東北電網(wǎng)600MW亞臨界機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)分析

揭其良　郭軼娜　王穎　鮑旭　張嵩

摘 要：發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻功能可以提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平，使電網(wǎng)頻率保持穩(wěn)定。東北電網(wǎng)有限公司出臺(tái)《東北電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻調(diào)度管理暫行規(guī)定》，明確指出發(fā)電機(jī)組需進(jìn)一步改善一次調(diào)頻功能。要想測(cè)試機(jī)組的一次調(diào)頻能力，上網(wǎng)機(jī)組必須嚴(yán)格遵照《汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)試驗(yàn)導(dǎo)則》和《東北電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻調(diào)度管理暫行規(guī)定》，根據(jù)制造廠家所提供的產(chǎn)品說(shuō)明書，按照相關(guān)技術(shù)要求，制定與某電廠600MW亞臨界機(jī)組相符的一次調(diào)頻試驗(yàn)方案，動(dòng)態(tài)完成所有的試驗(yàn)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：一次調(diào)頻;DCS;DEH;CCS

中圖分類號(hào)：TM712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）23-0124-03

Analysis of Primary Frequency Modulation Test of 600MW

Subcritical Unit in Northeast Power Grid

JIE Qiliang1 GUO Yina2 WANG Ying2 BAO Xu2 ZHANG Song2

（1. Huadian Electric Power Research Institute Co.， Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310030;2. State Grid Shenyang Electric Power Supply Company，Shenyang Liaoning 110003）

Abstract： The primary frequency modulation function of the generator set can improve the safe operation level of the power grid and keep the grid frequency stable. Northeast Power Grid Co.， Ltd. issued the "Interim Regulations on the Management of Primary Frequency Regulation of Northeast Power Grid Generator Sets"， clearly indicating that the generator set needs to further improve the primary frequency modulation function. In order to test the primary frequency modulation capability of the unit， the on-line unit must strictly abide by the "Testing Guidelines for Steam Turbine Regulation Control System" and the "Interim Provisions on the Management of Primary Frequency Regulation Dispatching of Northeast Power Grid Generator Sets". According to the product specifications provided by the manufacturer， in accordance with the relevant technical requirements， a pilot frequency test program consistent with a 600MW subcritical unit of a power plant is formulated， and all test contents are dynamically completed.

Keywords： primary frequency modulation;DCS;DEH;CCS

鍋爐的生產(chǎn)廠家為哈爾濱鍋爐廠，產(chǎn)品以∏型汽包爐為主，設(shè)置了亞臨界參數(shù)，主要采用的是四角切向燃燒和控制循環(huán)等方式，可實(shí)現(xiàn)固態(tài)排渣和單爐膛平衡通風(fēng)，同時(shí)采用全鋼架構(gòu)，緊身封閉布置。汽機(jī)均由哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)，用于NZK600-17.7/538/538型一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓和空冷凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。

1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

某電廠600MW亞臨界機(jī)組進(jìn)行了一次調(diào)頻試驗(yàn)，其目的是了解機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的相關(guān)指標(biāo)及靜態(tài)特性，重新認(rèn)知調(diào)速系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。如果電網(wǎng)網(wǎng)頻發(fā)生偏差，檢測(cè)機(jī)組將發(fā)揮其快速補(bǔ)償能力。結(jié)合《東北電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻調(diào)度管理暫行規(guī)定》的相關(guān)要求，機(jī)組CCS、DEH需驗(yàn)證其一次調(diào)頻邏輯，確保參數(shù)設(shè)置與標(biāo)準(zhǔn)相符，而且機(jī)組需具備一次調(diào)頻電網(wǎng)的能力。

2 主要技術(shù)指標(biāo)定義及標(biāo)準(zhǔn)

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

2.1.1 一次調(diào)頻。系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組、大用戶一旦發(fā)生跳閘，將改變電網(wǎng)頻率，且變化幅度相當(dāng)大，周期會(huì)持續(xù)10～120s。因此，網(wǎng)上機(jī)組應(yīng)適當(dāng)調(diào)整負(fù)荷，防止網(wǎng)上出現(xiàn)負(fù)荷缺口，使電網(wǎng)頻率保持穩(wěn)定，這就是一次調(diào)頻[1，2]。

