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        喜河水電廠機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)

        2013-10-30 05:14:14申吳剛
        陜西水利 2013年1期
        關(guān)鍵詞:測(cè)頻死區(qū)調(diào)速器

        申吳剛

        (陜西漢江投資開(kāi)發(fā)有限公司喜河水力發(fā)電廠 陜西 石泉 725271)

        機(jī)組一次調(diào)頻 (primary frequency regulation,PFR)是指當(dāng)電網(wǎng)頻率超出規(guī)定的正常范圍后,電網(wǎng)頻率的變化將使電網(wǎng)中參與一次調(diào)頻的各機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化自動(dòng)地增加或減小機(jī)組的功率,從而達(dá)到新的平衡,并且將電網(wǎng)頻率的變化限制在一定的范圍內(nèi)。一次調(diào)頻是確保電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的主要途徑之一,目前國(guó)內(nèi)機(jī)組大多具備投入一次調(diào)頻功能的條件,并應(yīng)按規(guī)定投入一次調(diào)頻功能。一次調(diào)頻涉及到的控制邏輯和參數(shù)也應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行正確和必要的試驗(yàn),從而充分發(fā)揮作用。

        喜河水電廠是陜西南部電網(wǎng)漢江上游七級(jí)水電站的第3級(jí),位于石泉、漢陰交界處,安裝3臺(tái)60MW的軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組。機(jī)組調(diào)速器為武漢事達(dá)電器股份有限公司研制生產(chǎn)的DFWST100-6.3-STARS自復(fù)中式微機(jī)雙調(diào)調(diào)速器。本文重點(diǎn)介紹了喜河水電廠機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)的內(nèi)容和結(jié)果。

        1 調(diào)速器構(gòu)成、特點(diǎn)及主要參數(shù)

        1.1 基本構(gòu)成

        DFWST100-6.3-STAR調(diào)速器是一種具有比例、積分、微分(PID)調(diào)節(jié)規(guī)律的新型數(shù)字式微機(jī)調(diào)速器,由自復(fù)中式伺服電機(jī)直線位移轉(zhuǎn)換器作為電液轉(zhuǎn)換元件,額定工作油壓6.3mPa,主配壓閥直徑100mm。由PLC調(diào)節(jié)器、液壓隨動(dòng)系統(tǒng)、油壓裝置三部分組成。

        1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

        (1)可靠性高。采用進(jìn)口高可靠性可編程控制器 (PLC)和智能觸摸顯示控制單元(HMI)。伺服電機(jī)直線位移轉(zhuǎn)換器,線性度好,反應(yīng)靈敏,可靠性強(qiáng)并具有斷電自復(fù)中功能。

        (2)可操作性強(qiáng)。智能化觸摸顯示技術(shù)的應(yīng)用取消了大多數(shù)按鍵和按鈕,操作簡(jiǎn)單。

        (3)外形美觀。機(jī)械液壓部分采用直連方式,無(wú)杠桿和明管。

        1.3 主要參數(shù)

        調(diào)速器調(diào)節(jié)規(guī)律位為PID調(diào)節(jié),測(cè)頻方式為殘壓測(cè)頻+齒盤(pán)測(cè)頻。測(cè)頻分辨率:±0.0015Hz;頻率信號(hào):電壓互感器 (0.3~150V);測(cè)頻范圍:48Hz~52Hz;測(cè)頻分辨率:±0.0015Hz;永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp:(0~10)%;暫態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bt:(5~200)%;緩沖時(shí)間常數(shù) Td:(2~20)s;加速度時(shí)間常數(shù) Tn:(0~2.0)s;頻率(轉(zhuǎn)速)失靈區(qū):Ef=(0 ~ ±0.3Hz);功率、開(kāi)度失靈區(qū):Ey/p=(0~±5)%;可調(diào)頻率給定:45Hz~55Hz。

        2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

        2.1 環(huán)境

        試驗(yàn)溫度:10℃;相對(duì)濕度:75%;水頭:31.65m;人工水頭設(shè)定:25m。

        2.2 試驗(yàn)儀器

        水輪機(jī)調(diào)速器綜合仿真測(cè)試系統(tǒng),測(cè)頻、發(fā)頻精度0.001Hz;WS10SG型位移變送器;2臺(tái)壓力變送器。

        2.3 試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)及信號(hào)引入情況

        3 一次調(diào)頻試驗(yàn)

        3.1 測(cè)頻單元校驗(yàn)

        利用測(cè)試仿真儀發(fā)高精度的頻率信號(hào),調(diào)速器的分辨率為0.01Hz,將輸出接入調(diào)速器的頻率測(cè)量端。調(diào)整信號(hào)源頻率輸出值,記錄測(cè)頻單元的數(shù)值,見(jiàn)表2,測(cè)試值為調(diào)速器顯示值,相差0.01Hz。

