一次調(diào)頻在尼爾基發(fā)電廠的試驗(yàn)及應(yīng)用

宋飛飛，陳佰力

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

尼爾基水電廠位于嫩江干流中游，裝機(jī)容量4×62.5 MW，裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)2458 h，電站承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰、負(fù)荷備用、事故備用和基荷。于2006年7月16日首臺(tái)機(jī)組發(fā)電。水輪機(jī)為軸流轉(zhuǎn)槳式，型號(hào)為ZZA833-LH-640。調(diào)速器采用武漢事達(dá)電氣DFWST-150-6.3可編程微機(jī)調(diào)速器，導(dǎo)葉槳葉協(xié)聯(lián)運(yùn)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(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，受外界負(fù)荷變動(dòng)影響,電網(wǎng)頻率發(fā)生變化，這時(shí)，各機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)作用，改變各機(jī)組所帶的負(fù)荷，使之與外界負(fù)荷相平衡。同時(shí)，還盡力減少電網(wǎng)頻率的變化，這一過(guò)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(jī)組的負(fù)荷，以恢復(fù)電網(wǎng)頻率，這一過(guò)程稱為二次調(diào)頻。只有經(jīng)過(guò)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(fù)荷；機(jī)組采用AGC方式，實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷自動(dòng)調(diào)度。簡(jiǎn)單地說(shuō)，一次調(diào)頻是水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)要據(jù)電網(wǎng)頻率的變化，自發(fā)的進(jìn)行調(diào)整機(jī)組負(fù)荷以恢復(fù)電網(wǎng)頻率，二次調(diào)頻是人為根據(jù)電網(wǎng)頻率高低來(lái)調(diào)整機(jī)組負(fù)荷。

2 一次調(diào)頻試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

電力系統(tǒng)運(yùn)行的主要任務(wù)之一，就是對(duì)頻率進(jìn)行監(jiān)視和控制，而發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻功能對(duì)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(yùn)行發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)頻率控制水平，防止機(jī)組事故跳閘導(dǎo)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(jī)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(duì)并入220 kV電網(wǎng)的水電機(jī)組一次調(diào)頻參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，水輪機(jī)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(jī)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(duì)于機(jī)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(jī)組的一次調(diào)頻作用，進(jìn)一步加強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，改善電能質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)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(jī)組狀況和其在電網(wǎng)中的調(diào)頻、調(diào)峰作用，利用測(cè)試手段控制水輪機(jī)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(dòng)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(biāo)

根據(jù)《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》，一次調(diào)頻試驗(yàn)機(jī)組應(yīng)該達(dá)到的、需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化的技術(shù)指標(biāo)如下：機(jī)組一次調(diào)頻的頻率死區(qū)控制在±0.05 Hz；機(jī)組的永態(tài)轉(zhuǎn)差率不大于4%；最大調(diào)整負(fù)荷限幅：為確保一次調(diào)頻投入后機(jī)組的安全運(yùn)行，暫定一次調(diào)頻的最大調(diào)整負(fù)荷限制幅度為機(jī)組額定負(fù)荷的±10%；機(jī)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(jī)組，其一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間應(yīng)小于4 s；額定水頭在50 m及以下的水電機(jī)組，其一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間應(yīng)小于8 s；當(dāng)電網(wǎng)頻率變化超過(guò)機(jī)組一次調(diào)頻的頻率死區(qū)時(shí)，機(jī)組一次調(diào)頻的負(fù)荷調(diào)整幅度應(yīng)在15 s內(nèi)達(dá)到該工況下的一次調(diào)頻最大負(fù)荷調(diào)整幅度的90%；在電網(wǎng)頻率變化超過(guò)機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)開(kāi)始的45 s內(nèi)，機(jī)組實(shí)際出力與機(jī)組響應(yīng)目標(biāo)偏差的平均值應(yīng)在機(jī)組額定有功出力的±5%以內(nèi)。

4 試驗(yàn)流程

1）在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)接線，接線無(wú)誤后進(jìn)行試驗(yàn)。

2）有功功率、導(dǎo)葉開(kāi)度輸入信號(hào)率定。

3）調(diào)整負(fù)荷到10%額定負(fù)荷，斷開(kāi)機(jī)頻PT接線，模擬“PT斷線”故障，以檢驗(yàn)調(diào)速系統(tǒng)的保護(hù)功能。

