關鍵詞：125MW機組 調(diào)頻特性試驗
摘要：根據(jù)山東電力調(diào)度中心對機組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的要求，驗證125MW機組DCS、DEH的一次調(diào)頻邏輯和參數(shù)設置，考察機組參與電網(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)通過機組的AGC功能及調(diào)頻機組實現(xiàn)二次調(diào)頻，保持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，但對電網(wǎng)中快速的小的負荷變化需汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）在不改變負荷設定點的情況下，監(jiān)測到轉(zhuǎn)速的變化，改變發(fā)電機功率，適應電網(wǎng)負荷的隨機變動，保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，即一次調(diào)頻。
為提高電網(wǎng)安全運行水平和頻率質(zhì)量，山東電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻技術(shù)要求：并網(wǎng)運行的機組，其出力大于最低技術(shù)出力時，應具備一次調(diào)頻功能，除數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的機組由于存在某種缺陷，沒有能力快速增減負荷外，機組采用的控制方式不得影響一次調(diào)頻功能。
通過125MW機組一次調(diào)頻特性試驗研究，檢測機組在電網(wǎng)存在周波偏差情況下的快速補償能力，并通過試驗調(diào)試相關熱控系統(tǒng)的各項參數(shù)，以確保在投入一次調(diào)頻功能后，能夠快速補償電網(wǎng)負荷，并保證機組安全經(jīng)濟穩(wěn)定運行。
1 一次調(diào)頻邏輯
(1) 控制方式
機組一次調(diào)頻控制方式為DEH+CCS，即DEH內(nèi)額定轉(zhuǎn)速與汽輪機轉(zhuǎn)速差通過一定函數(shù)計算后直接動作調(diào)門，CCS進行補償，保證機組負荷滿足電網(wǎng)要求。
(2) DEH內(nèi)的一次調(diào)頻參數(shù)設置
在機組負荷0～125MW的范圍內(nèi)允許投入一次調(diào)頻，有關參數(shù)如表1。
表1
(3) CCS內(nèi)的一次調(diào)頻補償邏輯
當一次調(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)頻負荷，疊加到協(xié)調(diào)控制回路的主調(diào)節(jié)器上，補償汽機負荷變化對鍋爐的影響。
圖1 原設計一次調(diào)頻
按照一次調(diào)頻試驗工作要求，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，提高機組對頻差的響應速度，但經(jīng)過機組負荷上下限制，以保證機組的安全運行。
(4) 一次調(diào)頻曲線設定
根據(jù)新的管理辦法規(guī)定，#2機組一次調(diào)頻負荷補償曲線設置如下圖所示。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)上機組的負荷能夠在允許的范圍內(nèi)快速地調(diào)整，以彌補網(wǎng)上的負荷缺口，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) 是指機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)給定值不變的情況下，機組功率由0至額定值對應的轉(zhuǎn)速變化量（Δn）與額定轉(zhuǎn)速（n0）的比值，通常以百分數(shù)形式表示，如公式1。
δ=（Δn/ n0）×100% （1）
對承擔基本負荷的機組，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，保證機組在經(jīng)濟工況下長期運行；對承擔尖峰負荷的機組，則不等率要小一些，在電網(wǎng)周波變化后希望多分擔一點變動負荷。
(3) 功率補償量
功率補償量(ΔP)是由機組轉(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
機組的遲緩率：是指由于調(diào)速器、傳動放大機構(gòu)和配汽機構(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，機組功率不變。遲緩率ε的計算如公式3：
ε=(Δn/ n0)*100% （3）
(5) 調(diào)頻死區(qū)
機組一次調(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組穩(wěn)定性，一般在電調(diào)系統(tǒng)設置有頻率死區(qū)。
(6) 一次調(diào)頻動態(tài)特性
一次調(diào)頻特性是汽輪發(fā)電機組并網(wǎng)運行的基本特性之一，它是指電網(wǎng)負荷變化引起電網(wǎng)的頻率發(fā)生變化后，機組在控制系統(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 試驗步驟
檢查DCS和DEH軟件修改已經(jīng)完成，靜態(tài)實驗合格，機組各項功能主要包括機爐協(xié)調(diào)控制、AGC、DEH功率控制等功能完好，各項保護投入運行。
(1) DEH手動方式
a. 將機組額定負荷工況負荷上限，檢查一次調(diào)頻動作。
1）分別改變轉(zhuǎn)速設定值2998rpm，2989 rpm、2986 rpm、2983 rpm檢查一次調(diào)頻應不動作。
2）分別改變轉(zhuǎn)速設定值3002rpm，3011 rpm、3014 rpm、3017 rpm檢查一次調(diào)頻動作情況，并記錄參數(shù)改變前后機組負荷、調(diào)門開度、響應時間及爐側(cè)重要參數(shù)主汽壓力、主汽溫度、汽包水位、爐膛負壓等。
b. 機組負荷在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)改變前后機組負荷、調(diào)門開度、響應時間及爐側(cè)重要參數(shù)主汽壓力、主汽溫度、汽包水位、爐膛負壓等。
2）分別改變轉(zhuǎn)速設定值3002rpm，3011 rpm、3014 rpm、3017 rpm檢查一次調(diào)頻動作情況，并記錄參數(shù)改變前后機組負荷、調(diào)門開度、響應時間及爐側(cè)重要參數(shù)主汽壓力、主汽溫度、汽包水位、爐膛負壓等。
c. 機組負荷在負荷下限，檢查一次調(diào)頻動作。
