P0903ZQ

機組的一次調(diào)頻，屬于靜態(tài)調(diào)頻特性，一般用汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的速度變動率及遲緩率表示。

   速度變動率是指汽輪機由滿負(fù)荷到空負(fù)荷的轉(zhuǎn)速變化與額定轉(zhuǎn)速的比例，其計算公式如下：

（1）                              

其中，為空負(fù)荷時轉(zhuǎn)速，為額定功率時轉(zhuǎn)速，為額定轉(zhuǎn)速。

由于液壓調(diào)節(jié)器及液壓部分的非線性，文獻[3]中采用局部速度不等率的概念，即

     （2）                          

可得：

（3）

   當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障或汽輪發(fā)電機出口跳閘，汽輪機由帶滿負(fù)荷甩負(fù)荷到帶廠用電時，，可得，即，甩負(fù)荷后的轉(zhuǎn)速會快速飛升，造成電網(wǎng)頻率發(fā)生較大波動，為滿負(fù)荷，為帶廠用電負(fù)荷，為滿負(fù)荷時轉(zhuǎn)速，為帶廠用電時轉(zhuǎn)速。

進一步研究汽輪機轉(zhuǎn)子力矩平衡方程：

（4）

  （5）

式中，J為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，為轉(zhuǎn)子角速度，為汽輪機蒸汽力矩，為發(fā)電機反力矩，為汽輪機內(nèi)功率，為蒸汽流量，為汽輪機焓降，為汽輪機內(nèi)效率，為汽輪機轉(zhuǎn)速。

   前面分析，在機組甩負(fù)荷后，汽輪機轉(zhuǎn)速飛升，，又發(fā)電機反力矩 與轉(zhuǎn)速成正比例關(guān)系，一次調(diào)頻特性用來實現(xiàn)小網(wǎng)頻率穩(wěn)定，即，由公式（5）得，通過改變蒸汽流量（定壓模式）或者汽輪機焓降（滑壓模式）來增大蒸汽力矩實現(xiàn)。1.2二次調(diào)頻原理

    二次調(diào)頻主要是為了保證電網(wǎng)的頻率維持在恒定值，屬于動態(tài)調(diào)頻。

   一次調(diào)頻是有差調(diào)頻，不能完全小網(wǎng)頻率的偏差，為此，DEH系統(tǒng)設(shè)計了二次調(diào)頻功能，當(dāng)出現(xiàn)小網(wǎng)運行或快速減負(fù)荷（FCB）時，能迅速穩(wěn)定電網(wǎng)周波。所謂二次調(diào)頻過程是根據(jù)電網(wǎng)頻率偏差，通過改變調(diào)頻機組調(diào)速系統(tǒng)的給定值，將電網(wǎng)負(fù)荷變化轉(zhuǎn)移到由調(diào)頻機組來承擔(dān)，使電網(wǎng)頻率回到額定值。

   通常二次調(diào)頻是由網(wǎng)調(diào)調(diào)度來實施的，電網(wǎng)調(diào)度人員通過人工或自動手段，控制調(diào)頻機組調(diào)速系統(tǒng)給定值，完成二次調(diào)頻過程。

   二次調(diào)頻采用PID控制器，其設(shè)定點為額定轉(zhuǎn)速3000r/min，反饋變量為機組實際轉(zhuǎn)速。二次調(diào)頻的輸出與當(dāng)然給定值的疊加，作為一次調(diào)頻的給定值[4]。

   二次調(diào)頻的原理圖如圖2。

圖2 二次調(diào)頻控制原理圖

2 控制方案

2.1存在問題

   小網(wǎng)控制一次調(diào)頻要求機組調(diào)速響應(yīng)非常迅速，汽輪機在甩負(fù)荷過程中，每秒鐘的轉(zhuǎn)速飛升量能夠達到200r以上，對于常規(guī)的DEH控制回路如圖3所示，轉(zhuǎn)速卡一般會有20ms的延時，DCS控制周期一般在200ms左右，輸出卡和伺服卡的信號傳遞也會產(chǎn)生約50ms的延時，那么整個系統(tǒng)的控制時延在270ms左右，也就是說，會產(chǎn)生54r的轉(zhuǎn)速飛升，過大的時延會嚴(yán)重降低小網(wǎng)調(diào)頻控制品質(zhì)。