2.1.2 調(diào)頻死區(qū)。機(jī)組一次調(diào)頻頻率死區(qū)指的是，系統(tǒng)位于額定轉(zhuǎn)速附近，不能靈敏地感知轉(zhuǎn)速，這一區(qū)域叫作調(diào)頻死區(qū)。在保證電網(wǎng)頻率不變的基礎(chǔ)上，要想提高機(jī)組的穩(wěn)定性，人們可以在電調(diào)系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)的頻率死區(qū)。

2.1.3 一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)特性。汽輪發(fā)電組并網(wǎng)運(yùn)行最明顯的就是一次調(diào)頻特性，由于電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)生改變，電網(wǎng)頻率隨之改變，控制系統(tǒng)促使機(jī)組提高自身功率，因此需對(duì)電網(wǎng)頻率變化加以限制。

2.1.4 速度變動(dòng)率。速度變動(dòng)率一般用[δ]表示，在機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持相同給定值的基礎(chǔ)上，將空負(fù)荷的汽輪機(jī)改為滿負(fù)荷，轉(zhuǎn)速變化量、額定轉(zhuǎn)速的比值可用百分?jǐn)?shù)表示，可參照式（1）進(jìn)行計(jì)算，即

[δ=（n1-n2）/n0×100]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，[n1]為汽輪機(jī)處于空負(fù)荷狀態(tài)下所能達(dá)到的轉(zhuǎn)速;[n2]為汽輪機(jī)在滿負(fù)荷狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速;[n0]為汽輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。

汽輪機(jī)運(yùn)行期間，電網(wǎng)一旦出現(xiàn)故障或發(fā)電機(jī)的出口開關(guān)發(fā)生跳閘，汽輪機(jī)負(fù)荷將變?yōu)榱?，其轉(zhuǎn)速將達(dá)到最高值，再逐漸下降，最后保持穩(wěn)定，這就叫“動(dòng)態(tài)飛升”[3]。速度變動(dòng)率關(guān)系到轉(zhuǎn)速的最高值，通常，動(dòng)態(tài)飛升為汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速的4%～5%。汽輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速如果超過(guò)3 000r/min，動(dòng)態(tài)飛升也會(huì)上升，保持在120～150r/min。一般來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)速上升值與速度變動(dòng)率成正比，同時(shí)也關(guān)系到危險(xiǎn)程度。

2.1.5 功率補(bǔ)償量。功率補(bǔ)償量可用[ΔP]表示，其計(jì)算公式為：

[ΔP=P0/n0×（Δn-Δ）/δ]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中，[P0]為機(jī)組額定容量;[n0]為機(jī)組額定轉(zhuǎn)速;[Δn]為轉(zhuǎn)速偏差，主要指的是死區(qū)的機(jī)組轉(zhuǎn)速、3 000轉(zhuǎn)所形成的差，可表示為[Δn=n-3 000];Δ為轉(zhuǎn)差死區(qū);[Δn-Δ]為刨除死區(qū)后實(shí)際的電量轉(zhuǎn)速偏差，例如，死區(qū)Δ=±2r/min，表示的是電網(wǎng)頻率比較高時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速可達(dá)到3 000r/min，此時(shí)[Δn-Δ]等于[n]-3 002;當(dāng)電網(wǎng)頻率不是很高，而機(jī)組轉(zhuǎn)速不超過(guò)3000r/min時(shí)，[Δn-Δ]等于[n]-2 998。

2.1.6 一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間。一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間指的是，運(yùn)行機(jī)組越過(guò)電網(wǎng)頻率，直至到達(dá)一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)，改變機(jī)組負(fù)荷所用的時(shí)間。

2.1.7 一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間。一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間，是指越過(guò)電網(wǎng)頻率的機(jī)組將抵達(dá)一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)一次調(diào)頻達(dá)到最大負(fù)荷所需的時(shí)間。

