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        某660 MW機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)控制邏輯分析

        2013-03-15 10:56:40剛,謝
        電力工程技術(shù) 2013年5期
        關(guān)鍵詞:頻差限幅設(shè)定值

        陳 剛,謝 軍

        (1.江蘇方天電力技術(shù)有限公司,江蘇南京211102;2.江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司,江蘇鹽城224000)

        某公司一期工程為2×660 MW燃煤機(jī)組,鍋爐為上海鍋爐廠SG-2073/26.15-M626型超超臨界壓力直流鍋爐,汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠N660-25/600/600型超超臨界中間再熱四缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)。發(fā)電機(jī)為上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的QFSN-660-2型三相同步、水氫氫冷卻、靜態(tài)勵(lì)磁汽輪發(fā)電機(jī)。單元機(jī)組控制系統(tǒng)采用的DCS產(chǎn)品為國電智深控制技術(shù)有限公司的EDPF-NT+控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)包含DAS、BMS、MCS、SCS等系統(tǒng)。汽機(jī)控制系統(tǒng)采用上海汽輪機(jī)有限公司和西門子聯(lián)合設(shè)計(jì)的DEH控制系統(tǒng) (數(shù)字控制部分采用西門子T3000分散控制系統(tǒng))。一次調(diào)頻實(shí)現(xiàn)模式為DEH+CCS,DEH側(cè)作用為快速響應(yīng)一次調(diào)頻負(fù)荷,CCS側(cè)作用為改變鍋爐側(cè)能量,以達(dá)到與汽機(jī)側(cè)的能量平衡[1]。江蘇省電網(wǎng)一次調(diào)頻相關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)定:(1)一次調(diào)頻死區(qū)不大于±0.033 Hz。(2)轉(zhuǎn)速不等率應(yīng)按照火電機(jī)組為5%、水電機(jī)組為3%、燃機(jī)機(jī)組為5%進(jìn)行設(shè)置。(3)一次調(diào)頻負(fù)荷限幅不小于6%額定負(fù)荷(Pe)。(4)一次調(diào)頻響應(yīng)滯后時(shí)間小于3 s。(5)一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)至該次擾動(dòng)調(diào)頻幅度90%的響應(yīng)時(shí)間小于15 s。(6)一次調(diào)頻穩(wěn)定時(shí)間小于1 min。

        該汽輪機(jī)組控制系統(tǒng)采用的是西門子公司技術(shù)的先進(jìn)模塊化組合設(shè)計(jì)。機(jī)組啟動(dòng)方式為高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng),高中壓缸進(jìn)汽量分別由兩個(gè)高調(diào)門及兩個(gè)中調(diào)門控制。啟動(dòng)過程由啟機(jī)順控SGC自動(dòng)控制,由高中壓缸缸體和轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力計(jì)算出的溫度裕度值決定汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)的升速率及升降負(fù)荷率。當(dāng)機(jī)組同期并網(wǎng)后,汽輪機(jī)可根據(jù)機(jī)組運(yùn)行要求投入限壓模式(負(fù)荷控制方式)或初壓模式(壓力控制方式)。當(dāng)機(jī)組在限壓模式下且主汽壓力未低于保護(hù)值(為主汽壓力設(shè)定值-1.5 MPa)時(shí),負(fù)荷控制方式起作用,一次調(diào)頻回路正常動(dòng)作;當(dāng)機(jī)組在初壓模式下時(shí),此時(shí)負(fù)荷控制器的負(fù)荷設(shè)定值會(huì)疊加一個(gè)偏置,使其輸出增大,因?yàn)檫M(jìn)汽設(shè)定值為壓力控制回路和負(fù)荷控制回路輸出的小選值,所以此時(shí)負(fù)荷控制器的輸出不起作用,即一次調(diào)頻回路也不起作用。

        1 DEH側(cè)一次調(diào)頻控制邏輯分析

        如圖1所示,當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)并且負(fù)荷大于初始負(fù)荷時(shí),轉(zhuǎn)速設(shè)定值等于額定轉(zhuǎn)速值(PSF30),此時(shí)PSF30為50 Hz,頻差等于額定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速(NT)的差值。頻差經(jīng)過慣性函數(shù)(此慣性函數(shù)由并網(wǎng)信號(hào)(GLSE)閉鎖,即只有在并網(wǎng)信號(hào)來之后,此爬坡函數(shù)才發(fā)揮作用,否則輸出被置為0)后,進(jìn)入死區(qū)限制模塊,死區(qū)設(shè)定值(TOTPF)為 0.033 33 Hz(2 r/min)。 死區(qū)限制模塊的輸出作為經(jīng)過死區(qū)和頻差高低限之后的模擬頻差信號(hào)(PSF380),PSF380 由一次調(diào)頻投入信號(hào)(PSFE)進(jìn)行閉鎖。

