汽輪機一次調(diào)頻分析

1、汽輪機一次調(diào)頻分析作者：佚名轉(zhuǎn)貼自：電力安全論壇點擊數(shù)： 7更新時間：2008-8-20 山西太原第一熱電廠#13機組2000年完成了純電調(diào)改造，采用新華DEH-IIIA系統(tǒng)，其計算機部分采用分散型控制系統(tǒng)DEH-IIIA，液壓部分采用高壓抗燃油電液伺服控制系統(tǒng)EH。DEH改造結(jié)束，進行了轉(zhuǎn)速控制、功率控制及供熱抽汽的控制試驗。試驗結(jié)果，轉(zhuǎn)速控制精度為1rpm，功率控制精度為1.5MW，供熱抽汽壓力的控制精度達(dá)到0.02MPa，滿足供熱機組的控制要求。DEH并具有以下功能：1)汽機掛閘、2)手/自動轉(zhuǎn)速、負(fù)荷控制、3)摩擦檢查、4)主汽門、調(diào)汽門嚴(yán)密性試驗、5)103%、110%及機械超速試驗

2、、6)同期、7)并網(wǎng)后自動帶負(fù)荷、8)主汽壓控制、9)高低負(fù)荷限制、10)快速降負(fù)荷、11)一次調(diào)頻、（速度變動率=4.5%）12)功率回路、13)調(diào)壓回路、14)協(xié)調(diào)控制、15)閥門活動試驗、16)單多閥切換、17)低油壓試驗、18)AST電磁閥試驗、19)噴油試驗、20)ATC啟動。在投入實際運行的DEH功能中，一次調(diào)頻功能未進行在線試驗，太一#13機一次調(diào)頻主要技術(shù)指標(biāo)如下：1)轉(zhuǎn)差 =WSRWSWSR為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速（3000r/min）WS為實際轉(zhuǎn)速2)轉(zhuǎn)差功率關(guān)系F（X）Xrpm 135 15 0 +15 +135Y（閥門目標(biāo)值） 300 0 0 0 +300注：當(dāng)投入MW回路或CCS、

3、AGC時，Y值顯示為實時功率值。3)一次調(diào)頻的范圍為了增強機組調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，防止頻差出現(xiàn)較小變化就引起機組功率的波動，轉(zhuǎn)差為15r/min時一次調(diào)頻不參與。根據(jù)汽輪機制造廠設(shè)計速度變動率=4.5%，給定一次調(diào)頻輸出函數(shù)，并發(fā)出調(diào)門指令，控制調(diào)汽門參與一次調(diào)頻。4)一次調(diào)頻控制方式a：CCS or AGC+一次調(diào)頻該方式下CCS閉環(huán)控制，DEH開環(huán)控制。b：DEH控制該方式下鍋爐控制投自動或手動，DEH MW回路投入。c：MW回路未投入該方式下鍋爐控制投手動或自動，汽機控制在手動。2003年5月12日，由于電網(wǎng)出現(xiàn)故障，電網(wǎng)頻率出現(xiàn)波動，太一#13機組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻。就本次調(diào)頻過程分析如下：調(diào)

4、頻前的狀態(tài)：負(fù)荷230MW、主汽壓力（汽機閥前）15.8Mpa、周波50.02Hz、閥門運行方式為多閥，閥門開度如下：GV192.99%、GV293.99%、GV317.49%、GV4全關(guān)。電調(diào)一次調(diào)頻功能在投入狀態(tài)，頻差對應(yīng)的功率值為“0”，汽機、鍋爐控制在手動方式下，#13機帶工業(yè)抽汽13ata、8ata運行，運行參數(shù)均在正常范圍內(nèi)。參與調(diào)頻過程：11：5254”,周波上升50.59Hz，機組轉(zhuǎn)速上升至3035rpm，#1、2、3調(diào)門開度分別降至43.89%、44.84%、1.80%，電負(fù)荷降至218.48MW，頻差對應(yīng)的功率值為“50”，主汽壓力開始上升，最大至16.96Mpa，主蒸汽流

