电厂之41日产350mw燃煤火电机组一次调频功能探讨及改进.doc

河津电厂日本三菱机组的一次调频功能分析及改进方案探讨 王　莉（山西漳泽电力股份公司河津发电厂，山西，043300）摘要　文章主要详细讨论了山西河津发电厂三菱350MW燃煤火电机组一次调频的响应过程及其动作原理，并对协调方式运行下的同类型机组参与电网频率异常升高情况下的一次调频深度以及稳定机组的措施提出了讨论，并且按照上级文件技术要求对DCS系统中的DEH、CCS系统控制方案进行了改进关键词　电网 频率 异常 改进2003年5月12日，山西省电网大房二回线因故障跳闸，造成山西电网与华北电网解列，造成省内发电负荷与用户用电负荷不平衡，山西电网频率异常升高网内机组一次调频动作结束后，电网频率大约维持50.6Hz，河津发电厂EWS记录汽轮机稳定转速维持在3036rpm左右，直至二次调频结束，电网频率恢复正常河津发电厂两台机组参加了一次调频，两台机组共减负荷100MW左右，为事故后山西电网的稳定作出了自己的贡献但是，机组参加一次调频后，也出现了一些值得探讨的问题随后华北电网公司、山西电网公司下发了关于并网机组一次调频功能的若干强制性技术规定，我们根据上级文件要求，通过对DCS系统中DEH、CCS相关设计回路的分析、论证，对DEH、CCS 系统原设计参数及组态进行了修改，经过试验确认，达到了预期的结果。

一、河津发电厂机组概况河津发电厂一期工程采用日本三菱重工生产的两台350MW燃煤火电机组，其中锅炉为MB-FRR型亚临界参数，一次中间再热，平衡通风强制循环汽包锅炉，额定蒸发量1205t/h；为锅炉配套的制粉系统采用正压直吹式双进双出钢球磨（Double Inlet Double Outlet）制粉系统；汽轮机为三菱TC 2F-35.4″型亚临界参数，一次中间再热，反动式，单轴双缸双排汽凝汽式汽轮机旁路系统采用美国CCI公司生产的两级气动串联旁路系统，其容量设计为40％额定蒸发量，采用压缩空气作为执行机构的动力，可以实现保护工况下的快速开启二、机组协调控制系统及其设计特点鉴于我厂三菱机组上述主设备的上述特点，三菱公司在设计协调控制系统时，采用了以炉跟随为基础的协调控制系统，本系统为间接能量平衡式协调控制系统，即锅炉负荷指令由负荷指令信号间接构造，主要由以下三部分生成：其一，运行人员在MW SET上设定的目标负荷指令值所生成的当前负荷指令值MWD（Mega. Watt Demand）；其二，主汽压力调节器所产生的调节指令值二者之和极为锅炉侧所间接构造的负荷指令值；其三，为了适应变负荷阶段，机组尤其是锅炉侧调整较慢的现实，加快机组负荷响应速度，三菱工程师还构造了机组变负荷锅炉调整前馈调整指令值BIR（Boiler Input Ratio），其值大小取决于当前负荷指令，以及负荷变化率大小，显然在负荷指令不变时，BIR值应为零。

三、三菱机组协调控制系统参加一次调频功能的设计特点根据有关资料，由于考虑机组本身运行的方便以及上级考核的方式，目前投入协调方式运行的机组大部分未投入一次调频功能，但是从原则上，全电网机组参与一次调频，可以减小电网负荷不平衡程度，有利于电网频率稳定，5.12事件发生后，华北电网公司、山西省电网公司迅速对此作出技术规定，要求全部并网机组参与一次调频，并且不能任意退出本功能首先，机组协调运行方式下，负荷指令处理中心直接叠加了一次调频的指令，以便直接在协调控制方式下，整个机组参与一次调频，其工作原理图见图一图 一其次，由图一可知，三菱机组以协调方式参与电网一次调频是有限度的，机组此时频差-2-0.200.22.0调门自由偏置功率（MW）350000-350图中函数关系如下表所示Fx1Fx2主汽压力（MPa）025系数0.50.5Fx3MW DEM140175380调门自由偏置功率（MW）0-38-76Fx4MW DEM140175380调门自由偏置功率（MW）76380仅对50.2Hz以上的网频异常上扬进行频率一次调频响应，原则上整个机组调频的不等率为4%，即电网频率增加2Hz时，一次调频响应－100％（－350MW）额定负荷。