圖3 常規(guī)DEH的轉(zhuǎn)速控制回路

   一次調(diào)頻動作主要是由汽輪機側(cè)完成，時間短，速度快，而汽輪機和鍋爐的響應(yīng)特性不同，鍋爐的響應(yīng)慢，鍋爐的能量信號（表示汽機調(diào)節(jié)級壓力，表示主蒸汽壓力，表示主汽壓力）隨汽輪機閥門開度發(fā)生劇烈變化，同時會造成鍋爐燃燒工況出現(xiàn)擾動，甚至導(dǎo)致鍋爐滅火。

   另一方面，甩負(fù)荷后轉(zhuǎn)速迅速飛升，達到原DEH系統(tǒng)中OPC動作的設(shè)定點103%，從而造成OPC在3090r/min時動作。OPC動作后，調(diào)門全部關(guān)閉，機組出力小于小網(wǎng)上的電負(fù)荷，汽機轉(zhuǎn)速下降，OPC消失，調(diào)門打開，機組負(fù)荷又迅速上升，如此反復(fù)，使得小網(wǎng)頻率反復(fù)震蕩，終可能導(dǎo)致小網(wǎng)崩潰[5]。

2.2鍋爐側(cè)控制方案

   針對小網(wǎng)運行時，一次調(diào)頻會經(jīng)常動作汽輪機閥門，導(dǎo)致鍋爐主汽壓力經(jīng)常波動，同時主汽壓力不穩(wěn)定反過來又會影響一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)品質(zhì)。文獻[6]指出，一次調(diào)頻特性在較高頻段受主汽壓力變化影響不大，而在低頻段考慮主蒸汽壓力變化后一次調(diào)頻增益明顯偏小，會出現(xiàn)時間之后一次調(diào)頻出力回落、偏離理想設(shè)計性能。

   在鍋爐側(cè)，NT6000DCS系統(tǒng)設(shè)計如下控制方案。

（1）充分利用鍋爐蓄熱，機組一次調(diào)頻對鍋爐側(cè)主汽壓力等參數(shù)的影響。

（2）為了提高調(diào)頻性能，引入CCS側(cè)一次調(diào)頻邏輯，自動調(diào)節(jié)主汽壓力。

（3）在鍋爐側(cè)主控輸入增加速率限制模塊，減小由于汽輪機閥門開度過頻變化引起的鍋爐主控指令過快變化，同時要考慮對其他工況的影響。

（4）加強對主要參數(shù)的監(jiān)控及調(diào)整，及時跟蹤，當(dāng)出現(xiàn)主汽壓力等參數(shù)波動過大，超出設(shè)定限制，引入輔機故障減負(fù)荷(RB)邏輯。

2.3汽機側(cè)控制方案

   針對汽機側(cè)一次調(diào)頻存在的問題，NT6000DCS系統(tǒng)設(shè)計了改進后的控制策略，方案如下。

   （1）優(yōu)化DEH控制邏輯。在DEH中引入小網(wǎng)運行控制狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差超過范圍時，DEH自動進入小網(wǎng)控制狀態(tài)。這種設(shè)計能夠同時適應(yīng)并網(wǎng)運行和孤網(wǎng)運行的要求。用戶正常時并入大電網(wǎng)，當(dāng)大電網(wǎng)發(fā)生故障時，會脫離大電網(wǎng)進入小網(wǎng)控制狀態(tài)。

   （2）設(shè)計快速一次調(diào)頻回路。DEH中將與一次調(diào)頻相關(guān)的轉(zhuǎn)速采樣，轉(zhuǎn)速三值優(yōu)選，一次調(diào)頻計算，調(diào)速指令輸出都設(shè)置為快速運行，運行周期小于50ms，轉(zhuǎn)速采樣和模擬量輸出模塊采用高速硬件，使控制周期小于100ms，提供DEH一次調(diào)頻的控制速度。