        圖1調(diào)頻試驗(yàn)投切及頻差產(chǎn)生

        在進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)時(shí),通過一次調(diào)頻測(cè)試投入信號(hào),將機(jī)組頻率信號(hào)切換為試驗(yàn)?zāi)M電網(wǎng)頻率(PFY20),以獲得試驗(yàn)需要的頻差信號(hào)。如圖2所示,當(dāng)增負(fù)荷信號(hào)為1時(shí),PFY20為49.891 7 Hz;當(dāng)降負(fù)荷信號(hào)為1時(shí),PFY20為50.108 3 Hz。當(dāng)一次調(diào)頻參數(shù)測(cè)試信號(hào)DEHPFT為1時(shí),PFY20輸出結(jié)果對(duì)應(yīng)于初始值為49.85 Hz,終值為50.15 Hz,上升速率為0.2 r/min的斜坡函數(shù)。

        圖2一次調(diào)頻測(cè)試環(huán)節(jié)

        轉(zhuǎn)速不等率(STATPF)是表征一次調(diào)頻特性的基本參數(shù),反映了汽輪機(jī)功率變化與電網(wǎng)周波變化之間的靜態(tài)放大倍數(shù)。按照一次調(diào)頻技術(shù)規(guī)范,該機(jī)組額定負(fù)荷660 MW下,轉(zhuǎn)速不等率應(yīng)設(shè)置為5%,即轉(zhuǎn)速變化5%(150 r/min)對(duì)應(yīng)著負(fù)荷100%的變化(調(diào)門的全開或全關(guān))[2]。

        如圖3所示,組態(tài)中額定負(fù)荷 (PNOM)設(shè)置為700 MW,轉(zhuǎn)速不等率應(yīng)設(shè)置為0.053 030 3。PSF380經(jīng)過與額定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速不等率的換算得出一次調(diào)頻負(fù)荷指令(數(shù)值為百分比),此一次調(diào)頻負(fù)荷指令經(jīng)過一次調(diào)頻負(fù)荷限幅±6%PNOM,得到限幅后的一次調(diào)頻負(fù)荷指令(PSF390Y)。當(dāng)進(jìn)行一次調(diào)頻特性參數(shù)測(cè)試試驗(yàn)時(shí),因?yàn)椴恍枰啓C(jī)發(fā)生實(shí)際動(dòng)作,所以一次調(diào)頻特性參數(shù)測(cè)試信號(hào) (DEHPFT)為 1時(shí)會(huì)切換使PSF390Y為0,即汽輪機(jī)不響應(yīng)此調(diào)頻負(fù)荷指令。

        圖3一次調(diào)頻負(fù)荷指令

        當(dāng)電網(wǎng)頻率過高或過低時(shí),為保護(hù)汽輪機(jī),一次調(diào)頻回路將限制汽輪機(jī)動(dòng)作,其中過高頻率設(shè)定為50.5 Hz,過低頻率設(shè)定為49.5 Hz。 當(dāng)電網(wǎng)頻率在49.5~50.5 Hz之間時(shí),一次調(diào)頻回路正常動(dòng)作;否則,一次調(diào)頻超馳保護(hù)回路動(dòng)作,最終的一次調(diào)頻負(fù)荷分量經(jīng)過超馳保護(hù)回路上下限幅,即當(dāng)電網(wǎng)頻率超限初始階段,超馳保護(hù)回路會(huì)先快速動(dòng)作一部分負(fù)荷,使頻差盡可能減小。在電網(wǎng)穩(wěn)定的情況下,該回路不會(huì)起作用。

        經(jīng)過限幅和超馳保護(hù)回路的一次調(diào)頻負(fù)荷分量作為轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器的比例前饋(XP),直接疊加至轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器的輸出,進(jìn)而通過改變進(jìn)汽設(shè)定值直接動(dòng)作汽機(jī)調(diào)門,從而實(shí)現(xiàn)DEH側(cè)快速響應(yīng)一次調(diào)頻。