5、量由763t/h降為656t/h，電調(diào)CRT顯示“一次調(diào)頻 50rpm”的信號。周波發(fā)生變化后，#13機按照設(shè)計的一次調(diào)頻函數(shù)計算出閥門動作幅度，參與一次調(diào)頻。過程分析：通過本次一次調(diào)頻的過程分析，DEH的一次調(diào)頻性能與液調(diào)系統(tǒng)相比，在短時間內(nèi)完成調(diào)頻任務(wù)，同時，由于VCC卡閥門控制的準(zhǔn)確性，在調(diào)整過程中，無過調(diào)量的出現(xiàn)，在極短時間內(nèi)，滿足電網(wǎng)要求，表現(xiàn)出一次調(diào)頻的快速、準(zhǔn)確性，對于電網(wǎng)的運行是安全、可靠的。DEH一次調(diào)頻原理：依據(jù)汽輪機原設(shè)計速度變動率，設(shè)計電調(diào)一次調(diào)頻函數(shù)公式。選擇=4.5%，速度變動率的定義為汽輪機空負(fù)荷時所對應(yīng)的最大速度Nmax與額定負(fù)荷所對應(yīng)的最小速度Nmin之差與額

6、定轉(zhuǎn)速之比。這樣，由最大負(fù)荷至空負(fù)荷，機組轉(zhuǎn)速的變化量為30004.5%=135。電調(diào)一次設(shè)計函數(shù)塊設(shè)計主導(dǎo)思想及內(nèi)容如下：1、當(dāng)轉(zhuǎn)速的變化量在額定轉(zhuǎn)速的15rpm之內(nèi)，不參與調(diào)頻，保持機組的穩(wěn)定性；當(dāng)轉(zhuǎn)速變化超出15rpm時，根據(jù)轉(zhuǎn)速變化量改變調(diào)門指令。2、轉(zhuǎn)速為3135rpm時全關(guān)調(diào)門，對應(yīng)的輸出值為300，反之，轉(zhuǎn)速為2865rpm時全開調(diào)門，對應(yīng)的輸出值為+300。3、在MW回路、CCS或AGC控制下，一次調(diào)頻優(yōu)先，同時完成負(fù)荷指令的修改，使機組無論是否在功率控制方式下，一次調(diào)頻能夠順利實現(xiàn)，并協(xié)調(diào)控制爐側(cè)燃燒系統(tǒng)，做出響應(yīng)。由此看出DEH一次調(diào)頻的設(shè)計思想完全遵循了汽輪機一次調(diào)頻的工

7、作原理，并快速、準(zhǔn)確實現(xiàn)，對電網(wǎng)的安全運行起到了十分重要的作用。產(chǎn)生的思考：自DEH技術(shù)應(yīng)用實際生產(chǎn)以來，最大的變革就是消除了原液調(diào)調(diào)速系統(tǒng)遲緩率的存在，實現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確、近乎完美的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、負(fù)荷調(diào)節(jié)、供熱壓力調(diào)節(jié)，并整體做為協(xié)調(diào)控制的一個執(zhí)行系統(tǒng)，參與機爐協(xié)調(diào)控制，機組控制自動化由此達(dá)到一個新的水平。然而，正因為DEH優(yōu)良的性能，要求必須有一套性能優(yōu)良、可靠的鍋爐控制系統(tǒng)，以及穩(wěn)定的鍋爐燃燒系統(tǒng)與之匹配。尤其是機組處于高負(fù)荷狀態(tài)下，否則，會出現(xiàn)事與愿違的結(jié)果。在本次一次調(diào)頻過程中，主汽壓力上升至16.88Mpa（機側(cè)），主汽流量的變化為100t/h，最低至656t/h，汽包水位由+2.0mm