第三，由图一还可以知道，协调控制方式下机组一次调频的幅度受到限制，最大BMCR工况下为76MW，额定负荷下为70MW第四，频差过大导致机组不再以协调控制方式运行时，机组在协调级不再进行一次调频的响应三菱系统具体的设计参数为网频大于50.25Hz时，机组即使汽机主控器TM（Turbine Master）解为手动，锅炉主控器状态不受影响，机组转为BF（Boiler Follow）方式运行，锅炉根据当前机组有功负荷、主汽压力调节器指令对锅炉燃烧率进行调整稳定锅炉侧各参数，汽机侧则由MT-DEH回路的调速功能强制继续进行一次调频四、汽轮机MT-DEH系统一次调频功能的设计特点我厂汽轮机MT-DEH系统由三菱公司作为其DCS系统DIASYS UP/V的一个子系统供货，因此与CCS系统的接口问题解决得比较完善三菱公司为其350MW汽轮发电机组所设计的功频电液调节系统MT-DEH中，设计了“GOV”和“LL”两种不同的负荷控制方式：其中“GOV” 是英文单词调速器“GOVernor”的缩写，是指汽轮发电机并列后，在负荷控制指令中加入调频指令，由于调频指令的计算与设定的汽轮机转速变动率(Droop)值相关，实际上所起的作用相当于机械式汽轮机调速系统中机械式转速反馈及控制回路，显然即此时机组不但响应运行人员给定的负荷指令值，而且响应由于电网电能不平衡引起的频率波动。

我厂MT-DEH的转速不等率设计为4%另外 “LL”是“Load Limiter”的写，根据实际对控制逻辑进行的分析，和实际运行情况来看，LL回路具有如下特点：一，LL回路没有加入调频指令，也就是说在LL手动操作，或者机组负荷自动调节时，机组功率调节指令对电网频率的变化并不响应；二，LL回路中加入了负荷限制，对于LL回路输出的做出上限规定，防止机组超负荷因此LL回路被称为负荷限制器功率控制回路GOV回路的设计保证了在机组发生异常紧急工况时，汽机系统需要强制进入调速方式运行提供了可能性，比如，主变出口主开关（52G）跳闸时，或者厂220KV系统与电网解列，而52G主开关未跳闸，或者电网解列，我厂机组与本区域其他电厂只发供电至本区域负荷等三种情况，汽轮发电机系统需要进入纯调速方式运行，以便尽量满足电网或厂用电，或本机组厂用电的频率调节的需要一般情况下，机组处于CC控制方式时，要求MT-DEH侧不对电网频率的小幅升高做出响应，一般投入LL控制，调速回路GOV则处于自动跟踪方式（AF Mode），其值为LL指令值叠加5%跟踪偏差由于GOV/LL回路为选小输出，所以一般情况下，TM指令通过LL回路直接操作汽机调阀，控制功率。

当网频升高时，GOV指令（LL指令＋5%＋Droop指令）将逐渐减小，根据4%的汽机转速不等率设计，显然当网频大于下值时，GOV指令将小于LL指令，发生翻转：f＝50+(3000rpm×4%×5% /100%) /60=50.1Hz发生翻转时，汽机主控器不能增加输出指令，机组实际处于不能增加负荷的CC控制方式5.12事故发生时，显然我厂MT-DEH系统很快处于翻转状态，直至网频升至50.25Hz，TM强制解为手动方式，此后机组在BF方式下一直由汽轮机MT-DEH系统直接参与一次调频，炉侧维持主蒸汽压力由于最终网频达到50.6Hz，因此理论上我厂机组的一次调频深度已经达到以下计算值：ΔMW(%)={(50.6-50) /50}×(100% /4%)=30%但是，由于负荷指令并不能与实际负荷一一对应，这与伺服插件和液力系统的联调结果有一定的关系；另外，汽机侧大幅度降低负荷后，由于炉侧滞后引起的主汽压力升高，会造成阀门一定开度高、中、低压缸作功的少量增加，这也会造成实际降低负荷幅度减少5.12事故中我厂#1机组一次调频负荷接近50MW，两台机组共减负荷近十万千瓦，为山西电网的事故后电网频率稳定做出了较大的贡献。