4）校核機(jī)組一次調(diào)頻的響應(yīng)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(guò)TG2000的頻率信號(hào)發(fā)生器功能在額定頻率50 Hz基礎(chǔ)上分別施加 正負(fù)階躍頻率偏差信號(hào)（±0.10 Hz、±0.15 Hz、±0.20 Hz），每個(gè)信號(hào)持續(xù) 60 s，以檢驗(yàn)調(diào)速器的響應(yīng)行為。如其響應(yīng)行為不能滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，則對(duì)調(diào)速器及系統(tǒng)的相關(guān)程序及參數(shù)進(jìn)行修改后并重新進(jìn)行試驗(yàn)。

5）校核機(jī)組一次調(diào)頻的最大調(diào)整負(fù)荷限幅：試驗(yàn)工況同上4），通過(guò)TG2000的頻率信號(hào)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(hào)，機(jī)組負(fù)荷變化值不應(yīng)超過(guò)±10%額定負(fù)荷，如超過(guò)則對(duì)調(diào)速器及系統(tǒng)的相關(guān)程序及參數(shù)進(jìn)行修改后并重新進(jìn)行試驗(yàn)。

6）跟蹤電網(wǎng)頻率試驗(yàn)：切除TG2000測(cè)試儀的輸出模擬頻率信號(hào)，恢復(fù)電網(wǎng)PT接線，將機(jī)頻信號(hào)接至TG2000測(cè)試儀上機(jī)組頻率輸入端；機(jī)組AGC系統(tǒng)投入運(yùn)行。通過(guò)TG2000測(cè)試儀，對(duì)電網(wǎng)頻率、有功功率和導(dǎo)葉開(kāi)度信號(hào)進(jìn)行錄波，記錄電網(wǎng)頻率越過(guò)機(jī)組一次調(diào)頻頻率死區(qū)時(shí)調(diào)速器動(dòng)作情況（如系統(tǒng)頻率較穩(wěn)定，很難超過(guò)頻率死區(qū)時(shí)，可將調(diào)速器的人工死區(qū)設(shè)定值相對(duì)減小，試驗(yàn)結(jié)束后再恢復(fù)）。

7）在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)拆線及恢復(fù)。

5 一次調(diào)頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

發(fā)電廠名稱：尼爾基發(fā)電廠

機(jī)組號(hào)：1號(hào)機(jī)組

試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間：2009年11月03日13∶57

試驗(yàn)結(jié)束時(shí)間：2009年11月03日13∶59

1）機(jī)組基本數(shù)據(jù)。機(jī)組容量為62.5 MW；機(jī)組類(lèi)型為軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)；調(diào)速器類(lèi)型為微機(jī)自復(fù)中式；機(jī)組運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)值為不大于±0.05 Hz；最大調(diào)整負(fù)荷限幅設(shè)定為+8.30%/-9.70%，標(biāo)準(zhǔn)值為不大于±10%；速度變動(dòng)率標(biāo)準(zhǔn)值為4%～5%。

3）試驗(yàn)開(kāi)始前和結(jié)束后的機(jī)組主要參數(shù)。試驗(yàn)前機(jī)組負(fù)荷為50.36 MW；試驗(yàn)后機(jī)組負(fù)荷為51.58 MW；試驗(yàn)前機(jī)組轉(zhuǎn)速為107.12 r/min；試驗(yàn)后機(jī)組轉(zhuǎn)速：106.97 r/min。

6 一次調(diào)頻在尼爾基發(fā)電廠的應(yīng)用

1）經(jīng)過(guò)校核，調(diào)速系統(tǒng)測(cè)頻回路的測(cè)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(yàn)數(shù)據(jù)：bp=4%時(shí)，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(guò)幾組動(dòng)特性調(diào)整試驗(yàn)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(jī)組一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間最大為0.41 s，符合小于8 s的要求；機(jī)組一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)穩(wěn)定時(shí)間（負(fù)荷調(diào)整幅度達(dá)90%）最大為11.60 s，符合小于15 s的要求；機(jī)組一次調(diào)頻負(fù)荷完全響應(yīng)時(shí)間最大為16.18 s，符合小于45 s的要求。

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

6）投入一次調(diào)頻功能后，當(dāng)電網(wǎng)頻率越過(guò)一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)，導(dǎo)葉開(kāi)度和負(fù)荷能夠隨網(wǎng)頻率變化而產(chǎn)生正確響應(yīng)。

7）試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明：尼爾基1號(hào)機(jī)試驗(yàn)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(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)及裝置調(diào)整試驗(yàn)導(dǎo)則［R］.

［2］東電調(diào)通［2006］429號(hào)，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［R］.