淺談火電機(jī)組AGC輔助調(diào)頻控制策略

張仁聰

（湛江中粵能源有限公司，廣東 湛江 524000）

0 引言

隨著電力市場的改革不斷推進(jìn)，南方電網(wǎng)根據(jù)自身的特點，以廣東為試點現(xiàn)貨電力市場將逐漸放開，AGC輔助調(diào)頻交易服務(wù)作為現(xiàn)貨市場的有效補充先行進(jìn)入正常運行，由于輔助調(diào)頻還處于起步階段，很多控制手段還不成熟，而亞臨界火電機(jī)組具有其本身的特性，各種控制方式的使用仍需進(jìn)一步優(yōu)化，火電機(jī)組將面臨新一輪電力市場改革的挑戰(zhàn)。

眾所周知，頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，而維持頻率穩(wěn)定，其本質(zhì)是發(fā)電與用電的實時平衡。然而由于南方電網(wǎng)新能源占比較高，而新能源又容易受到天氣等客觀因素的影響，用電側(cè)負(fù)荷也存在明顯的峰谷效應(yīng)，頻率變化比較大，這些都會明顯地影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。為了適應(yīng)電網(wǎng)的頻率波動，火電機(jī)組作為電力市場的壓箱石必須具有較強(qiáng)的輔助調(diào)頻能力來穩(wěn)定市場，火電機(jī)組只有具有了快速變負(fù)荷的能力，才能在AGC輔助調(diào)頻市場中獲得相應(yīng)的收益，但隨之而來的是燃料量的大幅波動，進(jìn)而汽溫汽壓的變化會更加劇烈，必須采取更為有效的手段來保證機(jī)組運行的穩(wěn)定。為了提高機(jī)組穩(wěn)定運行的能力，提前引入了先控控制分別對主再熱汽溫和燃料量進(jìn)行控制，但隨著運行的不斷深入還是有新的問題不斷暴露出來，需要我們提前進(jìn)行干預(yù)、及時處理才能保證安全穩(wěn)定[1]。

1 問題與控制措施

1.1 低負(fù)荷段

低負(fù)荷時調(diào)頻中標(biāo)，經(jīng)常碰到機(jī)組計劃負(fù)荷曲線300MW甚至240MW調(diào)頻情況。這時由于磨煤機(jī)給粉量下降明顯，容易造成火檢波動，導(dǎo)致磨煤機(jī)失火跳閘，面對這類情況，應(yīng)該及時投運等離子穩(wěn)燃，投運等離子時應(yīng)注意避開使用外貿(mào)煤的磨煤機(jī)并注意監(jiān)視燃燒器壁溫，防止出現(xiàn)壁溫突升的情況，尤其當(dāng)D層燃燒器D1、D3存在結(jié)焦的情況時，投入D層等離子應(yīng)謹(jǐn)慎。計劃負(fù)荷曲線240MW調(diào)頻過大時，經(jīng)常會遇到由于壓力過調(diào)造成負(fù)荷下降至220MW的情況,壓力閉鎖加負(fù)荷造成負(fù)荷偏差，此時應(yīng)適當(dāng)調(diào)整各制粉系統(tǒng)偏置，并調(diào)整配風(fēng)提高火焰中心，提高鍋爐對于低負(fù)荷的適應(yīng)性。負(fù)荷300MW以下由于送風(fēng)機(jī)動葉開度閉鎖，氧量過大造成脫硝入口濃度突變，自動跟蹤不及時容易造成排放超標(biāo)，此時可根據(jù)運行需要將脫硝切制手動控制，必要時可停運一臺磨煤機(jī)保持三臺磨運行；而調(diào)頻幅度比較大時三臺磨煤機(jī)出力受限無法滿足需要，此時應(yīng)適當(dāng)提高一次風(fēng)壓，所以必須提前做好上煤計劃以滿足低負(fù)荷時運行的需要。300MW向下調(diào)頻時由于汽動給水泵流量減小，可能造最小流量閥突然打開，運行人員應(yīng)提前在300MW負(fù)荷左右時將其開啟至30%左右，操作時必須緩慢，保持汽包水位穩(wěn)定，防止由于波動過大，汽動給水泵跳出鍋爐遙控；另外在低負(fù)荷運行時應(yīng)注意凝結(jié)水泵永磁裝置不應(yīng)設(shè)定過小電流，注意凝結(jié)水泵聯(lián)啟條件，防止備用凝結(jié)水泵聯(lián)啟。