8、降至-121.3mm，變化范圍為123.3mm，運行參數(shù)的變化較大，甚至已超出正常范圍，所以在頻差減小的情況下，人為進行調(diào)整，開啟調(diào)節(jié)門，緩解壓力的變化。由于流量的大幅度變化，而燃燒調(diào)整及汽溫的調(diào)整相對滯后，主汽溫度出現(xiàn)波動，最低達(dá)到510?？梢钥闯?，由于調(diào)速系統(tǒng)快速變化，對整個機組的擾動相當(dāng)大，甚至可以導(dǎo)致單臺機組某個參數(shù)異常而觸發(fā)保護動作，出現(xiàn)爐滅火、機跳閘的可能，機組負(fù)荷突降對電網(wǎng)整體需求也是不利的，這就對機組整體自動化水平以及運行人員的控制水平，提出更高的要求。而通常AGC、CCS在投入期間負(fù)荷、壓力指令的變化是受到一定限制的，指令與當(dāng)前值偏差超出一定范圍，將自行切除至手動狀態(tài)，保持當(dāng)

9、前狀態(tài)，使機組整體適應(yīng)負(fù)荷要求的能力下降。其次，解決汽包爐本身具有的遲緩性，也是影響機組負(fù)荷調(diào)整的難點。 總結(jié)：“保電網(wǎng)”是電力事故處理的最高準(zhǔn)則，當(dāng)頻差出現(xiàn)變化時，電網(wǎng)中運行的機組均應(yīng)根據(jù)自身的速度變動率，做出相應(yīng)的響應(yīng)，維持周波在正常范圍內(nèi)。同時，也應(yīng)該看到機組本身的優(yōu)點及缺陷，必須不斷提高機組整體自動化控制水平及運行人員的業(yè)務(wù)水平。從網(wǎng)、域的角度出發(fā)，必須建立一次調(diào)頻管理制度使電網(wǎng)中的大部分機組參與電網(wǎng)調(diào)頻，否則，將加重參與調(diào)頻機組的負(fù)擔(dān)，造成單臺機組工況變化較大。通過本次調(diào)頻，我們應(yīng)該認(rèn)識到提高機組整體自動化控制水平及運行人員的業(yè)務(wù)水平，完善網(wǎng)、域管理制度是保電網(wǎng)、保機組、保設(shè)備的重要

10、手段。 一、一次調(diào)頻原理 DEH系統(tǒng)中的一次調(diào)頻原理與液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和模擬電調(diào)系統(tǒng)中的一樣。但是，由于計算機系統(tǒng)豐富的可編程算法和邏輯處理能力，以及電液轉(zhuǎn)換器優(yōu)良的控制性能，DEH系統(tǒng)的一次調(diào)頻的控制精度高、動態(tài)響應(yīng)好，同時可以根據(jù)具體用戶的需要，進行修改。如圖1所示。 按照電網(wǎng)的要求，理論上DEH系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)全范圍參與電網(wǎng)調(diào)頻，如圖2。但是由于發(fā)電機組本身的問題或一些特殊要求，可以對調(diào)頻功能做部分限制。這些問題使得我們必須對一次調(diào)頻功能做某些修正，如： 穩(wěn)定性 為了機組的穩(wěn)定運行，當(dāng)電網(wǎng)頻率基本穩(wěn)定在額定值時，機組對頻率的微小波動不產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，因此在額定轉(zhuǎn)速附近設(shè)置了死區(qū)。一般死區(qū)大小為2rpm

11、。即當(dāng)頻率變化超過額定頻率 時，才起調(diào)節(jié)作用。見圖3所示。 準(zhǔn)確性 電液調(diào)速系統(tǒng)中，由于轉(zhuǎn)速的測量環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)速控制器、油動機的驅(qū)動等環(huán)節(jié)都已達(dá)到了相當(dāng)?shù)目刂凭?，基本上消除了非線性和遲緩的問題。影響電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)準(zhǔn)確性的主要問題在于調(diào)節(jié)閥門的流量非線性。例如圖4所示，由于在DEH中設(shè)置的順序開啟的閥門之間的重疊度不合適，通過閥門的流量不連續(xù)，造成了靜態(tài)特性曲線的不規(guī)則形狀。很明顯局部不等率不符合要求，控制特性較差。在單閥運行的情況下，如果流量特性修正的不好，也會造成類似的結(jié)果，如圖5所示。目前這個問題的有效解決方案是對機組進行閥門流量特性試驗，將得到的數(shù)據(jù)修正DEH中的流量特性補償曲線。 快速性電

