劉玉濤 王茂松 徐海東

（1.山東黃島發(fā)電廠，山東 青島 266500；

2.山東科技大學(xué)大唐魯北發(fā)電廠，山東 青島 266510；

3.山東科技大學(xué)，山東 青島 266510）

1 引言

頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。它既影響用戶的用電，同時(shí)也影響電力系統(tǒng)本身的運(yùn)行。發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻功能對(duì)電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定至關(guān)重要，電力系統(tǒng)中的所有發(fā)電機(jī)組均裝有調(diào)速器，如系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化，則每臺(tái)發(fā)電機(jī)的調(diào)速器都將反應(yīng)系統(tǒng)頻率的變化，自動(dòng)地調(diào)節(jié)進(jìn)汽(水)閥門(mén)的開(kāi)度，改變機(jī)組出力，使有功功率重新達(dá)到平衡。這就是頻率的一次調(diào)整。故需要對(duì)參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的機(jī)組進(jìn)行各種工況下的試驗(yàn)，并驗(yàn)證機(jī)組的一次調(diào)頻特性是否符合要求。

2 概述

大唐魯北發(fā)電廠三大主機(jī)鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及機(jī)組熱控系統(tǒng)情況如下：

2.1 汽輪機(jī)

汽輪機(jī)為北京汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的N330-17.75/540/540型亞臨界一次中間再熱、單軸、三缸雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)。與哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的1018T/H亞臨界一次中間再熱、燃煤自然循環(huán)汽包鍋爐及北京汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn) FSN-330-2型的水氫氫冷、機(jī)端自并勵(lì)發(fā)電機(jī)配套，鍋爐與汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)采用單元制布置。本機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用上海新華控制工程公司生產(chǎn)的 DEH-ⅢA型數(shù)字電液控制系統(tǒng)，它具有自動(dòng)調(diào)節(jié)（轉(zhuǎn)速和負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)）、程序控制、監(jiān)視、保護(hù)等方面的功能。

2.2 鍋爐

機(jī)組鍋爐主設(shè)備為哈爾濱鍋爐廠有限公司根據(jù)美國(guó) ABB—CE燃燒工程公司設(shè)計(jì)制造的HG-1018/18.58-YM 23型鍋爐，該鍋爐為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單爐膛自然循環(huán)汽包鍋爐。設(shè)計(jì)燃用煙煤，采用平衡通風(fēng)、中速磨煤機(jī)組成的直吹式制粉系統(tǒng)、擺動(dòng)燃燒器四角切圓燃燒方式，固態(tài)排渣煤粉爐，鍋爐為全鋼構(gòu)架，緊身封閉，爐頂為大罩殼，整體呈倒U型布置。

鍋爐以最大連續(xù)負(fù)荷（MCR）工況為設(shè)計(jì)參數(shù)，最大連續(xù)蒸發(fā)量為 1020T/H，過(guò)熱器、再熱器蒸汽出口溫度均為543℃，給水溫度258.8℃。

鍋爐采用擺動(dòng)式燃燒器，四角布置，切向燃燒方式，燃燒器一、二次風(fēng)噴嘴均可上下擺動(dòng)，最大擺角約±300。鍋爐采用二級(jí)點(diǎn)火系統(tǒng)，油槍的最大出力按 30%MCR工況設(shè)計(jì)，過(guò)熱蒸汽溫度主要靠一、二級(jí)（各兩點(diǎn)）噴水減溫器調(diào)節(jié)，再熱蒸汽溫度主要以燃燒器擺動(dòng)調(diào)節(jié)為主。

鍋爐配有爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、爐膛火焰電視監(jiān)視裝置、汽包水位電視監(jiān)視裝置及吹灰程控裝置，自動(dòng)化水平高。

2.3 發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)為北京汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的型號(hào)為 QFSN-330-2三相隱極式汽輪發(fā)電機(jī)組，主要參數(shù)為：額定輸出容量/功率為388.2MVA/330MW；額定定子電壓為 20kV；額定轉(zhuǎn)速為 3000r/m in；頻率為50Hz；額定功率因數(shù)為cosφ=0.85。

2.4 機(jī)組熱控系統(tǒng)

機(jī)組熱控系統(tǒng)主要由上海 GE新華控制工程有限公司提供的分散控制系統(tǒng)（DCS）的 XDPS-600＋系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，DCS包括主要功能包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）、旁路控制系統(tǒng)(BPC)、鍋爐吹灰程控系統(tǒng)、循環(huán)水泵房控制系統(tǒng)等。操作人員可通過(guò)操作員站實(shí)現(xiàn)全廠運(yùn)行狀況的監(jiān)視、各功能組的聯(lián)鎖控制、模擬量的自動(dòng)調(diào)節(jié)、鍋爐的燃燒管理、汽機(jī)的自啟?？刂频取２僮鲉T還可通過(guò)系統(tǒng)的自診斷功能及打印功能進(jìn)行事故追憶、報(bào)表打印、系統(tǒng)彩色畫(huà)面的硬拷貝等。

