東北電網600MW亞臨界機組一次調頻試驗分析

揭其良　郭軼娜　王穎　鮑旭　張嵩

摘 要：發電機組一次調頻功能可以提高電網的安全運行水平，使電網頻率保持穩定。東北電網有限公司出臺《東北電網發電機組一次調頻調度管理暫行規定》，明確指出發電機組需進一步改善一次調頻功能。要想測試機組的一次調頻能力，上網機組必須嚴格遵照《汽輪機調節控制系統試驗導則》和《東北電網發電機組一次調頻調度管理暫行規定》，根據制造廠家所提供的產品說明書，按照相關技術要求，制定與某電廠600MW亞臨界機組相符的一次調頻試驗方案，動態完成所有的試驗內容。

關鍵詞：一次調頻;DCS;DEH;CCS

中圖分類號：TM712 文獻標識碼：A 文章編號：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

鍋爐的生產廠家為哈爾濱鍋爐廠，產品以∏型汽包爐為主，設置了亞臨界參數，主要采用的是四角切向燃燒和控制循環等方式，可實現固態排渣和單爐膛平衡通風，同時采用全鋼架構，緊身封閉布置。汽機均由哈爾濱汽輪機廠有限責任公司負責生產，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電機組。

1 試驗目的

某電廠600MW亞臨界機組進行了一次調頻試驗，其目的是了解機組調速系統的相關指標及靜態特性，重新認知調速系統的各項技術參數。如果電網網頻發生偏差，檢測機組將發揮其快速補償能力。結合《東北電網發電機組一次調頻調度管理暫行規定》的相關要求，機組CCS、DEH需驗證其一次調頻邏輯，確保參數設置與標準相符，而且機組需具備一次調頻電網的能力。

2 主要技術指標定義及標準

2.1 主要技術指標

2.1.1 一次調頻。系統內機組、大用戶一旦發生跳閘，將改變電網頻率，且變化幅度相當大，周期會持續10～120s。因此，網上機組應適當調整負荷，防止網上出現負荷缺口，使電網頻率保持穩定，這就是一次調頻[1，2]。

2.1.2 調頻死區。機組一次調頻頻率死區指的是，系統位于額定轉速附近，不能靈敏地感知轉速，這一區域叫作調頻死區。在保證電網頻率不變的基礎上，要想提高機組的穩定性，人們可以在電調系統中設置相應的頻率死區。

2.1.3 一次調頻動態特性。汽輪發電組并網運行最明顯的就是一次調頻特性，由于電網負荷發生改變，電網頻率隨之改變，控制系統促使機組提高自身功率，因此需對電網頻率變化加以限制。

2.1.4 速度變動率。速度變動率一般用[δ]表示，在機組調節系統保持相同給定值的基礎上，將空負荷的汽輪機改為滿負荷，轉速變化量、額定轉速的比值可用百分數表示，可參照式（1）進行計算，即

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

式中，[n1]為汽輪機處于空負荷狀態下所能達到的轉速;[n2]為汽輪機在滿負荷狀態下的轉速;[n0]為汽輪機的額定轉速。

汽輪機運行期間，電網一旦出現故障或發電機的出口開關發生跳閘，汽輪機負荷將變為零，其轉速將達到最高值，再逐漸下降，最后保持穩定，這就叫“動態飛升”[3]。速度變動率關系到轉速的最高值，通常，動態飛升為汽輪機額定轉速的4%～5%。汽輪機的額定轉速如果超過3 000r/min，動態飛升也會上升，保持在120～150r/min。一般來說，轉速上升值與速度變動率成正比，同時也關系到危險程度。

2.1.5 功率補償量。功率補償量可用[ΔP]表示，其計算公式為：

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

式中，[P0]為機組額定容量;[n0]為機組額定轉速;[Δn]為轉速偏差，主要指的是死區的機組轉速、3 000轉所形成的差，可表示為[Δn=n-3 000];Δ為轉差死區;[Δn-Δ]為刨除死區后實際的電量轉速偏差，例如，死區Δ=±2r/min，表示的是電網頻率比較高時，機組轉速可達到3 000r/min，此時[Δn-Δ]等于[n]-3 002;當電網頻率不是很高，而機組轉速不超過3000r/min時，[Δn-Δ]等于[n]-2 998。

2.1.6 一次調頻負荷響應滯后時間。一次調頻負荷響應滯后時間指的是，運行機組越過電網頻率，直至到達一次調頻死區時，改變機組負荷所用的時間。

2.1.7 一次調頻負荷響應時間。一次調頻負荷響應時間，是指越過電網頻率的機組將抵達一次調頻死區時一次調頻達到最大負荷所需的時間。

2.1.8 一次調頻負荷響應穩態時間。一次調頻負荷響應穩態時間指的是，機組越過電網頻率，將進入一次調頻死區時，達到最大的一次調頻負荷所用的時間。

2.1.9 一次調頻穩定時間。一次調頻穩定時間指的是越過電網頻率的機組可直達一次調頻死區，進行一次調頻所花費的時間。

2.1.10 一次調頻參數確認。一次調頻投入范圍有一定限制，通常，機組負荷需保持在50%～100%。

人們可以參照《東北電網發電機組一次調頻運行管理規定》的各項要求，完成相關參數的設定：一次調頻死區通常為±2r/min;一次調頻的最大負荷一般為額定負荷的±6%;一次調頻速度變動率需達到5%。