12、網(wǎng)負(fù)荷的變化可以分為3種不同的分量： 變化幅度較小，頻率較高的隨機分量 變化幅度較大，頻率較低的脈動分量 按照每天變化有規(guī)律的持續(xù)分量 一次調(diào)頻主要克服負(fù)荷的隨機變化分量，這種負(fù)荷變化的周期一般在10秒以內(nèi)，因此要求DEH中的一次調(diào)頻必須迅速反應(yīng)，除此之外，還要求執(zhí)行機構(gòu)的時間常數(shù)要小，同時有必要提高再熱機組的負(fù)荷響應(yīng)速度。與DCS系統(tǒng)相比，DEH系統(tǒng)響應(yīng)快，由DEH系統(tǒng)來承擔(dān)一次調(diào)頻任務(wù)比較合適。同時必須注意，在DEH調(diào)頻時的DEH與CCS系統(tǒng)接口設(shè)計，應(yīng)當(dāng)按照如圖6的方法，否則由于CCS的功率大閉環(huán)作用，使DEH的調(diào)頻作用被抵消。 出力限制 有的機組由于運行能力和穩(wěn)定工作范圍的原因，要求在

13、DEH中限制本機組參與調(diào)頻的負(fù)荷變化量的大小，包括增負(fù)荷方向和/或減負(fù)荷方向的變化量，如圖7、8、9和圖10所示。一般在低負(fù)荷時，機組不參與電網(wǎng)的調(diào)頻，所以設(shè)置了一次調(diào)頻的負(fù)荷下限；基于設(shè)備原因，不能帶高負(fù)荷，而設(shè)定了一次調(diào)頻的負(fù)荷上限等。圖7中表示參與調(diào)頻的負(fù)荷變化量限定為8%，相當(dāng)于電網(wǎng)頻率變化 。圖8中，機組參與調(diào)頻的負(fù)荷范圍限定為240300MW。二、一次調(diào)頻動態(tài)特性 根據(jù)前面的論述，可以得到DEH系統(tǒng)的主要控制回路和汽輪發(fā)電機組完整的動態(tài)特性。見圖11。由圖中可知：在機組升速、并網(wǎng)和解列甩負(fù)荷以后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)由P1I1調(diào)節(jié)器完成，實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)；并網(wǎng)后為負(fù)荷調(diào)節(jié)，由一次調(diào)頻和功率P2I2

14、調(diào)節(jié)兩個回路組成。 如果一次調(diào)頻回路不投入，而只投功率回路，系統(tǒng)為定功率運行 如果功率回路不投入，而只投一次調(diào)頻回路，系統(tǒng)為有差頻率運行 一次調(diào)頻和功率都投入，則系統(tǒng)為功頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 DEH系統(tǒng)各主要環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)如圖12，其對應(yīng)的參數(shù)見下表1。其中：一次調(diào)頻一般按照圖13所示設(shè)置。 上表列出了國內(nèi)125MW及以上大中型機組主要環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，并給出了參數(shù)范圍。根據(jù)國家電網(wǎng)公司公布的發(fā)電廠并網(wǎng)運行安全性評價的文件要求，“100MW等級及以上容量發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及各環(huán)節(jié)參數(shù)應(yīng)書面報電網(wǎng)企業(yè)審核。”上表可以作為主要參考數(shù)據(jù)。三、一次調(diào)頻實例 設(shè)電網(wǎng)中有n臺機組，電網(wǎng)簡化方塊圖如圖14： -電網(wǎng)中各機組發(fā)出功率的總和，-負(fù)荷擾動，-用戶負(fù)載 -頻率變化，1n各機組不等率 Ta -電網(wǎng)時間常數(shù) KD -電網(wǎng)自平衡系數(shù)也即負(fù)荷頻率特性， 假設(shè)電網(wǎng)中各臺機組均無一次調(diào)頻功能，則電網(wǎng)頻率變化相對負(fù)荷擾動的傳遞函數(shù)為： 若