300 MW火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化

楊宏斌

（山西臨汾熱電有限公司，山西臨汾041000）

0 引言

同煤集團(tuán)山西臨汾熱電兩臺(tái)30萬(wàn)kW機(jī)組的DCS系統(tǒng)采用的是北京國(guó)電智深NT+控制系統(tǒng)，汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)DEH采用美國(guó)ABB公司的Symphonyx系統(tǒng)?？刂乒δ芊矫?，DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了MCS自動(dòng)控制系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)SCS、鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng)FSSS、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS及事故追憶SOE功能，而DEH系統(tǒng)則對(duì)汽輪機(jī)啟停、調(diào)門(mén)控制和重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和保護(hù)。機(jī)組協(xié)調(diào)控制方式為鍋爐跟隨汽機(jī)，即當(dāng)機(jī)組在CCS控制方式和AGC控制時(shí)，鍋爐調(diào)節(jié)汽壓，汽機(jī)高壓調(diào)汽門(mén)控制功率，將汽壓偏差引入汽輪機(jī)主控制器，讓汽輪機(jī)在控制功率的同時(shí)，配合鍋爐共同控制主蒸汽壓力，以改變汽壓的控制質(zhì)量。

1 現(xiàn)存問(wèn)題分析及解決方案

臨汾熱電兩臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)接收來(lái)自中調(diào)AGC信號(hào)，由CCS系統(tǒng)計(jì)算負(fù)荷偏差，并計(jì)算出機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷，由DEH系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)。臨汾熱電2014年雙機(jī)運(yùn)行以來(lái)，AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)差、一次調(diào)頻動(dòng)作不正確，造成機(jī)組整個(gè)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)品質(zhì)差，影響了機(jī)組的各項(xiàng)指標(biāo)要求。從現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看，主要存在以下問(wèn)題：鍋爐側(cè)慣性遲延較大、磨煤機(jī)制粉風(fēng)量控制差，導(dǎo)致實(shí)發(fā)功率不能及時(shí)跟隨調(diào)度指令；高壓閥門(mén)擺動(dòng)，造成負(fù)荷不穩(wěn)，惡化了調(diào)節(jié)品質(zhì)；一次調(diào)頻動(dòng)作不可靠。以上問(wèn)題的存在，造成臨汾熱電兩臺(tái)機(jī)組不能達(dá)到兩個(gè)細(xì)則對(duì)于機(jī)組穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性的要求。

1.1 磨煤機(jī)制粉風(fēng)量控制差

1.1.1 原因分析

AGC功能主要有三個(gè)閉環(huán)控制：機(jī)組控制環(huán)、區(qū)域調(diào)節(jié)控制環(huán)和計(jì)劃跟蹤環(huán)，機(jī)組控制環(huán)由DCS自動(dòng)實(shí)現(xiàn)；區(qū)域調(diào)節(jié)控制的目的是使區(qū)域控制誤差調(diào)到零，這是AGC的核心；區(qū)域計(jì)劃跟蹤控制的目的是按計(jì)劃提供發(fā)電基點(diǎn)功率。

影響AGC響應(yīng)時(shí)間的主要因素是鍋爐響應(yīng)的遲延，其主要發(fā)生在制粉過(guò)程，中間貯倉(cāng)系統(tǒng)對(duì)于增加燃燒率的反應(yīng)速度最快，鋼球磨煤機(jī)次之。通常各電廠采取的提高制粉系統(tǒng)反應(yīng)速度的手段是增強(qiáng)煤量和一次風(fēng)量的前饋?zhàn)饔?，充分利用磨煤機(jī)內(nèi)的蓄粉，迅速改變給煤量，使鍋爐的燃燒率發(fā)生變化，從而縮短純遲延時(shí)間。臨汾熱電機(jī)組負(fù)荷升到70%以上時(shí)，汽輪機(jī)主控輸出達(dá)到了100%，機(jī)組失去負(fù)荷調(diào)節(jié)功能，無(wú)法滿足AGC的調(diào)節(jié)要求。