2.1.8 一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)穩(wěn)態(tài)時(shí)間。一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)穩(wěn)態(tài)時(shí)間指的是，機(jī)組越過(guò)電網(wǎng)頻率，將進(jìn)入一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)，達(dá)到最大的一次調(diào)頻負(fù)荷所用的時(shí)間。

2.1.9 一次調(diào)頻穩(wěn)定時(shí)間。一次調(diào)頻穩(wěn)定時(shí)間指的是越過(guò)電網(wǎng)頻率的機(jī)組可直達(dá)一次調(diào)頻死區(qū)，進(jìn)行一次調(diào)頻所花費(fèi)的時(shí)間。

2.1.10 一次調(diào)頻參數(shù)確認(rèn)。一次調(diào)頻投入范圍有一定限制，通常，機(jī)組負(fù)荷需保持在50%～100%。

人們可以參照《東北電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定》的各項(xiàng)要求，完成相關(guān)參數(shù)的設(shè)定：一次調(diào)頻死區(qū)通常為±2r/min;一次調(diào)頻的最大負(fù)荷一般為額定負(fù)荷的±6%;一次調(diào)頻速度變動(dòng)率需達(dá)到5%。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)

一是一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間，其合格標(biāo)準(zhǔn)不可超過(guò)3s。二是一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間，其合格標(biāo)準(zhǔn)為，在不超過(guò)15s的時(shí)間內(nèi)，計(jì)算出機(jī)組一次調(diào)頻所能達(dá)到的最大負(fù)荷。三是一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)穩(wěn)態(tài)時(shí)間，其合格標(biāo)準(zhǔn)為，計(jì)算在45s的時(shí)間內(nèi)，機(jī)組一次調(diào)頻所能達(dá)到的最大負(fù)荷。四是一次調(diào)頻穩(wěn)定時(shí)間，其合格標(biāo)準(zhǔn)為，在不超過(guò)60s的時(shí)間內(nèi)，計(jì)算機(jī)組一次調(diào)頻將產(chǎn)生的最大負(fù)荷。

3 試驗(yàn)方法及過(guò)程

3.1 試驗(yàn)方法

工程師站采用手動(dòng)置數(shù)方式，改變一次調(diào)頻的測(cè)量轉(zhuǎn)速，同時(shí)檢查一次調(diào)頻的各項(xiàng)動(dòng)作。一次轉(zhuǎn)速設(shè)定值每改變一次，數(shù)據(jù)都被如實(shí)記錄下來(lái)，直至轉(zhuǎn)速設(shè)定值達(dá)到3 000r/min的額定轉(zhuǎn)速，得到穩(wěn)定的機(jī)組負(fù)荷、壓力之后，繼續(xù)試驗(yàn)。可加入最大的轉(zhuǎn)速偏差值只能是11r/min。

DCS可用于記錄機(jī)組在試驗(yàn)前后所達(dá)到的負(fù)荷及轉(zhuǎn)差值，包括爐側(cè)、調(diào)門開度、主汽壓力、汽包水位、主汽溫度和爐膛負(fù)壓等。

3.2 試驗(yàn)過(guò)程

保證機(jī)組采用的是CCS控制方式，自動(dòng)投入其他系統(tǒng)，同時(shí)運(yùn)行各項(xiàng)保護(hù)，使機(jī)組負(fù)荷達(dá)到350MW。

3.2.1 一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速為2 995r/min。DEH工程師站將一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速設(shè)置為2 995r/min，通過(guò)對(duì)一次調(diào)頻動(dòng)作進(jìn)行檢查，核實(shí)機(jī)組瞬間增大的負(fù)荷值，分別記錄不同時(shí)期的機(jī)組負(fù)荷、響應(yīng)時(shí)間、調(diào)門開度、主汽溫度、爐側(cè)主汽壓力、爐膛負(fù)壓和汽包水位等參數(shù)，使該轉(zhuǎn)速偏差保持穩(wěn)定，確保機(jī)組能夠安全運(yùn)行，同時(shí)釋放強(qiáng)制信號(hào)，將汽機(jī)轉(zhuǎn)速偏差一一消除，保證機(jī)組達(dá)到相應(yīng)的運(yùn)行條件。

