陳仕剛

(韶關(guān)發(fā)電廠，廣東 韶關(guān) 512027)

1 一次調(diào)頻反調(diào)原因分析

1.1 機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作過(guò)程

2011-07-21T20:12:03，靖海電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)跳閘，甩負(fù)荷990MW，此時(shí)廣東電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)負(fù)荷為63480MW，電網(wǎng)頻率在 8s內(nèi)從 49.982Hz 降至49.911Hz。在這次電網(wǎng)頻率波動(dòng)事件過(guò)程中，韶關(guān)發(fā)電廠10號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作過(guò)程被考核為“反調(diào)”，機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作過(guò)程如圖1所示。

1.2 原因分析

圖1 韶關(guān)發(fā)電廠10號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作過(guò)程

由圖1可以看出，機(jī)組負(fù)荷隨頻率的波動(dòng)而反方向調(diào)節(jié)。當(dāng)頻率降低時(shí)，機(jī)組負(fù)荷升高；當(dāng)頻率升高時(shí)，機(jī)組負(fù)荷降低。機(jī)組一次調(diào)頻控制方向正確，并沒(méi)有出現(xiàn)“反調(diào)”的控制。從機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷來(lái)看，頻率擾動(dòng)時(shí)，機(jī)組的“出力初值”為193.8MW，“出力末值”為 192.7MW，“出力末值”比“出力初值”低，但在“出力初值”時(shí)刻的電網(wǎng)頻率并沒(méi)有高過(guò)擾動(dòng)前的頻率，所以電網(wǎng)對(duì)機(jī)組的一次調(diào)頻考核為“反調(diào)”。即頻率并未恢復(fù)至一次調(diào)頻動(dòng)作區(qū)外，仍然在機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作的范圍內(nèi)，機(jī)組的出力值就已經(jīng)降到了比初始值還低，這是不合理的。正常情況下，一次調(diào)頻動(dòng)作結(jié)束后，出力值開(kāi)始增加直至最大值，后期會(huì)存在機(jī)組出力值回落的現(xiàn)象，但是回落值在頻率還沒(méi)恢復(fù)前必須大于“出力初值”，否則就會(huì)造成反調(diào)節(jié)。

機(jī)組一次調(diào)頻控制是利用鍋爐的蓄熱來(lái)完成的，而蓄熱的變化又會(huì)影響機(jī)組的一次調(diào)頻質(zhì)量。在此次頻率擾動(dòng)事件中，電網(wǎng)頻率由49.982Hz(對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為 2998.92r/min)降低到 49.911Hz(對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為2994.66r/min)時(shí)，機(jī)組負(fù)荷利用鍋爐蓄熱迅速由193.8MW增加到197.4MW(調(diào)差系數(shù)為9.26%，1.08MW/(r/min))。在網(wǎng)內(nèi)機(jī)組一次調(diào)頻的共同作用下，電網(wǎng)頻率由49.911Hz(對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為 2994.66r/min)回升到 49.963Hz(對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為2997.78r/min)。此時(shí)電網(wǎng)頻率仍未恢復(fù)，仍在一次調(diào)頻動(dòng)作的范圍內(nèi)，但鍋爐的蓄熱已被之前的加負(fù)荷消耗掉了一部分，機(jī)組負(fù)荷降低的幅度比升高時(shí)要大，實(shí)際負(fù)荷從197.4MW降到192.2MW(調(diào)差系數(shù) 5.99%，1.67MW/(r/min))。在結(jié)束點(diǎn)，電網(wǎng)頻率為 49.953Hz，機(jī)組負(fù)荷為 192.7MW(比頻率擾動(dòng)前的193.8MW降低1.1MW)。如果機(jī)組負(fù)荷降低的幅度比升高時(shí)的幅度大，則會(huì)對(duì)電網(wǎng)的頻率恢復(fù)造成不利的影響，一次調(diào)頻不如不動(dòng)作。

