關(guān)鍵詞：125MW機(jī)組 調(diào)頻特性試驗(yàn)

摘要：根據(jù)山東電力調(diào)度中心對機(jī)組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的要求，驗(yàn)證125MW機(jī)組DCS、DEH的一次調(diào)頻邏輯和參數(shù)設(shè)置，考察機(jī)組參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻特性。

    概述

    我國電力工業(yè)法規(guī)定電網(wǎng)的頻率誤差率1%，電網(wǎng)通過機(jī)組的AGC功能及調(diào)頻機(jī)組實(shí)現(xiàn)二次調(diào)頻，保持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，但對電網(wǎng)中快速的小的負(fù)荷變化需汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）在不改變負(fù)荷設(shè)定點(diǎn)的情況下，監(jiān)測到轉(zhuǎn)速的變化，改變發(fā)電機(jī)功率，適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的隨機(jī)變動，保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，即一次調(diào)頻。

    為提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平和頻率質(zhì)量，山東電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)要求：并網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組，其出力大于最低技術(shù)出力時，應(yīng)具備一次調(diào)頻功能，除數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的機(jī)組由于存在某種缺陷，沒有能力快速增減負(fù)荷外，機(jī)組采用的控制方式不得影響一次調(diào)頻功能。

    通過125MW機(jī)組一次調(diào)頻特性試驗(yàn)研究，檢測機(jī)組在電網(wǎng)存在周波偏差情況下的快速補(bǔ)償能力，并通過試驗(yàn)調(diào)試相關(guān)熱控系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，以確保在投入一次調(diào)頻功能后，能夠快速補(bǔ)償電網(wǎng)負(fù)荷，并保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。

    1 一次調(diào)頻邏輯

    (1) 控制方式

    機(jī)組一次調(diào)頻控制方式為DEH+CCS，即DEH內(nèi)額定轉(zhuǎn)速與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速差通過一定函數(shù)計(jì)算后直接動作調(diào)門，CCS進(jìn)行補(bǔ)償，保證機(jī)組負(fù)荷滿足電網(wǎng)要求。

    (2) DEH內(nèi)的一次調(diào)頻參數(shù)設(shè)置

    在機(jī)組負(fù)荷0～125MW的范圍內(nèi)允許投入一次調(diào)頻，有關(guān)參數(shù)如表1。

表1

    (3) CCS內(nèi)的一次調(diào)頻補(bǔ)償邏輯

    當(dāng)一次調(diào)頻動作后，CCS根據(jù)電網(wǎng)頻率信號，經(jīng)過死區(qū)處理后得出的一次調(diào)頻負(fù)荷，疊加到協(xié)調(diào)控制回路的主調(diào)節(jié)器上，補(bǔ)償汽機(jī)負(fù)荷變化對鍋爐的影響。

圖1 原設(shè)計(jì)一次調(diào)頻

    按照一次調(diào)頻試驗(yàn)工作要求，把原來的一次調(diào)頻信號經(jīng)過速率限制改為不經(jīng)過速率限制，提高機(jī)組對頻差的響應(yīng)速度，但經(jīng)過機(jī)組負(fù)荷上下限制，以保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

    (4) 一次調(diào)頻曲線設(shè)定

    根據(jù)新的管理辦法規(guī)定，#2機(jī)組一次調(diào)頻負(fù)荷補(bǔ)償曲線設(shè)置如下圖所示。如果DCS使用電網(wǎng)頻率變送器信號，只需將轉(zhuǎn)速信號折算為相應(yīng)的頻差信號即可。

圖2 一次調(diào)頻曲線

    2 基本參數(shù)

    (1) 一次調(diào)頻

    由于系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組跳閘或大用戶發(fā)生跳閘時，電網(wǎng)頻率發(fā)生瞬間變化，一般變化幅度較大，變化周期在10秒到2～3分鐘之間，要求網(wǎng)上機(jī)組的負(fù)荷能夠在允許的范圍內(nèi)快速地調(diào)整，以彌補(bǔ)網(wǎng)上的負(fù)荷缺口，保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的過程，稱為一次調(diào)頻。

    (2) 轉(zhuǎn)速不等率

    轉(zhuǎn)速不等率(δ) 是指機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)給定值不變的情況下，機(jī)組功率由0至額定值對應(yīng)的轉(zhuǎn)速變化量（Δn）與額定轉(zhuǎn)速（n₀）的比值，通常以百分?jǐn)?shù)形式表示，如公式1。