1.2 中負(fù)荷段

中負(fù)荷段調(diào)頻中標(biāo)，由于機(jī)組制粉系統(tǒng)出力不同，容易造成堵磨或者出力受限的情況。如果先控不投入燃料量過調(diào)容易造成堵磨，投入先控時由于最高燃料量閉鎖；如果調(diào)頻幅度比較大，由于燃燒熱量不足造成負(fù)荷受限產(chǎn)生負(fù)荷偏差，此時應(yīng)適當(dāng)增大送風(fēng)量，保證燃燒充分并維持較高的汽壓減少燃料用量，必要時根據(jù)估算燃料量可以提前啟動一臺磨煤機(jī)運行[2]。在中負(fù)荷階段，調(diào)頻較快時由于爐膛內(nèi)部空氣動力場變化大，容易造成局部缺氧的情況出現(xiàn)；磨煤機(jī)出力過大時，煤粉無法完全燃燒，爐膛火焰中心上移，另外因二次風(fēng)箱與爐膛的壓差過小，中負(fù)荷段送風(fēng)機(jī)出口壓力約0.3kPa，二次風(fēng)經(jīng)燃燒器后卷吸高溫?zé)煔獾墓δ茌^弱，也會導(dǎo)致煤粉燃盡時間推后，火焰中心上移，同時燃盡風(fēng)的風(fēng)箱壓力過低，燃盡風(fēng)剛性不足不能貫穿整個爐膛，無法很好地壓制火焰中心上移，容易造成屏式過熱器金屬壁溫局部超溫。這時可提前增大送風(fēng)量，并適當(dāng)調(diào)整燃燒區(qū)域的配風(fēng)保證風(fēng)量均勻，防止超溫的發(fā)生，必要時可提前降低汽溫，待燃燒穩(wěn)定后再提高汽溫運行，另外可以通過調(diào)整一次風(fēng)壓，利用備用磨煤機(jī)的通風(fēng)來補充氧量等方法調(diào)整爐膛的空氣動力場，保證燃燒均勻穩(wěn)定。汽輪機(jī)中負(fù)荷段調(diào)頻過大，可能會出現(xiàn)閥位切換的情況，運行人員應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視，協(xié)調(diào)溝通，按要求擇機(jī)將汽輪機(jī)閥位切換至規(guī)定運行模式，并監(jiān)視好機(jī)組軸承振動、金屬溫度、低壓缸軸封減溫水后溫度等參數(shù)。中負(fù)荷階段由于調(diào)頻過大，減溫水流量變化大，汽動給水泵的出力處于穩(wěn)定和上升期，減溫水量大幅波動容易造成汽包水位波動，引發(fā)汽包事故放水門頻繁動作，使補水率升高，此時應(yīng)利用機(jī)組慣性較大的特點，盡量保持減溫水穩(wěn)定，防止水量波動過大。