3 一次調(diào)頻試驗(yàn)內(nèi)容

3.1 控制方式

機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速差通過(guò)一定函數(shù)計(jì)算后直接動(dòng)作調(diào)門(mén)（DEH在非功率方式時(shí)）；CCS進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整，保證機(jī)組負(fù)荷滿足電網(wǎng)要求。

3.2 DEH內(nèi)的一次調(diào)頻邏輯

在機(jī)組負(fù)荷165～330MW的范圍內(nèi)允許投入一次調(diào)頻。有關(guān)參數(shù)如下：

一次調(diào)頻死區(qū)：±2r/m in（負(fù)荷≥167MW）

功頻調(diào)差系數(shù)：K=-2.2MW/ r/min （相當(dāng)于系統(tǒng)速度變動(dòng)率：δ=5%）

折合成能流調(diào)差率：K′=-0.66%/r/min

一次調(diào)頻最大負(fù)荷變化幅度為額定負(fù)荷的±8%

一次調(diào)頻負(fù)荷下限：165 MW

一次調(diào)頻負(fù)荷上限：330 MW

3.3 CCS內(nèi)的一次調(diào)頻補(bǔ)償邏輯

當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作后，CCS根據(jù)電網(wǎng)頻率信號(hào)，經(jīng)過(guò)死區(qū)處理后得出的一次調(diào)頻負(fù)荷，疊加到協(xié)調(diào)控制回路的主調(diào)節(jié)器上，補(bǔ)償汽機(jī)負(fù)荷變化對(duì)鍋爐的影響。

3.4 一次調(diào)頻曲線設(shè)定

根據(jù)《山東電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定》規(guī)定，機(jī)組一次調(diào)頻負(fù)荷補(bǔ)償曲線設(shè)置見(jiàn)圖1。

圖1 一次調(diào)頻負(fù)荷補(bǔ)償曲線

4 一次調(diào)頻試驗(yàn)過(guò)程

下面將分別從數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）手動(dòng)方式、數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）功率控制方式、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）控制方式工況下對(duì)一次調(diào)頻試驗(yàn)進(jìn)行論述。

4.1 數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）手動(dòng)方式

確認(rèn)機(jī)組處于DEH手動(dòng)方式，鍋爐主控手動(dòng)，其它各系統(tǒng)自動(dòng)投入，機(jī)組負(fù)荷在 50%～90%最大連續(xù)負(fù)荷（MCR），檢查一次調(diào)頻動(dòng)作情況。

（1）為驗(yàn)證邏輯正確性，保證機(jī)組安全，首先模擬機(jī)組轉(zhuǎn)速為 3002～3010r/m in的適當(dāng)數(shù)值下，檢查一次調(diào)頻動(dòng)作情況，并記錄參數(shù)改變前后機(jī)組各主要參數(shù)（機(jī)組負(fù)荷、轉(zhuǎn)速定值、轉(zhuǎn)速值、速度級(jí)壓力、調(diào)門(mén)開(kāi)度、響應(yīng)時(shí)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(fù)壓等）。待機(jī)組穩(wěn)定后，將模擬的實(shí)際轉(zhuǎn)速恢復(fù)到3000r/m in，檢查一次調(diào)頻動(dòng)作情況，記錄機(jī)組各主要參數(shù)。

（2）模擬機(jī)組轉(zhuǎn)速為 3014r/m in，檢查一次調(diào)頻動(dòng)作情況，并記錄機(jī)組各主要參數(shù)。待機(jī)組穩(wěn)定后，將模擬的機(jī)組轉(zhuǎn)速恢復(fù)到3000r/m in，檢查一次調(diào)頻動(dòng)作情況，記錄機(jī)組各主要參數(shù)。

4.2 數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）功率控制方式

將DEH功率回路投入運(yùn)行，鍋爐主控手動(dòng)，其它各系統(tǒng)自動(dòng)投入，機(jī)組負(fù)荷在50%～90%最大連續(xù)負(fù)荷（MCR），檢查一次調(diào)頻動(dòng)作情況。

模擬機(jī)組轉(zhuǎn)速為3014r/m in，檢查一次調(diào)頻動(dòng)作情況，并記錄機(jī)組各主要參數(shù)。待機(jī)組穩(wěn)定后，將模擬的機(jī)組轉(zhuǎn)速恢復(fù)到3000r/m in，檢查一次調(diào)頻動(dòng)作情況，記錄機(jī)組各主要參數(shù)。