    δ=（Δn/ n₀）×100%            （1）

    對承擔(dān)基本負(fù)荷的機(jī)組，一般取其不等率大一些，以希望電網(wǎng)周波的變化對其功率的影響要小，保證機(jī)組在經(jīng)濟(jì)工況下長期運(yùn)行；對承擔(dān)尖峰負(fù)荷的機(jī)組，則不等率要小一些，在電網(wǎng)周波變化后希望多分擔(dān)一點(diǎn)變動負(fù)荷。

    (3) 功率補(bǔ)償量

    功率補(bǔ)償量(ΔP)是由機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率δ 和電網(wǎng)頻率偏差（可轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速偏差Δn）計(jì)算出來的，如公式2：

    ΔP=［（Δn/ n₀）×100%］×PN            （2）

其中，n₀——額定轉(zhuǎn)速，PN——額定功率。

    (4) 遲緩率

    機(jī)組的遲緩率：是指由于調(diào)速器、傳動放大機(jī)構(gòu)和配汽機(jī)構(gòu)部件有磨擦、間隙等原因使輸入信息與輸出信息之間存在的遲緩現(xiàn)象，這種遲緩現(xiàn)象作用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)使在一定的轉(zhuǎn)速變化范圍Δn，機(jī)組功率不變。遲緩率ε的計(jì)算如公式3：

    ε=(Δn/ n₀)*100%            （3）

    (5) 調(diào)頻死區(qū)

    機(jī)組一次調(diào)頻頻率死區(qū)是指系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速附近對轉(zhuǎn)速的不靈敏區(qū)，為了在電網(wǎng)頻率變化較小的情況下提高機(jī)組穩(wěn)定性，一般在電調(diào)系統(tǒng)設(shè)置有頻率死區(qū)。

    (6) 一次調(diào)頻動態(tài)特性

    一次調(diào)頻特性是汽輪發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行的基本特性之一，它是指電網(wǎng)負(fù)荷變化引起電網(wǎng)的頻率發(fā)生變化后，機(jī)組在控制系統(tǒng)的作用下自動地增加（電網(wǎng)頻率下降時）或減?。娋W(wǎng)頻率升高時）自身的功率，從而限制電網(wǎng)頻率變化的特性。

    3 試驗(yàn)步驟

    檢查DCS和DEH軟件修改已經(jīng)完成，靜態(tài)實(shí)驗(yàn)合格，機(jī)組各項(xiàng)功能主要包括機(jī)爐協(xié)調(diào)控制、AGC、DEH功率控制等功能完好，各項(xiàng)保護(hù)投入運(yùn)行。

    (1) DEH手動方式

    a. 將機(jī)組額定負(fù)荷工況負(fù)荷上限，檢查一次調(diào)頻動作。

    1）分別改變轉(zhuǎn)速設(shè)定值2998rpm，2989 rpm、2986 rpm、2983 rpm檢查一次調(diào)頻應(yīng)不動作。

    2）分別改變轉(zhuǎn)速設(shè)定值3002rpm，3011 rpm、3014 rpm、3017 rpm檢查一次調(diào)頻動作情況，并記錄參數(shù)改變前后機(jī)組負(fù)荷、調(diào)門開度、響應(yīng)時間及爐側(cè)重要參數(shù)主汽壓力、主汽溫度、汽包水位、爐膛負(fù)壓等。

    b. 機(jī)組負(fù)荷在60～90%之間正常工作區(qū)，檢查一次調(diào)頻動作。

    1）分別改變轉(zhuǎn)速設(shè)定值2998rpm，2989 rpm、2986 rpm、2983 rpm檢查一次調(diào)頻動作情況，并記錄參數(shù)改變前后機(jī)組負(fù)荷、調(diào)門開度、響應(yīng)時間及爐側(cè)重要參數(shù)主汽壓力、主汽溫度、汽包水位、爐膛負(fù)壓等。

    2）分別改變轉(zhuǎn)速設(shè)定值3002rpm，3011 rpm、3014 rpm、3017 rpm檢查一次調(diào)頻動作情況，并記錄參數(shù)改變前后機(jī)組負(fù)荷、調(diào)門開度、響應(yīng)時間及爐側(cè)重要參數(shù)主汽壓力、主汽溫度、汽包水位、爐膛負(fù)壓等。

    c. 機(jī)組負(fù)荷在負(fù)荷下限，檢查一次調(diào)頻動作。

    1）分別改變轉(zhuǎn)速設(shè)定值2998rpm，2989 rpm、2986 rpm、2983 rpm檢查一次調(diào)頻動作情況，并記錄參數(shù)改變前后機(jī)組負(fù)荷、調(diào)門開度、響應(yīng)時間及爐側(cè)重要參數(shù)主汽壓力、主汽溫度、汽包水位、爐膛負(fù)壓等。

