一次調(diào)頻在尼爾基發(fā)電廠的試驗及應用

宋飛飛，陳佰力

（1.嫩江尼爾基水利水電有限責任公司，黑龍江齊齊哈爾161005；2.水利部松遼水利委員會，吉林長春130021）

尼爾基水電廠位于嫩江干流中游，裝機容量4×62.5 MW，裝機利用小時數(shù)2458 h，電站承擔電力系統(tǒng)調(diào)峰、負荷備用、事故備用和基荷。于2006年7月16日首臺機組發(fā)電。水輪機為軸流轉(zhuǎn)槳式，型號為ZZA833-LH-640。調(diào)速器采用武漢事達電氣DFWST-150-6.3可編程微機調(diào)速器，導葉槳葉協(xié)聯(lián)運行。

1 一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的定義及區(qū)別

1）一次調(diào)頻。各機組并網(wǎng)運行時，受外界負荷變動影響,電網(wǎng)頻率發(fā)生變化，這時，各機組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)作用，改變各機組所帶的負荷，使之與外界負荷相平衡。同時，還盡力減少電網(wǎng)頻率的變化，這一過程即為一次調(diào)頻。

2）二次調(diào)頻。一次調(diào)頻是有差調(diào)節(jié)，不能維持電網(wǎng)頻率不變，只能緩和電網(wǎng)頻率的改變程度。所以還需要利用同步器增、減速某些機組的負荷，以恢復電網(wǎng)頻率，這一過程稱為二次調(diào)頻。只有經(jīng)過二次調(diào)頻后，電網(wǎng)頻率才能精確地保持恒定值。二次調(diào)頻目前有兩種方法：由調(diào)總下令各廠調(diào)整負荷；機組采用AGC方式，實現(xiàn)機組負荷自動調(diào)度。簡單地說，一次調(diào)頻是水輪機調(diào)速系統(tǒng)要據(jù)電網(wǎng)頻率的變化，自發(fā)的進行調(diào)整機組負荷以恢復電網(wǎng)頻率，二次調(diào)頻是人為根據(jù)電網(wǎng)頻率高低來調(diào)整機組負荷。

2 一次調(diào)頻試驗目的

電力系統(tǒng)運行的主要任務之一，就是對頻率進行監(jiān)視和控制，而發(fā)電機組的一次調(diào)頻功能對維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定至關(guān)重要。為保證東北電網(wǎng)及并網(wǎng)運行發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行，提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)頻率控制水平，防止機組事故跳閘導致系統(tǒng)頻率惡性事故發(fā)生，根據(jù)東北電網(wǎng)有限公司文件《東北電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻調(diào)度管理暫行規(guī)定》（東電調(diào)通［2006］429）的通知，要求對并入220 kV電網(wǎng)的水電機組一次調(diào)頻參數(shù)進行測試，水輪機調(diào)速器人工死區(qū)、永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)、比例增益、積分增益、微分增益等參數(shù)與水電機組的一次調(diào)頻密切相關(guān)，各參數(shù)的合理整定與優(yōu)化設(shè)置對于機組一次調(diào)頻功能的有效發(fā)揮至關(guān)重要。為更好到發(fā)揮水電機組的一次調(diào)頻作用，進一步加強電網(wǎng)的穩(wěn)定性，改善電能質(zhì)量，應嚴格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程和東北電網(wǎng)有限公司的要求，根據(jù)機組狀況和其在電網(wǎng)中的調(diào)頻、調(diào)峰作用，利用測試手段控制水輪機調(diào)速器人工死區(qū)整定值，合理安排調(diào)速器的永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)，優(yōu)化動態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)的其它調(diào)節(jié)參數(shù)。

3 一次調(diào)頻技術(shù)指標

根據(jù)《東北電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻調(diào)度管理暫行規(guī)定》，一次調(diào)頻試驗機組應該達到的、需要通過現(xiàn)場試驗進行優(yōu)化的技術(shù)指標如下：機組一次調(diào)頻的頻率死區(qū)控制在±0.05 Hz；機組的永態(tài)轉(zhuǎn)差率不大于4%；最大調(diào)整負荷限幅：為確保一次調(diào)頻投入后機組的安全運行，暫定一次調(diào)頻的最大調(diào)整負荷限制幅度為機組額定負荷的±10%；機組調(diào)速器轉(zhuǎn)速死區(qū)小于0.04%；額定水頭在50 m及以上的水電機組，其一次調(diào)頻負荷響應滯后時間應小于4 s；額定水頭在50 m及以下的水電機組，其一次調(diào)頻負荷響應滯后時間應小于8 s；當電網(wǎng)頻率變化超過機組一次調(diào)頻的頻率死區(qū)時，機組一次調(diào)頻的負荷調(diào)整幅度應在15 s內(nèi)達到該工況下的一次調(diào)頻最大負荷調(diào)整幅度的90%；在電網(wǎng)頻率變化超過機組一次調(diào)頻死區(qū)時開始的45 s內(nèi)，機組實際出力與機組響應目標偏差的平均值應在機組額定有功出力的±5%以內(nèi)。