1.3 高負(fù)荷段

高負(fù)荷段調(diào)頻運行時可能由于制粉系統(tǒng)出力受限造成負(fù)荷受限（五臺磨運行），此時應(yīng)保持較高一次風(fēng)壓，有備用磨時盡量保持六臺磨運行，避免高負(fù)荷時發(fā)生堵磨的情況出現(xiàn)。由于亞臨界鍋爐壓力變化存在一定的滯后性，壓力上升后趨勢比較難控制，容易造成超壓，此時可根據(jù)壓力變化趨勢切制定壓控制后降低壓力，并提高壓力變化速率，待趨勢穩(wěn)定后再恢復(fù)正常壓力運行，高負(fù)荷時保持適當(dāng)風(fēng)量，并防止風(fēng)量過大造成壓力過高。當(dāng)電除塵或空預(yù)器堵塞時由于引風(fēng)機(jī)出力受限，會造成風(fēng)量不足，長期高負(fù)荷時燃燒不完全，會進(jìn)一步惡化缺氧的狀況，針對這種情況應(yīng)提前做好上煤方案多用高熱值煤，保證氧量充足，提前吹灰，使引風(fēng)機(jī)全壓保持在允許的范圍內(nèi)，必要時可適當(dāng)減低機(jī)組負(fù)荷變化速率，保證機(jī)組安全；如果機(jī)組長時間缺氧運行，影響安全，可聯(lián)系總調(diào)調(diào)度員適當(dāng)降低負(fù)荷，待燃燒穩(wěn)定后再加負(fù)荷至目標(biāo)值。在使用高熱值煤的情況下，煤的灰分較大時，應(yīng)在保證不發(fā)生堵磨的情況下，盡量降低一次風(fēng)壓，增加送風(fēng)量，開大下層燃盡風(fēng)，降低爐膛火焰中心，同時把灰分較高的煤安排在下層磨煤機(jī)使用，確保燃燒完全；定壓控制時可適當(dāng)提高蒸汽壓力減少燃料用量，使磨煤機(jī)給粉均勻，提高燃燼率，改善爐內(nèi)燃燒狀況，必要時根據(jù)規(guī)程規(guī)定降低汽溫運行，防止金屬壁溫超限。另外目前機(jī)組存在一次風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)動葉卡澀的情況，如果調(diào)頻運行中調(diào)頻量過大，容易造成兩臺一次風(fēng)機(jī)或者引風(fēng)機(jī)動葉偏差大退出自動調(diào)節(jié)的現(xiàn)象，閉鎖負(fù)荷增減，此時爐側(cè)值班員應(yīng)及時根據(jù)當(dāng)前負(fù)荷情況及時調(diào)整動葉開度，使風(fēng)機(jī)電流平衡，調(diào)整過程應(yīng)仔細(xì)緩慢，并使風(fēng)機(jī)出力與負(fù)荷相匹配，防止投入后由于與需求偏差較大而再次跳出自動，此外若風(fēng)機(jī)動葉卡澀嚴(yán)重，而備用液壓油泵沒有運行，啟動液壓油泵前應(yīng)先退出機(jī)組AGC，將正常運行的風(fēng)機(jī)動葉開度調(diào)整至與動葉卡澀的風(fēng)機(jī)相一致，并保證動葉卡澀的風(fēng)機(jī)動葉指令與反饋一致后再啟動，同時聯(lián)系巡檢檢查就地情況及油泵運行情況并通知專業(yè)點檢人員協(xié)助處理，防止風(fēng)機(jī)動葉突變造成風(fēng)機(jī)失速擴(kuò)大事故；動葉調(diào)整正常投入自動后應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視風(fēng)機(jī)自動調(diào)節(jié)情況及風(fēng)壓、氧量偏置設(shè)定數(shù)值，保證爐膛負(fù)壓在正常范圍內(nèi)。另外機(jī)組汽輪機(jī)長期存在調(diào)門掉落的風(fēng)險，高負(fù)荷調(diào)門掉落時嚴(yán)重威脅機(jī)組安全，機(jī)組各位值班員應(yīng)做好調(diào)門異常事故預(yù)想，熟悉事故處理的操作要點，防患于未然[3]。

1.4 AGC負(fù)荷異常

機(jī)組運行時參數(shù)設(shè)置的調(diào)頻量是47.5MW，AGC設(shè)置參數(shù)機(jī)組AGC負(fù)荷步長均為50MW，當(dāng)南網(wǎng)下發(fā)調(diào)度目標(biāo)值超過50MW，DCS發(fā)目標(biāo)越線報警，當(dāng)機(jī)組的實際功率值與南網(wǎng)下發(fā)的調(diào)度目標(biāo)值相差超過60 MW時延時1min，自動退出機(jī)組AGC，此時會產(chǎn)生考核電量，遇到這種情況時應(yīng)該及時調(diào)整煤量偏置和燃燒，通過人為干預(yù)適當(dāng)匹配負(fù)荷量并及時和調(diào)度聯(lián)系溝通盡快投入AGC控制，同時要求自動化專業(yè)根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度規(guī)范盡快優(yōu)化AGC控制模式，減小因負(fù)荷偏差成AGC退出的情況。