3.2.2 一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速為2 992r/min。DEH工程師站明確指出，必須達(dá)到2 992r/min的一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速，及時(shí)檢查一次調(diào)頻動(dòng)作，對(duì)機(jī)組的負(fù)荷進(jìn)行核實(shí)，記錄機(jī)組負(fù)荷、爐側(cè)主汽壓力以及調(diào)門開度，同時(shí)記錄主汽溫度、爐膛負(fù)壓以及汽包水位，保持同樣的轉(zhuǎn)速偏差，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，將強(qiáng)制信號(hào)釋放出來(lái)，消除汽機(jī)轉(zhuǎn)速偏差，使機(jī)組保持穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2.3 一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速為2 989r/min。DEH工程師站需重新設(shè)置一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速，使其達(dá)到2 989r/min，做好一次調(diào)頻動(dòng)作的檢查工作，核實(shí)機(jī)組增大的負(fù)荷值，記錄調(diào)門開度與機(jī)組負(fù)荷，同時(shí)記錄響應(yīng)時(shí)間、主汽溫度、爐側(cè)主汽壓力以及汽包水位，標(biāo)注好爐膛負(fù)壓，采用相同的轉(zhuǎn)速偏差，保證機(jī)組能夠穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，要釋放強(qiáng)制信號(hào)，消除汽機(jī)轉(zhuǎn)速偏差，確保機(jī)組滿足運(yùn)行條件。

3.2.4 一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速為3 005r/min。DEH工程師站通過(guò)對(duì)一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，使其保持在3 005r/min，檢查其動(dòng)作情況，對(duì)機(jī)組瞬間增大的負(fù)荷值加以核實(shí)，記錄機(jī)組的不同負(fù)荷、汽包水位，同時(shí)記錄響應(yīng)時(shí)間、調(diào)門開度、主汽溫度以及爐側(cè)主汽壓力，標(biāo)注好爐膛負(fù)壓，機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中需一直采用這種轉(zhuǎn)速偏差。同時(shí)，要釋放強(qiáng)制信號(hào)，確保汽機(jī)轉(zhuǎn)速不會(huì)出現(xiàn)偏差，保證機(jī)組能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2.5 一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速為3 008r/min。將DEH工程師站的一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速調(diào)整為3 008r/min，做好動(dòng)作情況的檢查工作及機(jī)組負(fù)荷值的核實(shí)工作，記錄機(jī)組負(fù)荷、爐膛負(fù)壓、調(diào)門開度、主汽溫度、爐側(cè)主汽壓力、響應(yīng)時(shí)間以及汽包水位等。在不改變轉(zhuǎn)速偏差的情況下，使機(jī)組保持穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)釋放強(qiáng)制信號(hào)，防止汽機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差，進(jìn)而提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.2.6 一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速為3 011r/min。DEH工程師站可將一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速設(shè)置成3 011r/min，同樣檢查一次調(diào)頻動(dòng)作并核實(shí)機(jī)組負(fù)荷，接著記錄機(jī)組的相關(guān)參數(shù)，包括調(diào)門開度、負(fù)荷以及響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)記錄爐側(cè)主汽壓力、汽包水位、主汽溫度和爐膛負(fù)壓，保持相同的轉(zhuǎn)速偏差，使機(jī)組能夠穩(wěn)定運(yùn)行。另外，要釋放強(qiáng)制信號(hào)，避免汽機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生偏差，保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)論

某電廠600MW亞臨界機(jī)組開展了一次調(diào)頻在線試驗(yàn)，機(jī)組的運(yùn)行方式主要為CCS，試驗(yàn)期間未出現(xiàn)異常情況。將上述試驗(yàn)指標(biāo)與《東北電網(wǎng)網(wǎng)調(diào)直調(diào)電廠一次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定》進(jìn)行對(duì)比，筆者得出以下結(jié)論：通過(guò)采用CCS協(xié)調(diào)運(yùn)行方式，機(jī)組可發(fā)揮其一次調(diào)頻功能。

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