1.1.2 解決方案

針對(duì)以上問(wèn)題，熱控專業(yè)從兩方面進(jìn)行了分析和解決。一是機(jī)組運(yùn)行中，主汽壓力設(shè)定值偏低，鍋爐燃燒穩(wěn)定在一個(gè)相對(duì)較低的水平，在負(fù)荷快速變化時(shí)，雖然主控輸出得到快速反應(yīng)，但是由于主汽壓力設(shè)定值低，自動(dòng)邏輯PID參數(shù)發(fā)生積分飽和現(xiàn)象，高壓調(diào)門(mén)變?yōu)槿_(kāi)狀態(tài)，已經(jīng)無(wú)法滿足負(fù)荷調(diào)整的要求。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)磨煤機(jī)容量風(fēng)門(mén)性能差、故障率高，閥門(mén)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，一定程度上制約了風(fēng)量的調(diào)整，從而影響了負(fù)荷的調(diào)節(jié)。針對(duì)以上情況，熱控專業(yè)對(duì)汽機(jī)主控、鍋爐主控邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，增強(qiáng)了煤量和一次風(fēng)量的前饋?zhàn)饔?，?duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整試驗(yàn)，整體上避免了PID參數(shù)積分飽和現(xiàn)象。同時(shí)，對(duì)磨容量風(fēng)門(mén)進(jìn)行了設(shè)備改造，采用進(jìn)口的ROTORK執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也保證了制粉系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 高壓閥門(mén)擺動(dòng)、負(fù)荷波動(dòng)

1.2.1 原因分析

機(jī)組在正常運(yùn)行中，汽輪機(jī)高壓調(diào)門(mén)在順閥狀態(tài)，機(jī)組協(xié)調(diào)功能（CCS）、負(fù)荷自動(dòng)控制功能（AGC）、一次調(diào)頻功能全部為投入狀態(tài)。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低到50%以下時(shí)，機(jī)組高壓調(diào)門(mén)多次出現(xiàn)晃動(dòng)，調(diào)節(jié)級(jí)壓力波動(dòng)，總體呈現(xiàn)正弦曲線狀態(tài)，負(fù)荷隨之出現(xiàn)波動(dòng)，一般機(jī)組負(fù)荷晃動(dòng)范圍在2～4 MW，嚴(yán)重時(shí)波動(dòng)可超過(guò)5 MW，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。

針對(duì)該隱患，熱控專業(yè)組織了較詳細(xì)的分析和試驗(yàn)。在解除“CCS”和“AGC”控制后，將“DEH”切為“手動(dòng)”“單閥”狀態(tài)運(yùn)行，則調(diào)門(mén)晃動(dòng)現(xiàn)象消失，機(jī)組運(yùn)行較為穩(wěn)定，該試驗(yàn)表明閥門(mén)本身不存在晃動(dòng)原因。經(jīng)過(guò)專業(yè)分析，主要原因在于機(jī)組順閥閥序設(shè)計(jì)不合理，重疊度、閥門(mén)升程特性與流量特性不相符等配汽特性設(shè)計(jì)不良，影響到系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性和運(yùn)行安全經(jīng)濟(jì)性。

1.2.2 解決方案

機(jī)組正式運(yùn)行后，一直以廠家給定的指導(dǎo)滑壓曲線運(yùn)行。但由于現(xiàn)場(chǎng)安裝等因素的影響，高壓調(diào)門(mén)實(shí)際的流量特性與DEH中預(yù)置的流量特性曲線會(huì)有差異。為進(jìn)一步掌握機(jī)組的實(shí)際配汽機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)特性及滑壓運(yùn)行方式，改進(jìn)機(jī)組調(diào)節(jié)特性及滑壓運(yùn)行方式和控制方式，應(yīng)盡快進(jìn)行高壓調(diào)門(mén)流量特性試驗(yàn)，對(duì)閥門(mén)的合理開(kāi)啟順序、重疊度進(jìn)行測(cè)試，制定機(jī)組的定壓—滑壓—定壓曲線，從而實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的優(yōu)化運(yùn)行。主要試驗(yàn)包括：第一，通過(guò)汽機(jī)調(diào)門(mén)升程流量特性的標(biāo)定改善機(jī)組調(diào)節(jié)特性，使機(jī)組閥位指令與負(fù)荷關(guān)系更接近設(shè)計(jì)點(diǎn)，并呈線性關(guān)系，有利于機(jī)組運(yùn)行調(diào)節(jié)的穩(wěn)定，并使機(jī)組一次調(diào)頻性能得以改善；第二，重新設(shè)定機(jī)組調(diào)門(mén)重疊度，合理布置調(diào)門(mén)開(kāi)啟順序，消除負(fù)荷升降過(guò)程中閥門(mén)抖動(dòng)等現(xiàn)象；第三，全面掌握機(jī)組不同滑壓運(yùn)行方式下的運(yùn)行控制特性和經(jīng)濟(jì)性，使機(jī)組滑壓運(yùn)行模式可靠投入，提高機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行小指標(biāo)。