4.3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）控制方式

確認(rèn)機(jī)組處于CCS控制方式，其它各系統(tǒng)自動(dòng)投入，機(jī)組負(fù)荷在 50%～90%最大連續(xù)負(fù)荷（MCR），檢查一次調(diào)頻動(dòng)作情況。

分別模擬機(jī)組轉(zhuǎn)速為3008RPM 和3014RPM，檢查一次調(diào)頻動(dòng)作情況，記錄機(jī)組各主要參數(shù)。待機(jī)組穩(wěn)定后，將模擬的機(jī)組轉(zhuǎn)速恢復(fù)到3000r/m in，檢查一次調(diào)頻動(dòng)作情況，記錄機(jī)組各主要參數(shù)。

5 一次調(diào)頻試驗(yàn)記錄

DEH手動(dòng)方式、DEH功率方式、CSC協(xié)調(diào)方式下一次調(diào)頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄見(jiàn)表1～3。

6 一次調(diào)頻試驗(yàn)分析

大唐魯北發(fā)電有限公司1號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻參數(shù)按照《山東電網(wǎng)機(jī)（廠）網(wǎng)協(xié)調(diào)技術(shù)要求》（調(diào)技[2008]106號(hào)）的要求進(jìn)行設(shè)置，機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率為 5%，一次調(diào)頻死區(qū)為±2r/min，（0.034Hz），一次調(diào)頻負(fù)荷變化幅度為26.4MW（額定負(fù)荷330MW 8%×）。

機(jī)組熱態(tài)試驗(yàn)在單閥方式下進(jìn)行，在3種運(yùn)行方式下進(jìn)行6個(gè)試驗(yàn)：DEH手動(dòng)、DEH功率自動(dòng)及CCS協(xié)調(diào)控制方式，分別通過(guò)模擬實(shí)際轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速差進(jìn)行增減負(fù)荷試驗(yàn)。通過(guò)記錄的數(shù)據(jù)可以看出以下幾點(diǎn)：

表1 DEH手動(dòng)方式下一次調(diào)頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 DEH功率方式下一次調(diào)頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 CSC方式下一次調(diào)頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（1）DEH手動(dòng)方式，機(jī)組功率控制為開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)，在機(jī)組轉(zhuǎn)速偏差為±14r/m in時(shí)，汽機(jī)調(diào)門(mén)動(dòng)作迅速，負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間小于3s，在15s時(shí)負(fù)荷補(bǔ)償量達(dá)到11.75MW和18MW，45s時(shí)負(fù)荷變化13.33 MW和 15.8MW，機(jī)組主汽壓力最大變化 0.32MPa，汽包水位和爐膛壓力等主要參數(shù)波動(dòng)符合《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》（DL/T 774-2004）要求，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

（2）DEH功率控制方式為機(jī)組負(fù)荷閉環(huán)控制。汽機(jī)調(diào)門(mén)動(dòng)作迅速，負(fù)荷反應(yīng)的遲延時(shí)間小于3s，在15s時(shí)負(fù)荷變化分別為21.10和20MW，45s時(shí)負(fù)荷變化 27和 24.6MW，機(jī)組主汽壓力變化較大為0.54MPa，汽包水位和爐膛壓力等主要參數(shù)波動(dòng)符合《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》（DL/T 774-2004）要求，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

（3）機(jī)組投入CCS協(xié)調(diào)控制方式， 負(fù)荷為閉環(huán)控制，同時(shí)燃燒為自動(dòng)控制，汽機(jī)調(diào)門(mén)動(dòng)作迅速，負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間小于3s，在15s時(shí)負(fù)荷變化分別為18.7和18.5MW，45s時(shí)負(fù)荷變化22.7和22.6MW，主汽壓力變化最大 0.48MPa，汽包水位和爐膛壓力等主要參數(shù)波動(dòng)符合《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程》（DL/T 774-2004）要求，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

7 結(jié)論

大唐魯北發(fā)電有限公司1號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻功能基本滿足《山東電網(wǎng)機(jī)（廠）網(wǎng)協(xié)調(diào)技術(shù)要求》（調(diào)技[2008]106號(hào)）規(guī)定的技術(shù)要求。

[1] 華北電網(wǎng)有限公司. 華北電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定.2006.

[2] 張斌.自動(dòng)發(fā)電控制及一次調(diào)頻控制系統(tǒng).北京:中國(guó)電力出版社,2005.

[3] 山東電網(wǎng)有限公司. 山東電網(wǎng)機(jī)(廠)網(wǎng)協(xié)調(diào)技術(shù)要求.2008.

[4] 姚俊,高磊.陳維和等.900MW 超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制及AGC策略的研究與應(yīng)用.中國(guó)電力出版社,2005.