六高調(diào)門(mén)配置汽輪機(jī)調(diào)頻能力綜合改善方法研究

李文輝 何振東 萬(wàn)杰 王林道 丁明青 劉金龍

摘 要：火電汽輪機(jī)順序閥方式下，正常運(yùn)行時(shí)除在調(diào)門(mén)重疊度區(qū)域內(nèi)，基本都是依靠單個(gè)調(diào)門(mén)進(jìn)行調(diào)頻。然而，配置六調(diào)門(mén)汽輪機(jī)由于單個(gè)調(diào)門(mén)分擔(dān)的蒸汽流量較四高調(diào)門(mén)汽輪機(jī)單個(gè)調(diào)門(mén)所承擔(dān)的流量要少很多，因此，調(diào)門(mén)動(dòng)作量相同時(shí)六高調(diào)門(mén)機(jī)組調(diào)頻能力較差。針對(duì)此問(wèn)題，本文提出了一種六高調(diào)門(mén)機(jī)組調(diào)頻能力的綜合改善方法：在正常利用流量特性?xún)?yōu)化的同時(shí)，利用背壓調(diào)節(jié)來(lái)提高機(jī)組一次調(diào)頻能力。實(shí)際機(jī)組應(yīng)用效果十分顯著，這對(duì)實(shí)際工程具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：六調(diào)門(mén) 汽輪機(jī) 調(diào)頻能力 流量特性 背壓控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TK26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2018）02（a）-0096-02

近幾年，我國(guó)風(fēng)電和光伏發(fā)電迅猛發(fā)展，隨著國(guó)家能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)推進(jìn)，風(fēng)電和光伏發(fā)電將繼續(xù)保持著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭[1]。然而，由于風(fēng)電、光伏等電源負(fù)荷呈現(xiàn)顯著的隨機(jī)波動(dòng)不確定特性[2]，顯著影響了電力系統(tǒng)的頻率安全，這也對(duì)系統(tǒng)的調(diào)頻能力提出了更高的要求[3]。

燃煤汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻是當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)地根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化調(diào)整汽輪機(jī)的功率，進(jìn)而將電網(wǎng)頻率的變化限制在一定的限度內(nèi)。燃煤汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻在保證電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)調(diào)頻的控制水平、迅速消除由于電網(wǎng)負(fù)荷變化引起的頻率波動(dòng)等方面有著重要作用[4]。其中，高調(diào)門(mén)是最重要的調(diào)頻功能部件。因此，目前大多數(shù)研究主要針對(duì)調(diào)門(mén)特性曲線進(jìn)行綜合優(yōu)化技術(shù)研究，主要涉及兩個(gè)主要方面：一是流量特性曲線的線性度優(yōu)化，二是進(jìn)汽順序優(yōu)化[5，6]。不僅進(jìn)行了大量的理論建模及計(jì)算仿真，而且還進(jìn)行了許多實(shí)際試驗(yàn)測(cè)試[7，8]。可以說(shuō)該方面國(guó)內(nèi)研究已經(jīng)比較充分。然而，上述研究絕大多數(shù)公開(kāi)文獻(xiàn)都是針對(duì)配置4個(gè)高調(diào)門(mén)的汽輪機(jī)展開(kāi)的，而針對(duì)6個(gè)高調(diào)門(mén)汽輪機(jī)的研究成果較少。同時(shí)，從6調(diào)門(mén)調(diào)頻能力進(jìn)行展開(kāi)的研究更少。

因此，本文針對(duì)六高調(diào)門(mén)配置汽輪機(jī)調(diào)頻能力綜合改善方法進(jìn)行研究，具有一定的實(shí)際工程意義。

1 六高調(diào)門(mén)汽輪機(jī)調(diào)頻能力問(wèn)題分析

1.1 存在的問(wèn)題分析

高調(diào)門(mén)是火電汽輪機(jī)的關(guān)鍵調(diào)頻部件之一，在順序閥方式下，正常運(yùn)行時(shí)除在調(diào)門(mén)重疊度區(qū)域內(nèi)，基本都是依靠單個(gè)調(diào)門(mén)進(jìn)行調(diào)頻。然而，配置六調(diào)門(mén)汽輪機(jī)由于單個(gè)調(diào)門(mén)分擔(dān)的蒸汽流量較四高調(diào)門(mén)汽輪機(jī)單個(gè)調(diào)門(mén)所承擔(dān)的流量要少很多，因此，調(diào)門(mén)動(dòng)作量相同時(shí)六高調(diào)門(mén)機(jī)組調(diào)頻能力較差。并且，目前的燃煤汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻因子一般設(shè)置的兩個(gè)因素，頻差死區(qū)和轉(zhuǎn)速不等率都采用定值的方式，在燃煤汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組滑壓運(yùn)行的時(shí)候，這兩個(gè)因素并不改變。在這種情況下，主蒸汽壓力偏離額定設(shè)計(jì)工況后，機(jī)組一次調(diào)頻能力也會(huì)改變。