1）分別改變轉(zhuǎn)速設定值2998rpm，2989 rpm、2986 rpm、2983 rpm檢查一次調(diào)頻動作情況，并記錄參數(shù)改變前后機組負荷、調(diào)門開度、響應時間及爐側(cè)重要參數(shù)主汽壓力、主汽溫度、汽包水位、爐膛負壓等。
2）分別改變轉(zhuǎn)速設定值3002rpm，3011 rpm、3014 rpm、3017 rpm檢查一次調(diào)頻應不動作；
(2) DEH功率回路投入
將DEH功率回路投入運行，重復DEH手動方式下的試驗。
(3) DEH遙控，DCS手動
將DEH投入遙控方式，但DCS維持手動，重復DEH手動方式下的試驗。
(4) DEH遙控，DCS協(xié)調(diào)控制
將DEH投入遙控方式，并投入機組協(xié)調(diào)控制，重復DEH手動方式下的試驗。
(5) DEH遙控，DCS在AGC方式
將DEH投入遙控方式，并投入機組協(xié)調(diào)控制和AGC功能，重復DEH手動方式下的試驗。
4 函數(shù)修改
在熱工所的指導下，我們首先對DCS內(nèi)部的協(xié)調(diào)部分的控制邏輯進行了檢查、修改，嚴格遵照《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；對頻差信號對應的函數(shù)f(x)進行修改，改為試驗要求的數(shù)據(jù)，函數(shù)數(shù)據(jù)如表2。
表2
同時對DEH部分的控制邏輯進行檢查，并根據(jù)要求，對一次調(diào)頻函數(shù)F(X)進行了修改, 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減去機組實際轉(zhuǎn)速，Y為頻差校正負荷。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，通過升降負荷對控制回路進行了靜態(tài)試驗，靜態(tài)試驗成功后，進行了一次調(diào)頻試驗。
5 試驗過程
試驗前，對汽機負荷控制PID進行了優(yōu)化，然后嚴格按照《一次調(diào)頻技術(shù)要求》，對具備條件的控制方式和工況進行了試驗，試驗情況如下：
(1) DEH遙控、DCS手動方式
在機組帶90%額定負荷穩(wěn)定運行時，分別修改轉(zhuǎn)速設定值為2998、2989、2986、2983和3002、3011、3014、3017，試驗過程中，每改變一次轉(zhuǎn)速設定值，記錄完數(shù)據(jù)后，恢復轉(zhuǎn)速設定值為額定轉(zhuǎn)速3000RPM待機組負荷穩(wěn)定、壓力穩(wěn)定時，再做下一次試驗。部分試驗數(shù)據(jù)結(jié)果如表5。
表5
(2) DEH遙控、DCS協(xié)調(diào)方式
在機組帶90%額定負荷穩(wěn)定運行時，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)速設定值試驗方法同DEH遙控、DCS手動方式試驗數(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。
(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行，該方式未做一次調(diào)頻試驗。
(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)頻試驗條件不成熟。
(6) 機組DCS在協(xié)調(diào)方式，DEH遙控，機組定壓運行
在機組負荷由110MW降為85MW的過程中，汽機＃2高調(diào)門發(fā)生大幅度波動，開度在42%－－91%之間波動，造成負荷波動。由于我廠＃2機組在100MW以下，滑壓運行，這種問題未暴露出來，故未做此工況下的一次調(diào)頻試驗。
6 注意事項
運行人員密切監(jiān)視系統(tǒng)運行，注意機組燃燒、主汽壓力、汽包水位、調(diào)門開度、機組負荷的變化情況，盡量減少對系統(tǒng)干擾操作。
如果出現(xiàn)影響機組安全或運行不穩(wěn)定的情況，運行人員可根據(jù)實際情況進行操作，恢復機組工況，事后給試驗人員作好記錄。
試驗數(shù)據(jù)要有專人記錄，可根據(jù)表格進行統(tǒng)計，每次變化工況或轉(zhuǎn)速設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)頻試驗結(jié)束后，對DCS內(nèi)部的汽機負荷控制PID參數(shù)恢復到試驗前的參數(shù)，DEH內(nèi)部的一次調(diào)頻函數(shù)恢復為廠家原來設定的如表2參數(shù)。
7 需進一步完善的工作
根據(jù)生技部工作安排，為積極落實山東電力研究院的《一次調(diào)頻技術(shù)要求》（附后），使DEH系統(tǒng)在各種負荷控制狀態(tài)，完成機組一次調(diào)頻功能，同時參考菏澤發(fā)電廠＃2機組一次調(diào)頻試驗情況，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值是實際功率負荷值，而在DEH中頻差校正后的MW值不是實際功率負荷值，而是代表負荷變化的參考值，建議廠家人員進一步完善此邏輯，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數(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，更好地進行量綱轉(zhuǎn)換，建議廠家人員完善。
(3) 機組CCS在協(xié)調(diào)方式，DEH在遙控，機組定壓運行，機組負荷由110MW降為85MW的過程中，汽機＃2高調(diào)門發(fā)生大幅度波動，開度在42%～91%之間波動，造成負荷、主汽壓力大幅度波動，威脅機組安全，由于我廠在100MW以下，機組滑壓運行，這種問題輕易暴露不出來，在作一次調(diào)頻試驗時發(fā)現(xiàn)的，#2機組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，確保機組安全。
(4) 在作一次調(diào)頻試驗時，發(fā)現(xiàn)CCS和DEH邏輯中機組最高負荷、最低穩(wěn)燃負荷的上下限與機組開停機情況下的升降負荷上下限邏輯有相互制約的情況，還需廠家人員進一步完善。
參考文獻
［1］一次調(diào)頻特性試驗試驗小組.菏澤發(fā)電廠＃2機組一次調(diào)頻試驗報告［A］.2004.山東：國電菏澤發(fā)電廠.
［2］山東電力研究院.機組一次調(diào)頻功能的研究與實現(xiàn)［C］.2004.山東：2004年山東電網(wǎng)熱工監(jiān)督會.
作者：侯典來
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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