮机调门的流量指令上，通过增减汽轮机调门的开度来改变汽轮机的出力.

1.3 协调控制方式及AGC方式下一次调频功能的实现

从图1可以看出，在DEH一次调频功能投入后，如果有频差出现时，一次调频因子直接叠加在DEH的有功功率的给定值上，通过调节DEH的调门使机组有功功率快速响应一次调频的需求.但是如果此时协调控制系统投入，协调控制系统的负荷给定值没有改变而机组有功功率发生了变化，协调控制系统的功率控制回路就会发出和一次调频作用方向相反的汽轮机调门指令，不仅从一定程度上抵消了一次调频的效果，而且对于协调控制系统相当于增加了外部扰动量.对于协调控制系统和DEH遥控指令是开关量脉冲传输形式的系统来讲，由于DEH遥控指令有一定的速率限制，这种抵消作用还弱一些，如果协调控制系统和DEH遥控指令是通过模拟量传输的，由于DEH的调门变化速率不受限制，不仅将一次调频效果马上抵消，而且容易引起协调控制系统振荡，从而降低协调控制系统的稳定性.为使一次调频达到最佳的调节效果，需要将一次调频因子引入协调控制系统的负荷给定值回路，如图3所示，在AGC及协调控制方式下实现机组一次调频功能时，是在负荷管理控制中心内按一次调频升降负荷的幅度和功率补偿量，控制机组增加负荷.

在CCS控制方式下，在CRT按下一次调频按钮即可投入一次调频.在AGC及协调控制方式，根据汽轮机转速的变化，控制系统直接在原负荷指令的基础上迭加功率的补偿量，分别改变汽机主控和锅炉主控的输出，从而改变机组的实际出力.

2 对锅炉汽压及负荷调节的影响

我公司的锅炉是自然循环汽包炉，型式：亚临界、一次再热、自然循环、前后墙对冲燃烧、平衡通风、单汽包、半露天布置、固态排渣煤粉炉.在较高负荷时它具有很强的蓄热能力，在汽机调门快速开大时，主汽压力下降较慢，幅度较小，有利于系统频率偏低时的一次调频.

但是，如果在一次调频投入，升压站某出线发生金属性接地导致线路跳闸或邻机组跳闸时，系统周波和频率将发生下沉现象，电网上投入一次调频的各发电厂都将受到影响继而参与调节，但是由于传输距离等因素，受影响最大的将是我们投入一次调频的机组，那么它的调节幅度会大大增加，主汽压力下降很多，汽包水位迅速上升，机组协调控制使锅炉燃烧加强，风量、煤量增加，负荷上升，在此过程中可能出现负荷调节先迟缓后超调的问题，主要原因是CCS调节较快且强度过大，而DEH回路响应较平缓，从而容易引起CCS超调，给机组主汽压力调节带来了巨大的扰动，甚至影响安全正常运行.因此，必要时要撤自动进行人工手动调节，并且保持一定的调节提前量，避免主汽压力波动过大，避免汽机调门频繁动作，进而避免EH油系统、油动机及相关电磁阀转换器故障，油压波动甚至下降.

此外，一次调频机组还新增加了闭锁条件之一：负荷大于305MW闭锁增负荷，进一步保障了机组的安全稳定运行.

在系统负荷过剩以及频率偏高时，通过一次调频，汽机调门关小时，主汽压力上升较快，幅度较大，汽包水位下降迅速，再热汽压力有所下降，机组负荷变化和主汽压力的波动较系统频率偏低时大一些.主汽门前压力随调门关小而上升，若压力变化过大而锅炉燃烧还未来得及减缓则导致调门又打开，而一次调频指令要求关调门减少流量，如此反复，调门频繁动作，主汽压力波动巨大，大大增加了操作员的二次调节量.总之，一次调频不利于机组在系统频率偏高时的调节.

为保障机组的安全稳定运行，一次调频机组还新增加了闭锁条件之一：机前压力大于17Mpa闭锁减负荷.

3 对锅炉制粉系统的影响

我公司的制粉系统采用ZGM95N中速磨直吹式制粉系统.每台锅炉配有五台磨煤机，共20只燃烧器，前后墙各10只，分三层对称布置在锅炉的前后墙，前后墙下二层每层各4只燃烧器，上层前后墙各2只燃烧器，下二层每排4只燃烧器各配一台磨煤机.上层前后墙4只燃烧器配一台磨煤机，正常运行时投运四台磨煤机，一台作为备用，四台磨煤机可满足锅炉最大出力.

投一次调频的机组，通过快速增减负荷，以达到频率补偿的目的，使系统频率能维持在允许变动的范围内.3号机组投一次调频的条件是：采用机炉协调控制，负荷150MW以上.此时，锅炉、汽机主控共同接受负荷和主汽压力信号，维持和调整发电出力和主汽压力.以下为协调控制方式下的锅炉、汽机指令的形成：

当系统频率偏低时，一次调频通过协调控制增加机组负荷，那么，锅炉燃料量必定增加，若此时机组负荷较高，入炉煤质较差，每台给煤机煤量已接近极限（具有代表性的运行工况），若再加煤量，容易导致给煤机堵煤，一旦发生机组将RB后果难堪.一次调频没有达到调节目的反而使机组运行恶化，系统稳定性进一步下降.

直吹式制粉系统与中间仓储式制粉系统相比较，最明显的缺点是送入炉膛的煤粉量不能直接调节.直吹式制粉系统调整负荷的手段是改变给煤机的转速，即磨煤机的给煤量，从调节指令发出，到最终出力变化，除了燃烧——蒸发——汽机作功的热力环节外，还包含磨煤机制粉这一具有较大时间常数的惯性环节，图4所示为燃煤机组的这一热力环节.因此，一次调频对直吹式制粉系统的影响和直吹式制粉系统对一次调频指令响应的迟滞性，都是不利于电厂运行和电网稳定的的因素.

一次调频是一种有差调节，不能维持电网频率不变，只能缓和电网频率的改变程度.如果网络上并列运行的机组都能够投入一次调频，那么对于网络电能质量的优化和电能的稳定都是有利的；但是对于并列运行的各机组的二次调节提出了更高的要求，对电站运行值班员也提出了更高的要求.

［1］段南.大型火电机组一次调频功能投入的研究［J］.华北电力技术2003（10）.

［2］浙江浙能长兴发电有限公司.集控运行规程［M］.长兴：长兴发电有限公司内部资料，2007.

［3］刘铁祥.火电厂经典协调控制方案的探讨［M］.江苏：江苏太仓港环保发电有限公司，2005.

TM621

A

1009－1734（2011）S0－0057－03

2011－09－10

卢斌，助理工程师，从事发电厂运行研究.