基于供热量调整的一次调频方法探讨

蔡西忠CAI Xi-zhong

（江苏国信靖江发电有限公司，泰州214500）

0 引言

某厂2×660MW 超超临界纯凝机组（1#、2#）进行供热改造，两台机组配套一台10MW 背压汽轮发电机组，背压机主蒸汽来自于2×660MW 机组（1#、2#）低温再热器的出口联箱上，背压机排汽对外供热。两台机组运行时，优选一台机组向背压机提供蒸汽实现对外供热，另一台机组作为对外供热备用机组。

正常供热时，背压机排汽压力范围0.8～1.3MPa，排汽温度范围330～430℃，平均供热量90～110t/h。机组负荷高于75%额定负荷，背压机能满足130t/h 的最大供汽量；当机组负荷低于75%额定负荷，背压机供汽量会相应减少；机组负荷50%额定负荷背压机最大供汽量为76.5t/h，此时背压机旁路减温减压阀补充对外供热。

背压机进汽汽源取自低温再热器出口联箱，瞬时改变背压机进汽量会相应改变中、低压缸的进汽量，从而改变汽轮机做功。基于制造厂设计资料计算显示：机组75%额定负荷下，背压机供热流量每减少20t/h，机组负荷可提高约5.891MW。若背压机供热流量从110t/h 减至30t/h，可使机组负荷提高约23.627MW，即最大可增加23.6MW 的负荷调节能力。

1 一次调频现状及考核要求

1.1 一次调频设计原理

某厂DCS 为FOXBORO 公司的I/ASeries 控制系统，汽轮机控制采用西门子的T3000 控制系统，机组的一次调频功能由DEH 控制系统完成，通过DEH 控制系统中的一次调频功能调节汽机高压调门来控制汽轮机进汽量，使机组功率能更好地满足电网频率变化的要求，DCS 侧控制系统调节机组的风、煤，使机组主汽压力稳定。

当一次调频投入时，一次调频功能的具体实现在DEH 系统中有以下两种方法：

1.1.1 DEH 系统在LOCAL 方式下，功率回路起作用

DEH 接收本地负荷设定值，系统将一次调频负荷增量和流量增量叠加在功率指令和阀门指令上，当频率偏差产生时，相对应的功率增量改变功率设定值，阀门开度增量叠加在功率调节器输出端，直接动作调门，机组功率能快速地发生变化。

1.1.2 DEH 系统在REMOTE 方式，CCS 运行

DEH 接收遥控负荷设定值（来自DCS），系统将一次调频增量叠加在功率指令和阀门指令上，当频率偏差产生时，相对应的功率增量改变功率设定值，阀门开度增量叠加在功率调节器输出端，直接动作调门，机组功率能快速地发生变化。

1.2 调度对一次调频的管理要求

燃煤机组一次调频相应指数（机组实际动作积分电量与理论动作积分电量的比值）要求为：0～15 秒钟、0～30 秒钟、0～45 秒钟必须达到0.4、0.6、0.7。一次调频测试时，机组接收“增负荷测试”（或“减负荷测试”）信号后，一次调频功能自动产生3%（19.8MW）的一次调频负荷对应负向（或正向）频差，机组负荷响应进行增加（或减少）。“增负荷测试”（或“减负荷测试”）信号为脉冲信号，时间长度为45秒。一次调频非试验状态的启动条件：电网频差超过0.033Hz 并持续20 秒以上、最大频差大于0.067Hz、跃变时间不超过15 秒。

测试周期内利用机组实时数据（优先采用PMU 数据），计算0 到15 秒钟、0 到30 秒钟、0 到45 秒钟三个区间的机组一次调频响应指数，有效记录时间内至少满足二个时间区间，取与考核要求偏差最大的作为最终考核结果。

对于不具备一次调频在线监测系统功能的机组，如当月无满足条件的电网真实频率扰动，则该机组一次调频响应指数取该机组前3 个月中最差一个月的值作为当月一次调频响应指数进行考核。