        2 CCS側(cè)一次調(diào)頻策略設(shè)計(jì)分析

        CCS側(cè)設(shè)有一次調(diào)頻投入按鈕,只有當(dāng)一次調(diào)頻按鈕投入時(shí),一次調(diào)頻負(fù)荷指令才能起作用,此一次調(diào)頻負(fù)荷指令是由DEH側(cè)限幅后的一次調(diào)頻負(fù)荷指令通過硬接線輸入到DCS側(cè)協(xié)調(diào)控制器。因?yàn)镈EH側(cè)限幅后的一次調(diào)頻負(fù)荷指令為對(duì)應(yīng)于額定負(fù)荷的百分比信號(hào),所以CCS側(cè)一次調(diào)頻負(fù)荷指令的量程應(yīng)設(shè)置為換算出的負(fù)荷量,此一次調(diào)頻負(fù)荷指令經(jīng)過限幅限制之后構(gòu)成一次調(diào)頻功率信號(hào),限幅函數(shù)是指CCS側(cè)一次調(diào)頻功率的允許范圍,其上限函數(shù)為:負(fù)荷上限值×1.04-負(fù)荷指令;下限函數(shù)為:負(fù)荷下限值-負(fù)荷指令×0.96。

        一次調(diào)頻功率信號(hào)直接與負(fù)荷指令疊加后作為鍋爐主控指令的前饋信號(hào),另外一次調(diào)頻功率信號(hào)的微分環(huán)節(jié)也作為鍋爐主控指令的前饋信號(hào),作用就是在一次調(diào)頻響應(yīng)初期是鍋爐主控快速動(dòng)作,減小鍋爐側(cè)的響應(yīng)慣性時(shí)間,使鍋爐側(cè)與汽輪機(jī)側(cè)能量盡快達(dá)到平衡。因?yàn)镈EH側(cè)負(fù)荷控制回路為閉環(huán)控制,所以只需要接受CCS側(cè)發(fā)出的經(jīng)主汽壓力偏差校正之后的負(fù)荷指令信號(hào),且負(fù)荷指令信號(hào)為限幅限速后的AGC設(shè)定值或本地負(fù)荷指令,不需要疊加一次調(diào)頻功率信號(hào)[3]。陳家港發(fā)電廠機(jī)組的一次調(diào)頻特性參數(shù)如圖4所示。

        圖4一次調(diào)頻特性參數(shù)曲線

        一次調(diào)頻功能定值3 000 r/min(50 Hz),死區(qū)設(shè)置為±2 r/min(±0.033 3 Hz);一次調(diào)頻輸出的最大上下幅度±6%(±39.6 MW),相對(duì)應(yīng)的偏差為±0.183 3 Hz(±11 r/min)。圖中斜線速率相當(dāng)于5%的轉(zhuǎn)速不等率。

        3試驗(yàn)結(jié)果分析

        (1)450 MW負(fù)荷段0.066 67 Hz頻差增、減負(fù)荷測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

        增負(fù)荷測(cè)試。 19∶30∶23,增負(fù)荷信號(hào)為 1,一次調(diào)頻增負(fù)荷試驗(yàn)開始,模擬頻差為0.066 67 Hz,一次調(diào)頻負(fù)荷指令為8.8 MW,初始負(fù)荷為450.018 3 MW。高壓調(diào)門開度為25.8%,主汽壓力設(shè)定值為19.86 MPa,實(shí)際值為 19.67 MPa。19∶30∶25,負(fù)荷為 452.766 3 MW,響應(yīng)滯后時(shí)間為 2 s。 19∶30∶38,負(fù)荷為 456.8881MW,負(fù)荷增量為 6.869 8 MW,負(fù)荷增加 78%。 19∶30∶46,負(fù)荷為457.804 1 MW,負(fù)荷增量為7.785 8 MW,負(fù)荷增加88%,負(fù)荷響應(yīng)至90%時(shí)間為23 s。高壓調(diào)門開度為27.8%,主汽壓力為19.54 MPa。負(fù)荷響應(yīng)至90%時(shí)間大于15 s,原因?yàn)樵谠囼?yàn)開始之前,主汽壓力低于設(shè)定值0.19 MPa,鍋爐側(cè)能量不足,所以試驗(yàn)開始后,負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間過長。 19∶31∶17,負(fù)荷為 458.7201 MW,負(fù)荷增量為8.7081 MW,負(fù)荷增加99%,負(fù)荷響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)間為54 s。減負(fù)荷測(cè)試。19∶33∶33,降負(fù)荷信號(hào)為1,一次調(diào)頻降負(fù)荷試驗(yàn)開始,模擬頻差為-0.066 67 Hz,一次調(diào)頻負(fù)荷指令為-8.8 MW,初始負(fù)荷為450.018 3 MW,高壓調(diào)門開度為25.2%,主汽壓力設(shè)定值為 19.86 MPa,實(shí)際值為 19.80 MPa。 19∶33∶35,負(fù)荷為 447.270 4 MW,響應(yīng)滯后時(shí)間為 2 s。 19∶33∶48,負(fù)荷為 440.400 6 MW,負(fù)荷下降量為 9.6 MW。 19∶33∶59,負(fù)荷為440.400 6 MW,負(fù)荷響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)間為26 s。

