330MW机组负荷波动原因分析及优化策略

李克雷，李元元，高　嵩，李　军，庞向坤

（1．国网山东省电力公司电力科学研究院，济南　250003；2.山东鲁能智能技术有限公司，济南　250101）

330MW机组负荷波动原因分析及优化策略

李克雷1，李元元2，高嵩1，李军1，庞向坤1

（1．国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003；2.山东鲁能智能技术有限公司，济南250101）

针对邹县发电厂3号机组负荷波动问题，对DEH系统控制回路、负荷控制回路等动态控制品质进行试验。结果表明，造成机组负荷波动原因为DEH调节系统中阀门管理特性曲线参数设置与机组大修后现场实际不对应，阀门开度与通过阀门的蒸汽流量不对应。通过在线试验对阀门流量特性曲线函数进行修正，负荷波动问题明显改善。

DEH控制；负荷波动；流量特性

0　引言

根据山东电力调度运行规定，200MW及以上机组必须具备AGC功能，且一次调频机组要求能够快速地响应电网频率的波动，这对发电企业的控制系统提出了更高的要求。2012年华北电监局颁布的《华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》及《华北区域发电厂并网运行管理实施细则》（以下称“两个细则”）要求机组AGC响应速率、响应精度都应满足要求，一次调频正确动作率应达到80%以上。这要求机组汽轮机高压调节阀门能够快速对机组负荷变化做出响应。而某些机组高压调节阀门的负荷响应速度提高时，极易产生机组有功功率过调或欠调，引起机组负荷不稳定，从而对电网负荷稳定产生一定影响。

以华电邹县电厂330MW机组为例，机组负荷控制过程中产生的负荷振荡，当机组压力为11.6MPa，负荷为273MW时发生±10MW的负荷波动，影响机组AGC控制指标，甚至存在退出AGC控制的现象。此过程中机组高压调节阀门GV5/GV6/GV7/GV8多个开度点出现发散性振荡现象，如图1所示。

图1　阀门流量曲线对负荷的影响

1　问题分析

1.1电网AGC控制要求

华北电网“两个细则”对发电企业的考核系统，对电厂经济效益产生较大的影响，要求电厂提高机组调节品质，满足电网对负荷响应的快速性和稳定性要求。目前，省调AGC控制系统给每台机组单次下发的命令偏差（即负荷变化幅值）主要分为3MW、6MW、10MW，其中300MW级及以下机组一般设置为3MW，个别电厂为5MW；600MW以上机组根据具体试验情况设置为6～10MW。根据规定要求发电机组汽机主控参数能够有较快的响应速度和控制精度，及时、准确地响应AGC指令。其中汽轮机调功的实现方法是汽轮机主控回路根据负荷偏差控制汽轮机高压调节阀门动作，快速调节汽轮机的进汽量，进而实现机组负荷的快速响应。

目前火电机组基本采用基于锅炉跟随的协调控制方式，即锅炉控制机组主蒸汽压力，汽轮机控制发电功率［1］。汽轮机高调门流量特性的优劣直接关系到发电机组的控制品质和调节性能等问题，具有重要的研究意义。

1.2电网一次调频控制要求

一次调频是指汽轮机调速系统根据电网频率的变化自动调节汽门开度［2］，改变汽轮机功率以适应负荷变化。由锅炉蓄能支持一次调频的能量，以适应快速、小幅度的负荷变化。这就对机组汽机高压调节阀门线性度有较高的要求。

所以，在“两个细则”的严格要求下，机组设备都接近于高效运行。通过单纯的调节PID参数无法达到预期效果，严重影响机组的变负荷能力和一次调频性能［3］。

2　DEH阀门流量特性局部优化及在线试验

为确定负荷振荡是否由控制品质不好造成，在振荡现象以外工况，进行负荷扰动试验。在不同负荷扰动（5MW、10MW、20MW）作用下，实际负荷跟踪给定负荷良好，不同扰动下超调量为1～2MW，满足控制要求。在负荷无扰动情况下，实际负荷波动小于0.4MW，且无显著振荡现象，表明调节系统控制效果良好，由此可排除协调控制回路中调节参数设置不当或设计原因造成的调节品质差。

DEH阀门流量特性曲线校正函数为一个重要的函数，在DEH逻辑中其为阀门开度与通过阀门的蒸汽流量的对应关系［4］。如图2所示，其中f1（x）、f2（x）…f8（x）为DEH阀门管理程序中各高调门流量特性曲线校正函数。