1.5 機(jī)組負(fù)荷跟蹤不到位

負(fù)荷調(diào)頻量過大，上下兩個步長相加是100MW，必然引起主汽壓力的波動，雖然調(diào)試時按照偏差0.3MPa控制，但實際運行中的汽壓波動量遠(yuǎn)超該值，按照AGC輔助調(diào)頻市場規(guī)范，機(jī)組主汽壓力給定值與實際值偏差大于0.6MPa時，閉鎖汽機(jī)調(diào)門關(guān)小減負(fù)荷或閉鎖汽機(jī)調(diào)門開大增負(fù)荷，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷跟蹤變化響應(yīng)不到位，此時可以將滑壓切制定壓控制運行，同時改大壓力變化速率待壓力偏差減小后再投入滑壓運行。先控投入自動控制，磨煤機(jī)運行總?cè)剂狭扛叩拖捩i定，制粉系統(tǒng)出力受到限制，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷跟蹤慢；另外機(jī)組升負(fù)荷至目標(biāo)值末段，煤量增加速率快，部分磨煤機(jī)出力超過50t/h后會出現(xiàn)各粉管帶粉量偏差大的情況，造成燃燒熱不能及時釋放，影響機(jī)組負(fù)荷的跟蹤，此時在保證機(jī)組安全的情況，應(yīng)手動增加送風(fēng)量保證燃燒完全，來適應(yīng)爐內(nèi)熱量的需求變化，所以盡快和熱工協(xié)商優(yōu)化CCS先控控制模式，提高主汽壓力偏差閉鎖汽機(jī)調(diào)門增減的偏差值，縮短給煤量變化響應(yīng)時間。

1.6 汽包水位波動大

調(diào)頻動作頻繁或者幅度較大時，鍋爐內(nèi)燃燒工況擺動大，主汽壓力波動也大，從而造成汽包水位波動劇烈，汽包事故放水門經(jīng)常開啟，尤其當(dāng)汽溫先控系統(tǒng)監(jiān)控的壁溫測點達(dá)到報警時，減溫水的大幅波動也會對給水流量的調(diào)節(jié)帶來較大的干擾，所以當(dāng)汽溫先控系統(tǒng)監(jiān)控的壁溫測點在達(dá)到報警時，必須密切留意汽包水位的調(diào)整情況，必要時手動調(diào)整減溫水量，調(diào)整時應(yīng)盡量避免大幅調(diào)整減溫水調(diào)節(jié)門，防止擾動疊加，造成汽包水位事故。

1.7 主汽壓力升高過快

在AGC大幅度增加負(fù)荷后，總煤量大幅度增加，負(fù)荷降低后，煤量快速降低，磨煤機(jī)通風(fēng)阻力降低，瞬間大量煤粉吹進(jìn)爐膛，此時爐膛熱負(fù)荷遠(yuǎn)超當(dāng)前機(jī)組實際需求，主汽壓力快速升高，高調(diào)門關(guān)小，造成壓力進(jìn)一步上升，同時由于減溫水量增加給水泵轉(zhuǎn)速提高出口壓力增大，減溫水量回調(diào)過快造成給水母管壓力升高，汽包壓力也隨之升高，汽壓升高速度加快。為此在高負(fù)荷段時，將負(fù)荷變化率適當(dāng)降低防止煤量大幅波動造成超壓，同時根據(jù)汽壓變化情況將機(jī)組主蒸汽壓力控制模式切至定壓運行，并適當(dāng)減小風(fēng)量，發(fā)生堵磨時磨煤機(jī)切至手動，手動逐步調(diào)低煤量，緩慢吹通，防止磨煤機(jī)帶粉量突變，減小對燃燒的擾動，同時安排專人調(diào)整汽溫防止減溫水變化過快[4-5]。