2.2 標準

一是一次調頻負荷響應滯后時間，其合格標準不可超過3s。二是一次調頻負荷響應時間，其合格標準為，在不超過15s的時間內，計算出機組一次調頻所能達到的最大負荷。三是一次調頻負荷響應穩態時間，其合格標準為，計算在45s的時間內，機組一次調頻所能達到的最大負荷。四是一次調頻穩定時間，其合格標準為，在不超過60s的時間內，計算機組一次調頻將產生的最大負荷。

3 試驗方法及過程

3.1 試驗方法

工程師站采用手動置數方式，改變一次調頻的測量轉速，同時檢查一次調頻的各項動作。一次轉速設定值每改變一次，數據都被如實記錄下來，直至轉速設定值達到3 000r/min的額定轉速，得到穩定的機組負荷、壓力之后，繼續試驗。可加入最大的轉速偏差值只能是11r/min。

DCS可用于記錄機組在試驗前后所達到的負荷及轉差值，包括爐側、調門開度、主汽壓力、汽包水位、主汽溫度和爐膛負壓等。

3.2 試驗過程

保證機組采用的是CCS控制方式，自動投入其他系統，同時運行各項保護，使機組負荷達到350MW。

3.2.1 一次調頻轉速為2 995r/min。DEH工程師站將一次調頻轉速設置為2 995r/min，通過對一次調頻動作進行檢查，核實機組瞬間增大的負荷值，分別記錄不同時期的機組負荷、響應時間、調門開度、主汽溫度、爐側主汽壓力、爐膛負壓和汽包水位等參數，使該轉速偏差保持穩定，確保機組能夠安全運行，同時釋放強制信號，將汽機轉速偏差一一消除，保證機組達到相應的運行條件。

3.2.2 一次調頻轉速為2 992r/min。DEH工程師站明確指出，必須達到2 992r/min的一次調頻轉速，及時檢查一次調頻動作，對機組的負荷進行核實，記錄機組負荷、爐側主汽壓力以及調門開度，同時記錄主汽溫度、爐膛負壓以及汽包水位，保持同樣的轉速偏差，提高機組運行的穩定性，將強制信號釋放出來，消除汽機轉速偏差，使機組保持穩定運行。

3.2.3 一次調頻轉速為2 989r/min。DEH工程師站需重新設置一次調頻轉速，使其達到2 989r/min，做好一次調頻動作的檢查工作，核實機組增大的負荷值，記錄調門開度與機組負荷，同時記錄響應時間、主汽溫度、爐側主汽壓力以及汽包水位，標注好爐膛負壓，采用相同的轉速偏差，保證機組能夠穩定運行。同時，要釋放強制信號，消除汽機轉速偏差，確保機組滿足運行條件。

3.2.4 一次調頻轉速為3 005r/min。DEH工程師站通過對一次調頻轉速進行調整，使其保持在3 005r/min，檢查其動作情況，對機組瞬間增大的負荷值加以核實，記錄機組的不同負荷、汽包水位，同時記錄響應時間、調門開度、主汽溫度以及爐側主汽壓力，標注好爐膛負壓，機組在運行過程中需一直采用這種轉速偏差。同時，要釋放強制信號，確保汽機轉速不會出現偏差，保證機組能夠穩定運行。

3.2.5 一次調頻轉速為3 008r/min。將DEH工程師站的一次調頻轉速調整為3 008r/min，做好動作情況的檢查工作及機組負荷值的核實工作，記錄機組負荷、爐膛負壓、調門開度、主汽溫度、爐側主汽壓力、響應時間以及汽包水位等。在不改變轉速偏差的情況下，使機組保持穩定運行，同時釋放強制信號，防止汽機轉速出現偏差，進而提高機組運行的穩定性。

3.2.6 一次調頻轉速為3 011r/min。DEH工程師站可將一次調頻轉速設置成3 011r/min，同樣檢查一次調頻動作并核實機組負荷，接著記錄機組的相關參數，包括調門開度、負荷以及響應時間，同時記錄爐側主汽壓力、汽包水位、主汽溫度和爐膛負壓，保持相同的轉速偏差，使機組能夠穩定運行。另外，要釋放強制信號，避免汽機轉速發生偏差，保證機組的穩定運行。

4 結論

某電廠600MW亞臨界機組開展了一次調頻在線試驗，機組的運行方式主要為CCS，試驗期間未出現異常情況。將上述試驗指標與《東北電網網調直調電廠一次調頻運行管理規定》進行對比，筆者得出以下結論：通過采用CCS協調運行方式，機組可發揮其一次調頻功能。

參考文獻：

[1]黃道火，沈敏.火電機組一次調頻功能試驗與優化[J].發電與空調，2013（4）：6-10.

[2]李云，韓秋喜，鄒包產，等.火電機組一次調頻邏輯優化與試驗分析[J].電子測試，2016（9）：47-48.

[3]蔣安眾.元寶山電廠600MW機組鍋爐設備方面問題的分析[J].動力工程，1987（2）：12-18.