單從“出力初值”和“出力末值”2點(diǎn)的機(jī)組實(shí)際負(fù)荷值來(lái)看，機(jī)組一次調(diào)頻好像為“反調(diào)”;但從機(jī)組一次調(diào)頻控制的過(guò)程來(lái)看，一次調(diào)頻控制方向正確，并沒(méi)有出現(xiàn)“反調(diào)”的控制，僅僅是減負(fù)荷時(shí)一次調(diào)頻的調(diào)差系數(shù)(5.99%)比加負(fù)荷時(shí)(9.26%)小。造成調(diào)差系數(shù)有差異的主要原因是加負(fù)荷持續(xù)的時(shí)間比減負(fù)荷持續(xù)的時(shí)間短，同時(shí)鍋爐的蓄熱也發(fā)生了變化。

查看機(jī)組的歷史記錄曲線，汽輪機(jī)調(diào)門指令、主汽壓力、負(fù)荷等信號(hào)的變化如圖2所示。

由圖2可以看出，主汽壓力(鍋爐的蓄熱)在一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)不斷下降，是造成機(jī)組一次調(diào)頻“反調(diào)”的主要原因；在CCS的調(diào)節(jié)作用下，機(jī)組負(fù)荷20s后恢復(fù)。從圖2的汽機(jī)調(diào)門指令變化來(lái)看，當(dāng)頻率降低時(shí)，汽機(jī)調(diào)門由57.24%上升到60.01%；當(dāng)頻率回升后，汽機(jī)調(diào)門最低降到57.8%，高于頻率擾動(dòng)前的57.24%，機(jī)組一次調(diào)頻控制并沒(méi)有“反調(diào)”。

圖2 韶關(guān)發(fā)電廠10號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作過(guò)程

分析圖2可知，要避免機(jī)組出現(xiàn)一次調(diào)頻的“反調(diào)”現(xiàn)象，可以通過(guò)加速CCS的負(fù)荷閉環(huán)調(diào)節(jié)，多利用鍋爐的蓄熱，從而避免負(fù)荷降低過(guò)多。同時(shí)，還要加快鍋爐燃料的調(diào)節(jié)，及時(shí)補(bǔ)充鍋爐的蓄熱。從機(jī)組來(lái)看，機(jī)組一次調(diào)頻控制方面沒(méi)有問(wèn)題，但是控制和最終機(jī)組的一次調(diào)頻效果卻是2個(gè)不同的概念。不僅要一次調(diào)頻控制正確，更重要的是機(jī)組能夠真正在一次調(diào)頻的控制下實(shí)現(xiàn)有利于系統(tǒng)頻率恢復(fù)的出力調(diào)整。

1.3 對(duì)策及整改措施

機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，鍋爐蓄熱的變化會(huì)影響機(jī)組負(fù)荷的調(diào)節(jié)，而一次調(diào)頻主要以開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)為主(DEH)，而且為比例有差調(diào)節(jié)(不等率的倒數(shù)即為比例調(diào)節(jié)增益)，鍋爐蓄熱的變化對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻的影響較大。

為減少鍋爐蓄熱對(duì)一次調(diào)頻的影響，可采取以下對(duì)策和措施：

(1)采用主汽壓力信號(hào)對(duì)DEH的一次調(diào)頻指令進(jìn)行補(bǔ)償控制；

(2)增強(qiáng)CCS的負(fù)荷調(diào)節(jié)作用，在一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，利用CCS的負(fù)荷閉環(huán)無(wú)差調(diào)節(jié)作用，減少鍋爐蓄熱變化對(duì)一次調(diào)頻的影響；

(3)在出現(xiàn)類似的頻率波動(dòng)時(shí)，加強(qiáng)鍋爐的燃料調(diào)節(jié)作用，及時(shí)補(bǔ)充鍋爐蓄熱。

2 一次調(diào)頻引起CCS負(fù)荷反調(diào)波動(dòng)大的原因分析

2.1 機(jī)組負(fù)荷反調(diào)波動(dòng)情況

近期以來(lái)，韶關(guān)發(fā)電廠10號(hào)機(jī)組在一次調(diào)頻的長(zhǎng)時(shí)間作用下，在AGC指令、機(jī)組主汽壓力、燃料量等參數(shù)均穩(wěn)定的情況下，機(jī)組負(fù)荷會(huì)自動(dòng)慢慢下降15MW左右，然后又快速回升。這種負(fù)荷波動(dòng)與電網(wǎng)頻率偏離一次調(diào)頻死區(qū)持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，一次調(diào)頻作用持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)生的頻率就越高。當(dāng)機(jī)組退出一次調(diào)頻時(shí)，這種負(fù)荷波動(dòng)的現(xiàn)象就會(huì)消失。