   （3）設(shè)計智能OPC卡。在進入小網(wǎng)控制時，采用轉(zhuǎn)速加速度計算預(yù)估的轉(zhuǎn)速高值，當(dāng)預(yù)估的轉(zhuǎn)速高值高于OPC設(shè)定值時，提前動作OPC。由于OPC動作回路比調(diào)節(jié)閥動作回路要快200ms左右，這種設(shè)計將大大減小轉(zhuǎn)速飛升。在進入小網(wǎng)控制后，將103%OPC動作值抬高。

   （4）減小DEH控制周期，在NT6000DCS系統(tǒng)中，設(shè)計直接接在IO總線上的伺服卡，省去了輸出卡的環(huán)節(jié)，改進后如圖4所示，控制器的控制周期減小到50ms，轉(zhuǎn)速卡的測量時延減小到1ms，整個系統(tǒng)的時延在51ms內(nèi)，由此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速飛升減少80%以上。中國大中型鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)裝備大型化、連續(xù)化以及節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用，有效地實現(xiàn)了節(jié)能降耗。但總體效果跟國外同行業(yè)相比，還存在的差距。

信息技術(shù)提升能源管理水平

利用信息技術(shù)建立能源管理系統(tǒng)更可以為各種節(jié)能降耗手段的充分實施奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，具有非常明顯的現(xiàn)實意義。通過信息技術(shù)手段建立集中統(tǒng)一的能源管理系統(tǒng)(EMS)勢在必行，對能源數(shù)據(jù)進行分析、處理和加工，工作人員能實時掌握能源運行的狀態(tài)：

■ 監(jiān)控能源運行、使用與分配

■ 能源數(shù)據(jù)采集、能效分析

■ 能源供給的優(yōu)化、負(fù)荷分配、負(fù)載均衡

利用紫金橋EMS系統(tǒng)，在企業(yè)出現(xiàn)用用能高峰或低谷時，從全局角度了解能源使用和變化。通過對能源進行合理調(diào)整，確保系統(tǒng)運行在佳狀態(tài)。EMS還有利于工作人員及時采取措施，優(yōu)化其他能源調(diào)度，有效地減少高爐煤氣的排放，減少了環(huán)境污染，進一步提高了能源的合理利用率。

一、 系統(tǒng)定位：

面向鋼鐵行業(yè)的紫金橋能源管理系統(tǒng)EMS是集過程監(jiān)控、能源管理、能源調(diào)度為一體的廠級管控一體化計算機系統(tǒng)。隨著鋼鐵企業(yè)規(guī)模的擴大、技術(shù)不斷進步、信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，EMS面向生產(chǎn)運行的能源介質(zhì)(包括水、電力、重油、各種煤氣、天然氣、蒸汽、壓縮空氣、氧、氮、氬等)實現(xiàn)能源預(yù)測、降低能耗，實時監(jiān)控的綜合能源信息管理平臺。DAM-3058F（8通道模擬量輸入模塊）：對溫度、壓力等傳感器的數(shù)據(jù)采集；

DAM-3014D（16通道集電極開路輸出模塊）：繼電器、電磁閥、信號燈等的輸出；

DAM-3013D（16通道光電隔離輸入模塊）：對位置傳感器、火焰開關(guān)等等信號的輸入；

上位的組態(tài)軟件顯示各個控制點的狀態(tài)的實時信息，顯示各溫度和壓力測試點的曲線和歷史數(shù)據(jù)，同時，也可以在這里設(shè)置相關(guān)的參數(shù)。

方案說明：

為了使加熱爐的溫度控制均勻，該方案中，在爐窯內(nèi)共分布放置了16個加熱點，這16個加熱點被分成8個大噴嘴和8個小噴嘴，大小噴嘴被交錯安裝在鍋爐內(nèi)，通過對大小噴嘴控制閥的控制，可以調(diào)節(jié)16個點的加熱溫度，達到準(zhǔn)確控制爐溫和溫度分布均勻的要求。

該方案的控制過程是：首先，檢查風(fēng)機壓力、燃?xì)鈮毫涂諝鈮毫Γ绻?，則點火，通過火焰開關(guān)檢測是否點火成功，如果不成功，就關(guān)閉相關(guān)電磁閥，如果點火成功，就根據(jù)設(shè)定溫度值和實際溫度值的差，來確定是打開大火噴嘴閥門，還是開啟小火噴嘴閥門，從而實現(xiàn)對溫度的控制。

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