    2）分別改變轉(zhuǎn)速設(shè)定值3002rpm，3011 rpm、3014 rpm、3017 rpm檢查一次調(diào)頻應(yīng)不動作；

    (2) DEH功率回路投入

    將DEH功率回路投入運(yùn)行，重復(fù)DEH手動方式下的試驗(yàn)。

    (3) DEH遙控，DCS手動

    將DEH投入遙控方式，但DCS維持手動，重復(fù)DEH手動方式下的試驗(yàn)。

    (4) DEH遙控，DCS協(xié)調(diào)控制

    將DEH投入遙控方式，并投入機(jī)組協(xié)調(diào)控制，重復(fù)DEH手動方式下的試驗(yàn)。

    (5) DEH遙控，DCS在AGC方式

    將DEH投入遙控方式，并投入機(jī)組協(xié)調(diào)控制和AGC功能，重復(fù)DEH手動方式下的試驗(yàn)。

   4 函數(shù)修改

    在熱工所的指導(dǎo)下，我們首先對DCS內(nèi)部的協(xié)調(diào)部分的控制邏輯進(jìn)行了檢查、修改，嚴(yán)格遵照《一次調(diào)頻技術(shù)要求》和《一次調(diào)頻邏輯檢查修改試驗(yàn)安全技術(shù)措施》，把原來的周波信號改為頻差信號，提高了測量精度；對頻差信號對應(yīng)的函數(shù)f(x)進(jìn)行修改，改為試驗(yàn)要求的數(shù)據(jù)，函數(shù)數(shù)據(jù)如表2。

表2

    同時對DEH部分的控制邏輯進(jìn)行檢查，并根據(jù)要求，對一次調(diào)頻函數(shù)F(X)進(jìn)行了修改, F(X)修改前如表3。

表3

    F(X)修改后如表4。

表4

    注：1. 函數(shù)中的X為頻差信號，等于3000減去機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速，Y為頻差校正負(fù)荷。2. CCS部分內(nèi)一次調(diào)頻函數(shù)與DEH部分內(nèi)的函數(shù)取自同一個頻差信號。

    對一次調(diào)頻的控制邏輯檢查修改完畢后，通過升降負(fù)荷對控制回路進(jìn)行了靜態(tài)試驗(yàn)，靜態(tài)試驗(yàn)成功后，進(jìn)行了一次調(diào)頻試驗(yàn)。

    5 試驗(yàn)過程

    試驗(yàn)前，對汽機(jī)負(fù)荷控制PID進(jìn)行了優(yōu)化，然后嚴(yán)格按照《一次調(diào)頻技術(shù)要求》，對具備條件的控制方式和工況進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)情況如下：

    (1) DEH遙控、DCS手動方式　　

    在機(jī)組帶90%額定負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行時，分別修改轉(zhuǎn)速設(shè)定值為2998、2989、2986、2983和3002、3011、3014、3017，試驗(yàn)過程中，每改變一次轉(zhuǎn)速設(shè)定值，記錄完數(shù)據(jù)后，恢復(fù)轉(zhuǎn)速設(shè)定值為額定轉(zhuǎn)速3000RPM待機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定、壓力穩(wěn)定時，再做下一次試驗(yàn)。部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如表5。

表5

    (2) DEH遙控、DCS協(xié)調(diào)方式　

    在機(jī)組帶90%額定負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行時，DCS為協(xié)調(diào)方式下，投入一次調(diào)頻工作方式分別修改轉(zhuǎn)速設(shè)定值試驗(yàn)方法同DEH遙控、DCS手動方式試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如表6。

表6

    (3) DEH手動、DCS手動方式

    由于DEH在手動方式下，控制邏輯中沒有一次調(diào)頻功能，該方式未做一次調(diào)頻試驗(yàn)。

    (4) DEH投入功率回路、DCS手動方式

    由于我廠從未在該方式下運(yùn)行，該方式未做一次調(diào)頻試驗(yàn)。

    (5) DEH遙控、DCS協(xié)調(diào)方式投入ADS方式

    該方式未調(diào)試，一次調(diào)頻試驗(yàn)條件不成熟。

    (6) 機(jī)組DCS在協(xié)調(diào)方式，DEH遙控，機(jī)組定壓運(yùn)行

    在機(jī)組負(fù)荷由110MW降為85MW的過程中，汽機(jī)＃2高調(diào)門發(fā)生大幅度波動，開度在42%－－91%之間波動，造成負(fù)荷波動。由于我廠＃2機(jī)組在100MW以下，滑壓運(yùn)行，這種問題未暴露出來，故未做此工況下的一次調(diào)頻試驗(yàn)。