2 影響機(jī)組參與輔助調(diào)頻市場的各種缺陷

2.1 制粉系統(tǒng)

煤量低時磨煤機(jī)振動大，低負(fù)荷時火檢波動大、磨煤機(jī)密封風(fēng)差壓低，低負(fù)荷時三臺磨運行可以有效解決以上問題，但是三臺磨運行時，不能滿足機(jī)組負(fù)荷300MW上調(diào)至350MW的要求。煤量頻繁大幅度波動，磨煤機(jī)石子煤偏多；加負(fù)荷的時候煤量偏高，造成磨煤機(jī)堵磨；減負(fù)荷的時候煤量偏低，造成磨煤機(jī)振動大和出口溫度升高。煤量大幅波動，磨煤機(jī)煤粉細(xì)度無法保證，燃燒不穩(wěn)定，飛灰大。

2.2 風(fēng)煙系統(tǒng)

高負(fù)荷的時候引風(fēng)機(jī)入口壓力（接近-7000Pa），出口全壓偏大（接近11000Pa），嚴(yán)重影響機(jī)組安全。送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)存在明顯的動葉卡澀缺陷，跟蹤不及時會導(dǎo)致動葉自動控制退出。送風(fēng)機(jī)跟蹤動作不及時，導(dǎo)致快速加負(fù)荷時鍋爐氧量不足，導(dǎo)致主再熱壁溫容易超溫。一次風(fēng)機(jī)跟蹤動作不及時，或過調(diào)時間過長，導(dǎo)致一次風(fēng)壓過低，容易造成磨煤機(jī)風(fēng)量低甚至堵磨。

2.3 主再熱蒸汽系統(tǒng)

金屬壁溫容易超溫，主再熱蒸汽溫度容易超溫，嚴(yán)重影響機(jī)組帶負(fù)荷能力威脅機(jī)組安全。過熱器一級減溫水調(diào)門的調(diào)節(jié)特性較差，經(jīng)常存在動作不及時或不動作的情況。再熱器事故減溫水調(diào)整內(nèi)漏明顯，影響汽溫合格率[5]。

3 總結(jié)

輔助調(diào)頻市場正式運行后，對機(jī)組運行人員的操作技能將是一個極大的挑戰(zhàn)，同時消缺與控制優(yōu)化必須做到與時俱進(jìn)，如上所說對于風(fēng)機(jī)動葉卡澀的問題和磨煤機(jī)出力等問題必須建立完善的臺賬制度，策劃合理的檢修周期保證設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，同時對于減溫水調(diào)節(jié)控制機(jī)組壓力控制負(fù)荷控制及先控系統(tǒng)算法必須進(jìn)一步優(yōu)化，才能保證機(jī)組參數(shù)控制更加合理有效，才能真正地在輔助調(diào)頻市場上獲取收益。

4 結(jié)語

根據(jù)時間推算，在一定的時間段內(nèi)AGC輔助調(diào)頻將成為常態(tài)，這要求火電機(jī)組必須主動求變以適應(yīng)新的市場規(guī)則，來獲得電力經(jīng)營中新的收益點，但隨之而來的是運行方式的復(fù)雜化，相應(yīng)的配套設(shè)施與輔助工作也要不斷推進(jìn)，設(shè)備折舊率加快，需要更為系統(tǒng)的檢修策劃更加及時地消缺，才能保證設(shè)備與系統(tǒng)的長期穩(wěn)定，這些投入對于AGC輔助調(diào)頻市場的收益也會產(chǎn)生一定的對沖作用，稀釋收益率，必須進(jìn)行有效的損益評估以此來保證企業(yè)的盈利能力。后期現(xiàn)貨市場作為電力市場改革的主體也將逐步進(jìn)入市場，而配套的儲能裝置也將引入，這會使電力運行進(jìn)一步復(fù)雜化精細(xì)化。所以新的挑戰(zhàn)已經(jīng)在路上，火電企業(yè)的改革轉(zhuǎn)型之路任重而道遠(yuǎn)。