事故后在中调统一指挥下，经过二次调频我厂再次两台机组共减负荷80MW左右，山西电网频率迅速恢复正常五、三菱机组一次调频功能的整体说明及存在的问题显然目前，河津电厂三菱机组CC方式下对网频异常升高情况下（以5.12事故为例）的响应可以分为以下几个阶段：a、50Hz－50.1Hz机组不响应电网频率，不进行一次调频b、50.1Hz－50.2Hz阶段，MT-DEH侧发生GOV/LL控制翻转（Reverse），强制TM不能增加，汽机MT-DEH侧为GOV回路控制调门开度，不再接受TM的增加负荷指令，机组负荷指令处理中心未对机组目标负荷叠加一次调频指令，锅炉侧BM为自动方式，仍根据目标负荷指令（MW SET）和主汽压力调节器对燃烧率进行调节c、50.2Hz－50.25Hz阶段，机组负荷指令处理中心对机组目标负荷叠加一次调频指令，对机组整体负荷进行调整，最大幅度接近10MW；锅炉侧BM仍为自动方式，仍根据目标负荷指令（MW SET）和主汽压力调节器对燃烧率进行调节；汽机侧仍为b中所描述的情况d、大于50.25Hz的阶段，强制TM为手动方式，机组转入炉跟踪（BF）方式,根据当前实际电负荷及主汽压力调节器指令对锅炉燃烧率进行调整；旁路可能由于主汽压力升高而打开，协助维持主汽压力；MT-DEH侧则继续由GOV进行控制，维持翻转（REVERSE）状态，减小机组出力。

由上述讨论，根据5.12事故发生后我厂机组的工况，尤其是锅炉侧的工况，对于正在以协调方式运行的机组，应该进行必要的控制逻辑修改，并进行试验确认六、三菱机组一次调频功能改进途径1、DEH速度变动率（Droop）计算回路的改进1）当DEH未投一次调频(GOV)方式时，速度变动率(Droop)的按照原算法计算；当投入一次调频(GOV)方式时，速度变动率(Droop)按照“图一”所示的算法计算速度变动率Droop按照山西省省网200MW以上火电机组的统一规定为4.5％同时，取消手动修改“速度变动率”的功能； （2）组态内F1 (x)确定Droop的函数关系（3）F3(x)和F4(x)确定Droop的可调负荷的上、下限幅，这种限幅应该是根据当前机组实发功率的大小而确定的，是一个相对值而不是绝对的8%ECR（28MW）这样做是符合实际情况的如：当前实发功率是350MW时，一次调频的上限调整幅度是0%ECR (0MW)，而下限调整幅度是10%ECR (35MW)；当前实发功率是175MW时，一次调频的上限调整幅度是10%ECR (35MW)，而下限调整幅度是0%ECR (0MW)2、DEH负荷控制方式的改进DEH的负荷控制方式有两种：LL负荷限制方式、GOV调门控制方式。

由于只有在GOV方式下机组才能参与一次调频，所以要求在机组在合适的运行方式下投入GOV方式根据三菱公司DEH的设计思想：（1）在机组冲转、定速、同期过程中，要精确控制汽轮机的转速，所以要采取“强制GOV”方式；（2）在机组并网、带初负荷以及阀切换过程中，要精确控制汽轮机的功率和调门进汽方式，绝对不容许参与一次调频，因此要采取“LL”方式在机组冲转、定速、同期、并网、带初负荷以及阀切换5个过程结束后，顺延了“LL”方式作为机组的负荷控制方式，而机组的“GOV”方式通过叠加5%的偏置（AF Bias）自动跟踪“LL”方式我们认为，这种设计思想基本是合情合理的因此，我们提出的改进方案。