這種負(fù)荷波動(dòng)對(duì)機(jī)組的擾動(dòng)很大，有時(shí)會(huì)造成主汽壓力超壓，或者因負(fù)荷偏差太大造成AGC退出，使得機(jī)組不得不退出一次調(diào)頻，以進(jìn)行處理。一次機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)的情況記錄如圖3所示；一次機(jī)組負(fù)荷偏差太大，退出一次調(diào)頻時(shí)機(jī)組負(fù)荷迅速增加的記錄如圖4所示。

圖3 負(fù)荷自動(dòng)下降時(shí)機(jī)組主要參數(shù)曲線記錄

圖4 一次調(diào)頻退出時(shí)機(jī)組負(fù)荷迅速增加的情況記錄

2.2 原因分析

首先，這種負(fù)荷波動(dòng)只有在一次調(diào)頻的長(zhǎng)時(shí)間作用下才會(huì)出現(xiàn)；當(dāng)電網(wǎng)頻率一直在調(diào)頻死區(qū)內(nèi)波動(dòng)或機(jī)組退出一次調(diào)頻時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)這種波動(dòng)。由此可見(jiàn)，機(jī)組負(fù)荷的波動(dòng)與一次調(diào)頻有關(guān)。

其次，在機(jī)組負(fù)荷慢慢下降的過(guò)程中，AGC指令、負(fù)荷設(shè)定值、主汽壓力、鍋爐燃料量等均穩(wěn)定，沒(méi)有發(fā)生過(guò)波動(dòng)。由此可見(jiàn)，機(jī)組負(fù)荷的波動(dòng)與AGC及機(jī)組參數(shù)無(wú)關(guān)。

最后，在機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)過(guò)程中，汽機(jī)的調(diào)門開(kāi)度也在波動(dòng)，而且與負(fù)荷波動(dòng)的方向一致。由此可見(jiàn)，機(jī)組負(fù)荷的波動(dòng)還與CCS的汽機(jī)主控有關(guān)。

綜合上述分析，應(yīng)該是一次調(diào)頻作用在CCS的汽機(jī)主控回路發(fā)生問(wèn)題。檢查CCS的汽機(jī)主控回路發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一次調(diào)頻指令大于2MW時(shí)，閉鎖汽機(jī)主控PID增大方向運(yùn)算；當(dāng)一次調(diào)頻指令小于-2MW時(shí)，閉鎖汽機(jī)主控減少方向運(yùn)算。這就造成了機(jī)組負(fù)荷的波動(dòng)。CCS的汽機(jī)主控PID閉鎖邏輯原理如圖5所示，PID的BI輸入為BLOCKINCREASE，即閉鎖增；BD輸入為BLOCKDECREASE，即閉鎖降。

型號(hào)為ABBSYMHPONEY的DCS，其PID模塊在閉鎖輸入為“真”時(shí)，具有反調(diào)的作用。例如，閉鎖增時(shí)，PID的輸出會(huì)慢慢減少;閉鎖減時(shí)，PID的輸出會(huì)慢慢增加。當(dāng)閉鎖增時(shí)，PID只進(jìn)行減少的運(yùn)算，PID的偏差輸入是一個(gè)動(dòng)態(tài)的輸入量，在P的調(diào)節(jié)作用下，總會(huì)有減少的運(yùn)算；而偏差為正時(shí)，I積分運(yùn)算只進(jìn)行減加的運(yùn)算，對(duì)輸出沒(méi)有影響，所以PID的輸出就會(huì)慢慢減少。PID閉鎖減時(shí)原理相同。

