本文針對國內(nèi)兩臺處于電網(wǎng)末端的600 MW亞臨界空冷機組,在順序閥方式下運行至高調(diào)門第三閥與第四閥重疊區(qū)域附近閥位時,出現(xiàn)的高調(diào)門高頻擺動問題進行分析研究。最終,通過對機組實際運行參數(shù)和DEH控制邏輯的分析,發(fā)現(xiàn)了閥門擺動的根本原因,并采用配汽優(yōu)化技術(shù)較好的解決了這一問題。這對提高目前國內(nèi)占主流的600 MW級別機組的順序閥運行方式下的安全性、經(jīng)濟性以及一次調(diào)頻等調(diào)節(jié)性能具有一定的借鑒意義。

引言

　　在實際中，電網(wǎng)的頻率是不斷波動的，如在末端電網(wǎng)，由于許多新能源發(fā)電單元(如風電機組)的并網(wǎng)運行，其頻差信號經(jīng)常在±0.05Hz左右(對應轉(zhuǎn)速差為±3r/min)頻繁變化。而電力系統(tǒng)運行的主要任務之一是對頻率進行監(jiān)視和控制，因此，發(fā)電機組的一次調(diào)頻功能對維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定至關(guān)重要。在電網(wǎng)頻率的波動事件中，一次調(diào)頻能力離設計值相差甚遠，很多裝備有快速數(shù)字電液調(diào)速器的機組沒有參與一次調(diào)頻。針對一次調(diào)頻引起EH油管振動問題，從硬件的角度提出了在每個高壓調(diào)門的進油管路增加了蓄能器，并對管束支撐進行了加固的處理措施，并取得了一定的效果。針對某135MW亞臨界機組為例，從DEH系統(tǒng)邏輯上分析了一次調(diào)頻功能在重疊度區(qū)容易引起閥門大幅晃動，甚至引起EH油管振動的原因;并且，提出在重疊度范圍略微減弱流量—閥位曲線斜率較大的閥門一次調(diào)頻能力，在總體上保證一次調(diào)頻的幅度和精度滿足電網(wǎng)要求，在國內(nèi)首次從軟件優(yōu)化的角度來消除一次調(diào)頻引起的閥門大幅晃動和EH油管振動;同時，還通過仿真試驗驗證了在CCS與DEH聯(lián)合調(diào)頻方式下，優(yōu)化后可大大降低閥門晃動幅度，提高了汽輪機組的安全穩(wěn)定性。由于，600MW級別的機組目前在我國占有很大的比重，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.healwit.com.cn/)之前發(fā)布的許多文獻中提及這個級別的機組在實際運行中會出現(xiàn)許多問題，而且這些問題隨著機組運行參數(shù)的升高，問題的嚴重性以及出現(xiàn)的概率也相應地加大。如超臨界機組的問題就要比亞臨界的多一些，如國內(nèi)大多數(shù)未進行系統(tǒng)高調(diào)門配汽優(yōu)化工作的火電機組，都存在高調(diào)門配汽規(guī)律設計不佳的情況。當機組投入順序閥方式運行時，出現(xiàn)了一些由配汽規(guī)律設計不當而引發(fā)的問題，因此，600MW級別機組的運行優(yōu)化經(jīng)驗是非常寶貴的。

1、機組存在的問題分析及解決方案

1.1、優(yōu)化前機組存在的問題

　　本廠的兩臺機組自投運以來，一直存在一些問題，其中最主要的一個問題就是高調(diào)門的擺動問題。當機組在順序閥方式下運行時，汽輪機的綜合閥位(85%左右)剛好處于高調(diào)門的第三個閥與第四閥重疊區(qū)域附近時，就會出現(xiàn)高調(diào)門的大幅擺動問題如圖1所示，高調(diào)門GV4最大擺動幅度為±10%左右。并且，調(diào)門的擺動還會直接導致主汽壓的擺動以及負荷的擺動，極大地影響了機組的安全穩(wěn)定運行，如圖2、圖3所示，主汽壓擾動較小，基本在小于0.05MPa的范圍內(nèi);但是對負荷的擾動較大，最大負荷擾動為±5MW左右。因此，需要對機組采用一定的運行優(yōu)化策略，解決閥門擺動這個首要問題。