4 試驗流程

1）在停機狀態(tài)下進行一次調(diào)頻試驗接線，接線無誤后進行試驗。

2）有功功率、導葉開度輸入信號率定。

3）調(diào)整負荷到10%額定負荷，斷開機頻PT接線，模擬“PT斷線”故障，以檢驗調(diào)速系統(tǒng)的保護功能。

4）校核機組一次調(diào)頻的響應行為：將調(diào)速器人工頻率死區(qū)設(shè)為±0.05 Hz，設(shè)定為4%，通過TG2000的頻率信號發(fā)生器功能在額定頻率50 Hz基礎(chǔ)上分別施加 正負階躍頻率偏差信號（±0.10 Hz、±0.15 Hz、±0.20 Hz），每個信號持續(xù) 60 s，以檢驗調(diào)速器的響應行為。如其響應行為不能滿足規(guī)定的技術(shù)指標，則對調(diào)速器及系統(tǒng)的相關(guān)程序及參數(shù)進行修改后并重新進行試驗。

5）校核機組一次調(diào)頻的最大調(diào)整負荷限幅：試驗工況同上4），通過TG2000的頻率信號發(fā)生器功能，在額定頻率50 Hz基礎(chǔ)上給調(diào)速系統(tǒng)施加±0.25 Hz階躍頻率信號，機組負荷變化值不應超過±10%額定負荷，如超過則對調(diào)速器及系統(tǒng)的相關(guān)程序及參數(shù)進行修改后并重新進行試驗。

6）跟蹤電網(wǎng)頻率試驗：切除TG2000測試儀的輸出模擬頻率信號，恢復電網(wǎng)PT接線，將機頻信號接至TG2000測試儀上機組頻率輸入端；機組AGC系統(tǒng)投入運行。通過TG2000測試儀，對電網(wǎng)頻率、有功功率和導葉開度信號進行錄波，記錄電網(wǎng)頻率越過機組一次調(diào)頻頻率死區(qū)時調(diào)速器動作情況（如系統(tǒng)頻率較穩(wěn)定，很難超過頻率死區(qū)時，可將調(diào)速器的人工死區(qū)設(shè)定值相對減小，試驗結(jié)束后再恢復）。

7）在停機狀態(tài)下進行一次調(diào)頻試驗拆線及恢復。

5 一次調(diào)頻試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

發(fā)電廠名稱：尼爾基發(fā)電廠

機組號：1號機組

試驗開始時間：2009年11月03日13∶57

試驗結(jié)束時間：2009年11月03日13∶59

1）機組基本數(shù)據(jù)。機組容量為62.5 MW；機組類型為軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機；調(diào)速器類型為微機自復中式；機組運行方式為漿葉協(xié)聯(lián)。

2）一次調(diào)頻設(shè)定數(shù)據(jù)。死區(qū)設(shè)定值為+0.05/-0.04，標準值為不大于±0.05 Hz；最大調(diào)整負荷限幅設(shè)定為+8.30%/-9.70%，標準值為不大于±10%；速度變動率標準值為4%～5%。

3）試驗開始前和結(jié)束后的機組主要參數(shù)。試驗前機組負荷為50.36 MW；試驗后機組負荷為51.58 MW；試驗前機組轉(zhuǎn)速為107.12 r/min；試驗后機組轉(zhuǎn)速：106.97 r/min。

6 一次調(diào)頻在尼爾基發(fā)電廠的應用

1）經(jīng)過校核，調(diào)速系統(tǒng)測頻回路的測頻最大誤差+0.0008～-0.0004 Hz，滿足±0.005 Hz范圍要求。

2）靜特性試驗數(shù)據(jù)：bp=4%時，ix=0.032%≤0.04%，ε=0.56%≤5%，bp=4.0%≤4%，滿足“規(guī)定”要求。

3）為了滿足一次調(diào)頻性能的要求，經(jīng)過幾組動特性調(diào)整試驗優(yōu)化，最終確定調(diào)整參數(shù)bp=4%，bt=6%，Tn=4，Td=0.5，頻率人工死區(qū)設(shè)定值為+0.05～-0.04 Hz。

4）機組一次調(diào)頻負荷響應滯后時間最大為0.41 s，符合小于8 s的要求；機組一次調(diào)頻負荷響應穩(wěn)定時間（負荷調(diào)整幅度達90%）最大為11.60 s，符合小于15 s的要求；機組一次調(diào)頻負荷完全響應時間最大為16.18 s，符合小于45 s的要求。

5）機組最大調(diào)整負荷幅度為+8.30%～-9.70%，調(diào)速器能夠?qū)C組一次調(diào)頻的出力調(diào)整幅度進行±10%有效限制。

6）投入一次調(diào)頻功能后，當電網(wǎng)頻率越過一次調(diào)頻死區(qū)時，導葉開度和負荷能夠隨網(wǎng)頻率變化而產(chǎn)生正確響應。

7）試驗數(shù)據(jù)分析表明：尼爾基1號機試驗數(shù)據(jù)滿足《規(guī)定》要求，具備一次調(diào)頻功能。

［1］DL/T496-2001，水輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)及裝置調(diào)整試驗導則［R］.

［2］東電調(diào)通［2006］429號，東北電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻調(diào)度管理暫行規(guī)定［R］.