1.2 應(yīng)對(duì)策略提出

由于調(diào)門(mén)是最關(guān)鍵調(diào)頻部件，因此，首先想到的進(jìn)行調(diào)門(mén)特性曲線；實(shí)際調(diào)研結(jié)果表明：機(jī)組自投產(chǎn)后，從未進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的流量特性曲線優(yōu)化。同時(shí)，為了解決目前燃煤汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組主蒸汽壓力偏離額定設(shè)計(jì)工況后，機(jī)組一次調(diào)頻能力也會(huì)改變的問(wèn)題，本文還進(jìn)一步提出了燃煤汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組滑壓運(yùn)行一次調(diào)頻能力的補(bǔ)償方法。從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻能力綜合改善的目的。

2 跳門(mén)特性曲線綜合優(yōu)化

如圖1所示，未機(jī)組高調(diào)門(mén)噴嘴布置圖。鑒于機(jī)組高調(diào)門(mén)特性曲線目前未進(jìn)行有效優(yōu)化的問(wèn)題，對(duì)機(jī)組進(jìn)行特性試驗(yàn)及規(guī)律設(shè)計(jì)。如圖2所示，為調(diào)頻能力不足的調(diào)門(mén)特性曲線，機(jī)組低負(fù)荷局部進(jìn)汽時(shí)下半缸進(jìn)汽，存在很大的配汽不平衡汽流力。如圖2所示，為進(jìn)行特性測(cè)試修正后的順序閥配汽規(guī)律。從圖2中可以看出：機(jī)組進(jìn)行了調(diào)門(mén)進(jìn)汽順序重組，采用對(duì)角進(jìn)汽方式可以有效解決了機(jī)組原順序閥進(jìn)汽順序下的局部進(jìn)汽配汽不平衡汽流力較大的安全隱患。此外，從圖4中看出，兩臺(tái)機(jī)組的軸系穩(wěn)定性不同，因此開(kāi)啟順序略有差異。

3 背壓調(diào)節(jié)的控制策略?xún)?yōu)化

目前，燃煤汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻功能是將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的差值直接換算成調(diào)頻后有功功率指令。汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速（一般為3000r/min）與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值x經(jīng)函數(shù)F（x）轉(zhuǎn)換后生成一次調(diào)頻因子K，函數(shù)的具體公式如下：

，

其中，表示經(jīng)過(guò)死區(qū)，為轉(zhuǎn)速不等率。

將一次調(diào)頻因子K直接疊加到燃煤汽輪機(jī)的有功功率指令給定值M上，獲得調(diào)頻后有功功率MK指令，以控制燃煤汽輪機(jī)的調(diào)門(mén)開(kāi)度。

燃煤汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻功能，要求轉(zhuǎn)速變化1%，通過(guò)一次調(diào)頻要求發(fā)電功率變化20%。燃煤汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻不等率δ普遍設(shè)置為δ=0.05，在額定設(shè)計(jì)工況下，足以滿(mǎn)足上述要求。但是，當(dāng)主蒸汽壓力發(fā)生改變，偏離額定設(shè)計(jì)工況時(shí)，不等率δ=0.05就不足以滿(mǎn)足上述要求。需要針對(duì)機(jī)組滑壓運(yùn)行時(shí)利用背壓控制來(lái)進(jìn)一步補(bǔ)償機(jī)組一次調(diào)頻能力。

4 結(jié)論

本文針對(duì)六高調(diào)門(mén)配置的火電汽輪機(jī)順序閥方式下的調(diào)頻能力綜合改善策略進(jìn)行研究，并結(jié)合實(shí)際改造案例得到的結(jié)論如下。

（1）分析了六調(diào)門(mén)汽輪機(jī)調(diào)頻能力存在的問(wèn)題，指出配置六調(diào)門(mén)汽輪機(jī)由于單個(gè)調(diào)門(mén)分擔(dān)的蒸汽流量較四高調(diào)門(mén)汽輪機(jī)單個(gè)調(diào)門(mén)所承擔(dān)的流量要少很多，因此，調(diào)門(mén)動(dòng)作量相同時(shí)六高調(diào)門(mén)機(jī)組調(diào)頻能力較差；

（2）提出了一種六高調(diào)門(mén)機(jī)組調(diào)頻能力的綜合改善方法：在正常利用流量特性?xún)?yōu)化的同時(shí)，利用背壓調(diào)節(jié)來(lái)提高機(jī)組一次調(diào)頻能力。

實(shí)際機(jī)組應(yīng)用效果十分顯著，該方法這對(duì)實(shí)際工程具有一定的參考價(jià)值。

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