    6 注意事項(xiàng)

    運(yùn)行人員密切監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行，注意機(jī)組燃燒、主汽壓力、汽包水位、調(diào)門開度、機(jī)組負(fù)荷的變化情況，盡量減少對系統(tǒng)干擾操作。

    如果出現(xiàn)影響機(jī)組安全或運(yùn)行不穩(wěn)定的情況，運(yùn)行人員可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行操作，恢復(fù)機(jī)組工況，事后給試驗(yàn)人員作好記錄。

    試驗(yàn)數(shù)據(jù)要有專人記錄，可根據(jù)表格進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每次變化工況或轉(zhuǎn)速設(shè)定值采用不同表格記錄，如有其它情況發(fā)生，在備注中作好記錄。

    一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)束后，對DCS內(nèi)部的汽機(jī)負(fù)荷控制PID參數(shù)恢復(fù)到試驗(yàn)前的參數(shù)，DEH內(nèi)部的一次調(diào)頻函數(shù)恢復(fù)為廠家原來設(shè)定的如表2參數(shù)。

    7 需進(jìn)一步完善的工作

    根據(jù)生技部工作安排，為積極落實(shí)山東電力研究院的《一次調(diào)頻技術(shù)要求》（附后），使DEH系統(tǒng)在各種負(fù)荷控制狀態(tài)，完成機(jī)組一次調(diào)頻功能，同時參考菏澤發(fā)電廠＃2機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)情況，需要DEH廠家完善以下工作：

    (1) CCS部分內(nèi)一次調(diào)頻函數(shù)與DEH部分內(nèi)的函數(shù)取自同一個一次調(diào)頻函數(shù)F(X)?！⌒枰f明，在CCS和DEH中，同樣都是頻差校正后的MW函數(shù)，代表的意義有差別，在CCS中頻差校正后的MW值是實(shí)際功率負(fù)荷值，而在DEH中頻差校正后的MW值不是實(shí)際功率負(fù)荷值，而是代表負(fù)荷變化的參考值，建議廠家人員進(jìn)一步完善此邏輯，使之與CCS中的意義一致。

    (2) 由于DEH系統(tǒng)在手動方式下，控制邏輯中沒有一次調(diào)頻功能，請完善。其次DEH手動方式下控制輸出是百分?jǐn)?shù)，而頻差校正后的是MW，怎樣更好地將頻差校正后的MW疊加到DEH手動方式下控制輸出中，更好地進(jìn)行量綱轉(zhuǎn)換，建議廠家人員完善。

 (3) 機(jī)組CCS在協(xié)調(diào)方式，DEH在遙控，機(jī)組定壓運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷由110MW降為85MW的過程中，汽機(jī)＃2高調(diào)門發(fā)生大幅度波動，開度在42%～91%之間波動，造成負(fù)荷、主汽壓力大幅度波動，威脅機(jī)組安全，由于我廠在100MW以下，機(jī)組滑壓運(yùn)行，這種問題輕易暴露不出來，在作一次調(diào)頻試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)的，#2機(jī)組DEH改造完成后，#3調(diào)門曾經(jīng)因調(diào)門特性太陡，出現(xiàn)過晃動，為避免#1機(jī)組DEH改造后再出現(xiàn)同類情況，建議廠家人員研究處理此類情況，確保機(jī)組安全。

    (4) 在作一次調(diào)頻試驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)CCS和DEH邏輯中機(jī)組最高負(fù)荷、最低穩(wěn)燃負(fù)荷的上下限與機(jī)組開停機(jī)情況下的升降負(fù)荷上下限邏輯有相互制約的情況，還需廠家人員進(jìn)一步完善。

    參考文獻(xiàn)

    ［1］一次調(diào)頻特性試驗(yàn)試驗(yàn)小組.菏澤發(fā)電廠＃2機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)報(bào)告［A］.2004.山東：國電菏澤發(fā)電廠.
    ［2］山東電力研究院.機(jī)組一次調(diào)頻功能的研究與實(shí)現(xiàn)［C］.2004.山東：2004年山東電網(wǎng)熱工監(jiān)督會.

作者：侯典來