图2　DEH阀门管理程序示意

在机组汽轮机大修过程中调门进行解体检修后，调门的流量特性线性度降低，高调门的原流量特性与调门实际流量特性产生较大差异，造成汽机高调门开度欠调或超调，从而机组出现负荷振荡现象。如仍然按照原有阀门流量特性参数进行主蒸汽流量调节，将会造成实际流量达不到或超过蒸汽流量需求值，从而引起机组流量出现迟滞、突变或保持等现象，进而造成调门抖动、机组负荷响应振荡或缓慢。因此，需优化多阀状态下调门的流量特性，保障机组稳定可靠运行。

2.1汽轮机高压调节阀门流量特性局部优化

机组汽轮机顺序阀的开启顺序为：首先1号、2号、3号、4号高压调门同时开启至接近全开，然后开启5号、6号高压调门至接近全开，最后开启7号、8号高压调门。该机组出现负荷振荡时，通过图1可以发现GV5/GV6调门在30%开度出现振荡现象。机组原GV1/GV2/GV3/GV4、原GV5/GV6和GV7/GV8阀门特性曲线分别如表1和表2所示。

表1　原GV1/GV2/GV3/GV4阀门流量特性曲线数据　%

GV5/GV6阀门流量在28.89%至100%范围内，将调门在30%左右的特性进行平缓化处理。图1中GV7/GV8调门在GV5/GV6振荡过程同样开启且发生振荡，故减小与GV5/GV6的重叠度。优化后的流量特性曲线如表3所示。

表2　原GV5/GV6和GV7/GV8阀门流量特性曲线数据　%

表3　优化后GV5/GV6和GV7/GV8阀门流量特性数据　%

优化前后GV5/GV6与GV7/GV8特性曲线如图3所示。

图3　优化前后GV5/GV6与GV7/GV8特性曲线对比

通过阀门流量特性局部优化后，振荡现象只是稍微减弱，仍存在发散性振荡，且在GV5/GV6的45%附近增加出现新的振荡现象。由此判断，大修后机组高压调节阀门流量特性发生较大的变化，通过局部流量特性优化，无法得到理想的优化效果，需要进行高压调节阀门流量特性在线试验，从而实现阀门流量特性的整体优化。

2.2汽轮机高压调节阀门流量特性在线试验

为了提高机组运行经济性，减少节能损失，高调门采用顺序阀控制方式。机组当GV1/GV2/GV3/GV4调门处于全开状态，GV5/GV6和GV7/GV8调门特性参数不合适，进行了高压调节阀门流量特性曲线试验，GV1/ GV2/GV3/GV4阀门流量特性曲线参数保持不变。

具体实施方案如下。

首先，解除机组AGC，切除一次调频投入回路，在顺序阀方式下，机组投入CCS控制方式，逐渐增加机组负荷至8个高压调节阀门全开，保证机组电负荷不超发、锅炉、汽机主要参数正常，并记录此工况下的锅炉主汽压力作为试验时需保持的压力值。切除CCS控制方式和DEH远方遥控方式，保持DEH在阀控方式，主汽压力定压投入自动控制。锅炉在整个试验过程中维持一个恒定的主蒸汽压力，

然后强制GV7/GV8指令逐步关闭，在调门的非线性区域每关5%停留，线性区域每关1%停留，待主汽压力稳定至恒定值后，记录此时的GV7/GV8指令、主蒸汽压力、机组负荷，直至GV7/GV8全关，保持GV7/GV8全关，将GV5/GV6指令逐步关闭，在调门的非线性区域每关5%停留，线性区域每关1%停留，待主汽压力稳定至恒定值后，记录此时的GV5/GV6指令、主蒸汽压力、机组负荷，直至GV5/ GV6全关。最后在保持机组主要参数稳定的前提下，逐步释放GV5/GV6/GV7/GV8开度指令强制信号，投入DEH遥控和CCS控制方式，试验结束。

试验原始数据见表4。

表4　阀门流量特性在线试验原始数据

3　高调门流量特性优化及分析

3.1高调门流量特性试验数据处理

根据试验过程中记录的阀门开度指令、机组负荷、主汽压力等主要参数，将试验原始数据通过数据分段、数据标幺及线性化处理，即可得出GV5/GV6、GV7/GV8调门的真实流量特性数据，如表5所示。

表5　试验后GV5/GV6和GV7/GV8阀门流量特性曲线数据　%

前一阀门尚未完全开启，下一阀便提前打开，当前一阀门全开时，下一阀门提前开启的量即为重叠度。两个调门之间的重叠度的选择，直接影响机组蒸汽流量是否线性，重叠度选择不合适，将造成阀门流量特性曲线局部不合理［5］。例如阀门GV7/GV8在阀门GV5/GV6全开以后再开始开启，那么阀门的总升程与流量的特性线将是过于曲折而不是光滑和连续的，从而造成负荷波动引起机组负荷的超调或滞后。相反，如果重叠度过大，阀门的节流损失增加，机组的经济性降低。故合适的重叠度能够提高汽机调节级效率［6］。