圖1 機組高調(diào)門擺動趨勢圖

圖2 機組主汽壓擺動趨勢圖

圖3 機組負荷擺動趨勢圖

1.2、高調(diào)門的問題分析及解決方案

　　為了對機組存在的問題進行深入的分析研究，避免其余干擾因素，所以將機組切換至閥位控制方式下運行，此時，汽輪機的綜合閥位剛好處于高調(diào)門的第三個閥與第四閥重疊區(qū)域附近時，高調(diào)門的擺動問題也存在，并且擺動的幅度時大時小，因此，需要對機組的實際運行參數(shù)及DEH控制邏輯進行分析。通過分析DEH控制邏輯發(fā)現(xiàn)，機組雖然在閥位控制方式下，但是機組的閥位指令還是處于不斷變化中，因此，也就引起了高調(diào)門的擺動現(xiàn)象。最終，通過對引起閥位指令變化的回路的分析，發(fā)現(xiàn)是機組所處地域的網(wǎng)頻較差，機組的功頻調(diào)節(jié)回路處于工作狀態(tài)，一次調(diào)頻的動作，因此，閥位指令的不斷變化，最終引起高調(diào)門的擺動問題。并且，當綜合閥位剛好處于高調(diào)門的第三個閥與第四閥重疊區(qū)域附近時，第三個高調(diào)門的開度變化斜率較大，如圖4所示，因此，當閥位指令變化較小時，就會引起第三個高調(diào)門的大幅擺動，這實際上是由于高調(diào)門的配汽規(guī)律設計不當而引發(fā)的問題。

　　機組高調(diào)門配汽規(guī)律設計不當，會引發(fā)機組的一系列安全性和經(jīng)濟性以及調(diào)節(jié)性能問題。如順序閥規(guī)律的重疊度設置不當時，機組在高調(diào)門重疊區(qū)域的閥位附近運行時，不僅會產(chǎn)生較大節(jié)流損失使機組運行的經(jīng)濟性下降，還可能引發(fā)高調(diào)門的大幅高頻擺動問題，還可能伴隨不同程度的負荷擺動問題，嚴重時甚至導致停機。此外，機組閥門流量特性的準確程度對汽輪機也具有極其重要的影響。而在現(xiàn)實當中，由于現(xiàn)場安裝等因素、汽輪機制造過程中存在差異以及機組的調(diào)門進行檢修或更換等各種因素，造成實際的閥門流量特性曲線與機組出廠時DEH中預置的閥門流量特性曲線存在不同程度的差異。這種差異較大時，可能會引起在機組變負荷和一次調(diào)頻時出現(xiàn)負荷突變和調(diào)節(jié)緩慢的問題，造成機組控制困難，影響機組的安全性和變負荷能力。因此，對機組進行高調(diào)門的配汽規(guī)律優(yōu)化工作十分有必要的。

圖4 機組原高調(diào)門的進汽規(guī)律

　　如圖4所示，機組高調(diào)門的原進汽規(guī)律存在一些不合理之處，尤其是在重疊區(qū)域附近，不僅#4高調(diào)門在85%的閥位時存在擺動的問題;當機組運行至62%左右閥位時，綜合閥位指令的小幅變化也會導致#1和#2高調(diào)門出現(xiàn)大幅擺動問題。通過對機組進行變工況計算以及實際的閥門流量特性的重新辨識，設計出了機組新的高調(diào)門進汽規(guī)律，如圖5所示。新設計的順序閥規(guī)律，不僅解決了在重疊區(qū)域先開啟的閥門的開啟過陡問題，還解決了原規(guī)律的線性度差的問題。并且，根據(jù)現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)中的軸系穩(wěn)定性問題，對開啟順序也做了一些優(yōu)化調(diào)整。

圖5 優(yōu)化后的機組高調(diào)門的進汽規(guī)律