圖5 汽機(jī)主控PID一次調(diào)頻控制閉鎖邏輯原理

如圖5所示，當(dāng)一次調(diào)頻指令大于2MW時(shí)，汽機(jī)主控PID閉鎖增，其輸出就會(huì)慢慢減少，機(jī)組負(fù)荷就會(huì)慢慢降低；當(dāng)一次調(diào)頻指令小于-2MW時(shí)，汽機(jī)主控PID的閉鎖增消失，此時(shí)負(fù)荷已降低了很多，PID的偏差輸入很大，在積分I的作用下，當(dāng)其輸出迅速增加時(shí)，機(jī)組負(fù)荷就會(huì)迅速升高。機(jī)組一次負(fù)荷波動(dòng)過(guò)程如圖6所示，一次調(diào)頻閉鎖增時(shí)，負(fù)荷慢慢降低;閉鎖增消失時(shí)，負(fù)荷迅速增加。

圖6 汽機(jī)主控閉鎖增與負(fù)荷波動(dòng)的關(guān)系記錄

一次調(diào)頻對(duì)汽機(jī)主控的閉鎖，是造成機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)的主要原因。一次調(diào)頻動(dòng)作后對(duì)機(jī)組負(fù)荷的閉鎖，是為了防止AGC調(diào)節(jié)影響一次調(diào)頻，即當(dāng)AGC指令與一次調(diào)頻作用方向相矛盾時(shí)，一次調(diào)頻優(yōu)先。但這種閉鎖會(huì)引起機(jī)組負(fù)荷反方向的調(diào)節(jié)，可能會(huì)造成一些不良后果。電網(wǎng)公司曾出臺(tái)一個(gè)關(guān)于一次調(diào)頻的補(bǔ)充規(guī)定，建議閉鎖時(shí)間不要超過(guò)60s。而韶關(guān)發(fā)電廠10號(hào)機(jī)組沒(méi)有閉鎖時(shí)間限制，當(dāng)一次調(diào)頻指令存在時(shí)，閉鎖一直存在，造成了負(fù)荷的大幅度波動(dòng)。同時(shí)，這種閉鎖后的反調(diào)作用，相當(dāng)于一次調(diào)頻控制具有積分作用，機(jī)組負(fù)荷不斷地增加或減少，可以增加機(jī)組一次調(diào)頻貢獻(xiàn)的電量，也可以避過(guò)電網(wǎng)公司對(duì)一次調(diào)頻的考核，但這是不科學(xué)的一次調(diào)頻控制方法。

2012年8，9月份，南方電網(wǎng)用電負(fù)荷緊張，用電缺口很大，電網(wǎng)頻率較長(zhǎng)時(shí)間低于49.967Hz運(yùn)行，韶關(guān)發(fā)電廠10號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)作，因閉鎖造成的負(fù)荷波動(dòng)現(xiàn)象比較明顯。

另外，一次調(diào)頻閉鎖汽機(jī)主控的方向不對(duì)，是造成機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)的另一個(gè)主要原因。一次調(diào)頻增加負(fù)荷閉鎖時(shí)，應(yīng)該閉鎖降，而不是閉鎖增。

2.3 對(duì)策及整改措施

(1)修改機(jī)組一次調(diào)頻閉鎖方向邏輯，當(dāng)調(diào)頻指令大于2MW時(shí)，閉鎖汽機(jī)主控降；當(dāng)調(diào)頻指令小于-2MW時(shí)，閉鎖汽機(jī)主控增。

(2)修改機(jī)組一次調(diào)頻閉鎖時(shí)間邏輯，當(dāng)閉鎖時(shí)間超過(guò)60s后，自動(dòng)取消閉鎖。

3 結(jié)束語(yǔ)

一次調(diào)頻對(duì)汽機(jī)主控的閉鎖，在PID閉鎖的反調(diào)作用下，造成機(jī)組負(fù)荷不斷波動(dòng)，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行不利。這種閉鎖后的PID反調(diào)作用，相當(dāng)于一次調(diào)頻控制具有積分作用，機(jī)組負(fù)荷不斷增加或減少，可增加機(jī)組一次調(diào)頻貢獻(xiàn)的電量，避過(guò)對(duì)一次調(diào)頻的考核，但這是不科學(xué)的控制方法。電網(wǎng)的一次調(diào)頻考核方法還應(yīng)不斷完善，除了公平外，還應(yīng)該更加科學(xué)。