1.3 一次調(diào)頻動(dòng)作不正確

1.3.1 原因分析

一次調(diào)節(jié)是電網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行的機(jī)組的調(diào)節(jié)器在沒(méi)有手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)頻裝置參與調(diào)節(jié)的情況下，自動(dòng)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽，使發(fā)電機(jī)輸出功率與電網(wǎng)負(fù)荷變化相互平衡來(lái)維持電網(wǎng)頻率的一種調(diào)節(jié)，也稱為電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)節(jié)。

2014-03-18T08：00，#2機(jī)組AGC運(yùn)行方式投入，ACE功能投入。08：57，AGC指令由241 MW降至約232 MW，一次調(diào)頻由-0.2 r/min升至約2.325 r/min，AGC負(fù)荷指令與一次調(diào)頻動(dòng)作指令正好方向相反，造成#2機(jī)一次調(diào)頻動(dòng)作響應(yīng)不正確。

1.3.2 解決方案

當(dāng)出現(xiàn)AGC的負(fù)荷指令變化方向和一次調(diào)頻要求的負(fù)荷指令變化方向不一致時(shí)，通過(guò)閉鎖AGC的調(diào)節(jié)來(lái)保證一次調(diào)頻的正確動(dòng)作方向。在機(jī)組投入一次調(diào)頻和AGC功能時(shí)，由于對(duì)一次調(diào)頻不正確動(dòng)作的考核要遠(yuǎn)大于對(duì)AGC調(diào)節(jié)精度與速度的考核，所以在AGC的負(fù)荷指令變化方向和一次調(diào)頻要求的負(fù)荷指令變化方向不一致時(shí)，通過(guò)DCS系統(tǒng)邏輯判斷并閉鎖AGC指令的調(diào)節(jié)，優(yōu)先滿足一次調(diào)頻的控制需要。

2 實(shí)施效果

邏輯修改完畢后，通過(guò)觀察兩臺(tái)機(jī)AGC負(fù)荷響應(yīng)情況，之前的問(wèn)題得到了非常好的解決，改善了負(fù)荷響應(yīng)速率，消除了主汽壓力穩(wěn)態(tài)波動(dòng)，能夠滿足兩個(gè)細(xì)則相關(guān)規(guī)定要求，具體如表1、表2所示。

表1 2014年機(jī)組優(yōu)化后臨汾熱電#1機(jī)組雙細(xì)則考核情況

表2 2014年機(jī)組優(yōu)化后臨汾熱電#2機(jī)組雙細(xì)則考核情況

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)加入控制鍋爐提前動(dòng)作的前饋環(huán)節(jié)，增加汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)幅度，優(yōu)化鍋爐重要輔機(jī)運(yùn)行方式及參數(shù)，磨煤機(jī)容量風(fēng)門(mén)改造等方法，CCS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)整體調(diào)節(jié)性能有所改善，提高了整個(gè)機(jī)組的調(diào)節(jié)品質(zhì)，保證了AGC投入時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性，對(duì)設(shè)備安全和給電網(wǎng)傳輸高品質(zhì)電能起到了很大的作用。從雙細(xì)則考核來(lái)看，AGC可用率基本達(dá)到了要求，但為了機(jī)組更經(jīng)濟(jì)和安全地運(yùn)行，應(yīng)盡快進(jìn)行高壓調(diào)門(mén)流量特性試驗(yàn)。