故设置阀门GV5/GV6与阀门GV7/GV8重叠度为3%，则可以得出此4个阀门在增加重叠度后流量特性曲线如表6所示。

表6　增加重叠度后GV5/GV6和GV7/GV8阀门流量特性数据　%

3.2优化后高调门流量特性分析

对比试验前后GV5/GV6和GV7/GV8的阀门流量特性曲线如图4所示。

图4　在线试验前后GV5/GV6与GV7/GV8特性曲线对比

由图4可以看出，机组的阀门流量特性在大修后发生了较大的变化，已经无法满足机组的AGC和一次调频控制要求，甚至发生会发生调门震荡，对设备造成损伤；使负荷发生波动，对机组的稳定运行产生不利影响。

4　高调门流量特性试验后校核及效果分析

根据上述试验，修改DEH中阀门GV5/GV6和GV7/GV8的流量特性函数，在保证机组锅炉燃烧稳定的前提下，投入CCS控制方式，升负荷至机组额定容量，调整主蒸汽压力，至高调门全开，以5MW的幅值减负荷，直至所有高压调门全关。在此过程中观察GV5/GV6和GV7/GV8开度指令稳定无振荡现象，负荷变化平滑无突变现象。

对阀门流量特性试验所得验数据进行处理，并结合试验之前存在波动现象，重新计算出当前工况下阀门流量特性。在DEH相关参数修正后，机组运行人员通过降负荷试验验证GV5/GV6、GV7/GV8的阀门流量特性，机组主汽压力、负荷变化平稳，高调门GV5/GV6在30%左右开度波动现象消除，且GV5/GV6和GV7/GV8开度位置线性度良好，负荷振荡现象消除。如图5所示。

图5　阀门流量特性试验后负荷变化及调门开度曲线

5　结语

机组负荷出现波动，引起主汽压力及锅炉燃烧的剧烈波动，造成机组负荷控制偏差大，导致切除协调控制和AGC运行方式，给机组的稳定性和经济性带来较大影响。通过分析排除自动控制PID参数因素，主要原因为DEH阀门管理程序中调门流量特性校正参数与实际阀门特性不一致。通过对阀门流量特性试验实测数据的处理与分析，计算得出DEH阀控逻辑中优化后的顺序阀流量特性曲线校正参数，并对参数修改后进行验证试验，证实该机组在原30%开度出现的负荷波动消除，自动控制品质得到提高，AGC控制指标满足要求，同时一次调频正确动作率也有显著提高，提高了电能质量，有效地保障了电网和机组的安全稳定运行。

［1］毕贞福.火力发电厂热工自动控制实用技术［M］.北京：中国电力出版社，2008.

［2］郎澄宇，史昱，廖大鹏.机组运行方式对一次调频的影响与对策［J］.电站系统工程，2012，28（2）：63-64，66.

［3］田雷.汽轮机阀门管理的优化及实现［J］.广西电力，2008（2）：42-44.

［4］王玉辉.汽轮机高压调门流量特性测试分析［J］.广西电力，2012，35（2）：73-76.

［5］鲁叶茂，曹涛.汽轮机调门最佳重叠度的确定方法［J］.发电设备. 2005，19（6）：378-379.

［6］田松峰，史志杰，闫丽涛.汽轮机控制系统中阀门重叠度的研究［J］.汽轮机技术，2008，50（6）：448-450.

Analysis and Optim ization Strategy for Load Fluctuation of 330MW Unit

LIKelei1，LIYuanyuan2，GAO Song1，LIJun1，PANG Xiangkun1
（1.State Grid ShanDong Electric Power Research Institute，Jinan 250003；2.ShanDong Lu Neng Intelligence Technology Co.，Ltd.，Jinan 250101）

For the problem of load fluctuation of No.3 unit in Zouxian power plant，various dynamic quality control testswere carried out regarding the DEH servo control circuit，load control circuit，etc.Results show that load fluctuation of the unit was caused by the poor correspondence between DEH regulating system in valvemanagement characteristic curve parameters setting and the unit overhaul after the actual site，and the poor correspondence between the valve opening and flow of steam through the valve.Bymeans ofmodifying the valve flow function，the load fluctuation is improved obviously.

DEH control；load fuctuation；characteristics of valve flow

TK323

B

1007-9904（2016）03-0048-05

2015-09-26

李克雷（1984），男，工程师，从事电厂热工自动与保护工作。