2 供热流量变化对机组负荷的影响

2.1 供热流量减少时的影响

根据THA 和75%THA 工况设计热平衡图和背压机的设计进出口参数，采用EBSILON 软件进行建模，对背压机的供热流量（进汽流量）进行变工况计算，分析背压机供热流量的变化对机组负荷的影响量。具体变工况计算结果见表1。

表1 背压机供热流量变化对机组负荷的影响

从表1 计算结果可以看出，THA 工况下，背压机供热流量每减少20t/h，机组负荷可提高约5.941MW；75%THA工况下，背压机供热流量每减少20t/h，机组负荷可提高约5.891MW；THA 工况和75%THA 工况背压机供热流量变化对机组负荷的影响很接近。若背压机供热流量从110t/h减至30t/h，可使机组负荷提高约23.627MW，即最大可增加23.6MW 的负荷调节能力。

根据图1、图2 推测，减少供热蒸汽流量与增加机组负荷的关系曲线为y=0.2937x+0.0345。

图1 THA 工况

图2 75%THA 工况

其中，y 机组增加的负荷MW，x 背压机减少的增加流量。

2.2 供热流量增加时的影响

从建模数据来看：THA 工况下，背压机供热流量每增加20t/h，机组负荷可降低约5.941MW；75%THA 工况下，背压机供热流量每减少20t/h，机组负荷可提高约5.891MW。但背压机排汽作为供热用户汽源，除非供热用户自己增加蒸汽用量，目前背压机系统设计不满足瞬时增加背压机汽源的要求。仅仅通过供热用户需求增加供热量是不能在45 秒内传递到发电厂机组上，无法及时改变汽轮机功率，也就对一次调频的降负荷动作起不到作用。

3 调整供热量对一次调频的作用

3.1 背压机发电机接线方式的影响

背压机发电机产生的电量并入主机6kV 厂用电母线B 段，当背压机蒸汽量减少时，背压机发电机电量会相应减少，减少量见表2 所示。

计算结果可以看出，背压机供热流量每减少20t/h，背压机发电减少1.69MW。背压机发电量减少的同时，高厂变输出相应增加。主机发电出口测量表（PMU）在励磁变与高厂变之间，故背压机发电量减少不影响PMU对一次调频的响应。

3.2 锅炉管路系统的影响

根据设计参数，锅炉高温再热器流速40m/s 左右。资料显示背压机抽汽后至锅炉再热器联箱为100 米，锅炉再热器出口至中压缸为220 米。蒸汽从低温再热器出口联箱至汽轮机中压缸耗时约8 秒。结合一次调频的响应要求，在一次调频测试过程中要满足0～15 秒钟的响应指数，需要在7秒增加2.64MW 负荷，相当于负荷率22.62MW/min。

表2

3.3 低压缸的延时作用

背压机供热从110t/h 减少至30t/h，理论上增加主机负荷23.6MW，这个负荷是中压缸和低压缸共同作用的结果，实际运行中，蒸汽经过中压缸后才能在低压缸中做功，蒸汽进入低压缸中做功具有一定的延时作用，一定程度上增加了满足0～15 秒钟的一次调频响应指数的困难。

4 结论与建议

①背压机减少蒸汽量能加快一次调频响应，蒸汽量减少的越多，加快效应越明显。背压机供热从110t/h 减少至30t/h，能增加主机负荷23.6MW，若增加负荷率不低于22.6MW/min，可以满足一次调频试验。实际调节过程能否达到这一负荷变动率需要看实际调整效果。

②采用背压机调整蒸汽量来响应一次调频需要其他方式配合，尤其在一次调频启动的前15 秒。

③采用调整背压机供汽量来参与主机一次调频是单方向行为。只能在机组“增负荷”过程中使用，在机组“减负荷”时不能使用。

④当机组负荷低于75%额定负荷后，供热由背压机和背压机旁路两部分组成，当一次调频触发后，调整背压机进汽调阀外还需要调整背压机旁路调阀，控制复杂化。

⑤因供热管路容积大，瞬时改变背压机进汽量不会立即影响供热用户的蒸汽参数，但一次调频结束后背压机恢复供汽的过程是一个加大供汽量的过程，这对背压机排汽压力控制提出更高的要求。