        (2)600 MW負(fù)荷段0.066 67 Hz頻差增、減負(fù)荷測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

        增負(fù)荷測(cè)試。11∶34∶55,增負(fù)荷信號(hào)為 1,一次調(diào)頻增負(fù)荷試驗(yàn)開始,模擬頻差為0.066 67 Hz,一次調(diào)頻負(fù)荷指令為8.8 MW,初始負(fù)荷為599.780 2 MW。高壓調(diào)門開度為31.7%,主汽壓力設(shè)定值為24.14 MPa,實(shí)際值為 24.21 MPa。11∶34∶57,負(fù)荷為 601.612 2 MW,響應(yīng)滯后時(shí)間為 2 s。 11∶35∶10,負(fù)荷為 608.481 9 MW,負(fù)荷增量為8.701 7 MW,增加99%。此時(shí)負(fù)荷響應(yīng)基本達(dá)到穩(wěn)態(tài)。

        圖6 600MW負(fù)荷段頻差增減負(fù)荷測(cè)試曲線

        減負(fù)荷測(cè)試。 11∶38∶02,降負(fù)荷信號(hào)為 1,一次調(diào)頻降負(fù)荷試驗(yàn)開始,模擬頻差為-0.06667 HZ,一次調(diào)頻負(fù)荷指令為8.8 MW,初始負(fù)荷為600.238 2 MW。高壓調(diào)門開度為31.2%,主汽壓力設(shè)定值為24.14 MPa,實(shí)際值為 24.32 MPa。11∶38∶03,負(fù)荷為 599.322 1 MW,響應(yīng)滯后時(shí)間為 1 s。 11∶38∶17,負(fù)荷為 589.246 5 MW,負(fù)荷下降量為 10.991 7 MW。 11∶38∶23,負(fù)荷為 590.162 5 MW,負(fù)荷下降量為10.075 7 MW。負(fù)荷響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)間為21 s。

        根據(jù)江蘇電網(wǎng)一次調(diào)頻相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求,該試驗(yàn)一次調(diào)頻響應(yīng)滯后時(shí)間均小于3 s,一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)至該次擾動(dòng)調(diào)頻幅度90%的響應(yīng)時(shí)間均小于15 s,一次調(diào)頻穩(wěn)定時(shí)間均小于1 min,3項(xiàng)指標(biāo)均符合技術(shù)規(guī)范要求。

        4結(jié)束語

        在火電機(jī)組實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻功能,目的是使機(jī)組更好地配合電網(wǎng)運(yùn)行的負(fù)荷要求,且由于DEH控制邏輯基本由汽輪機(jī)廠家成套提供,一般為較成熟的控制邏輯,在增加DEH側(cè)一次調(diào)頻組態(tài)時(shí)需考慮周到,且在試驗(yàn)前對(duì)DCS側(cè)與DEH側(cè)的一次調(diào)頻相關(guān)I/O測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢查核對(duì),核對(duì)相關(guān)參數(shù)設(shè)置,如特性參數(shù)的死區(qū)、頻率-負(fù)荷曲線的參數(shù)設(shè)置等。在試驗(yàn)中做好相關(guān)數(shù)據(jù)的采集并進(jìn)行必要的調(diào)整,試驗(yàn)結(jié)束應(yīng)使機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作特性滿足相應(yīng)技術(shù)規(guī)范要求。

        [1]朱北恒.火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)試驗(yàn)[M].北京:中國電力出版社,2005.

        [2]哈爾濱汽輪機(jī)廠.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M].北京:水利電力出版,1986.

        [3]張玉鐸,王滿稼.熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京:水利電力出版社,1993.

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