        3.2 一次調(diào)頻功能設(shè)定與檢查

        根據(jù)電力管理和調(diào)度部門(mén)的要求,并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組必須具備和投入一次調(diào)頻功能,我們給機(jī)組增加了一次調(diào)頻功能,包括:增設(shè)一次調(diào)頻限幅功能,通過(guò)設(shè)定一次調(diào)頻過(guò)程頻率差進(jìn)行限制,達(dá)到一次調(diào)頻限幅的目的;增設(shè)一次調(diào)頻專用調(diào)節(jié)參數(shù),一次調(diào)頻開(kāi)關(guān)投入后采用專用參數(shù);增加一次調(diào)頻動(dòng)作接點(diǎn),將一次調(diào)頻動(dòng)作情況上報(bào)至監(jiān)控系統(tǒng)。

        表1 試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

        表2 頻率校驗(yàn) (單位:Hz)

        3.3 靜特性試驗(yàn)

        在機(jī)組靜止條件下,將調(diào)速器參數(shù)設(shè)置為bt=0.05、Td=2、Tn=0、bp=6%、人工頻率死區(qū)Ef=0,將調(diào)速器調(diào)節(jié)模式置為開(kāi)度調(diào)節(jié)模式,將測(cè)試仿真儀發(fā)出的頻率信號(hào)引入調(diào)速器機(jī)頻測(cè)量端,做機(jī)組靜特性試驗(yàn),利用測(cè)試仿真儀自動(dòng)記錄試驗(yàn)過(guò)程。利用一元線性回歸分析方法,計(jì)算出該調(diào)速器的轉(zhuǎn)速死區(qū)、非線性度以及永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp的校驗(yàn)值,并繪制該調(diào)速器靜特性曲線圖(見(jiàn)圖1)。

        轉(zhuǎn)速死區(qū):0.03%(超過(guò)國(guó)標(biāo)要求的≯0.02%的規(guī)定);非線性渡:0.53%(滿足國(guó)標(biāo)要求的<5%);試驗(yàn)時(shí)永態(tài)差值系數(shù)設(shè)為bp=6%,校驗(yàn)值:開(kāi)啟方向運(yùn)動(dòng)時(shí)bp計(jì)算值為6.03%,關(guān)閉方向運(yùn)動(dòng)時(shí)bp計(jì)算值為6.0%;槳葉隨動(dòng)系統(tǒng)的不準(zhǔn)確度ia=0.63%(滿足國(guó)標(biāo)要求的≯0.8%);實(shí)測(cè)協(xié)聯(lián)曲線與理論協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線的偏差:0.5%(滿足國(guó)標(biāo)要求的≯1.0%)。

        3.4 一次調(diào)頻頻率階躍擾動(dòng)試驗(yàn)

        機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行,將測(cè)試儀的變頻信號(hào)源輸出的信號(hào)引入機(jī)頻測(cè)量端子,機(jī)組處于開(kāi)環(huán)狀態(tài),一次調(diào)頻功能投入,選擇幾組調(diào)節(jié)參數(shù),利用測(cè)試儀發(fā)出頻率階躍信號(hào),記錄整個(gè)擾動(dòng)過(guò)程主接力器輸出、機(jī)組功率等信號(hào)。

        調(diào)速器并網(wǎng)調(diào)節(jié)為PI調(diào)節(jié),無(wú)微分,調(diào)節(jié)參數(shù)的設(shè)置如表3中的參數(shù)。其中導(dǎo)葉和槳葉的死區(qū)不是計(jì)算死區(qū),和頻率死區(qū)的概念不一樣,是在調(diào)節(jié)過(guò)程中接力器行程目標(biāo)值和實(shí)際值相差超過(guò)死區(qū)才進(jìn)行調(diào)節(jié),但不影響目標(biāo)值和調(diào)節(jié)量,但影響調(diào)節(jié)速度,一次調(diào)頻過(guò)程的導(dǎo)葉接力器和槳葉接力器調(diào)節(jié)過(guò)程呈臺(tái)階狀就是由于動(dòng)作死區(qū)引起的。動(dòng)態(tài)一次調(diào)頻的初始工況為機(jī)組帶50MW,表4為動(dòng)態(tài)一次調(diào)頻頻率階躍擾動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果,計(jì)算以機(jī)組出力為目標(biāo)值。

        同時(shí)在一次調(diào)頻過(guò)程中由于引水系統(tǒng)的水擊效應(yīng),將使得一次調(diào)頻過(guò)程可能出現(xiàn)功率反調(diào),存在一個(gè)調(diào)節(jié)滯后時(shí)間,將明顯惡化一次調(diào)頻性能,也不利于調(diào)度考核。因此在試驗(yàn)中一要提高調(diào)節(jié)響應(yīng)速度,二要降低調(diào)節(jié)中的功率反調(diào),縮短滯后時(shí)間,避免機(jī)組出現(xiàn)較大的波動(dòng)。

        第一組調(diào)節(jié)參數(shù)下功率值達(dá)到調(diào)節(jié)量90%的時(shí)間在40s左右,調(diào)節(jié)穩(wěn)定時(shí)間在50s以上,主要由于調(diào)節(jié)參數(shù)不合理,調(diào)節(jié)速度較慢,另外調(diào)速器設(shè)置的導(dǎo)葉接力器和槳葉接力器動(dòng)作死區(qū)較大也對(duì)調(diào)節(jié)速度有影響,調(diào)節(jié)滯后時(shí)間也較長(zhǎng),因此需要對(duì)調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,減少接力器動(dòng)作死區(qū)值。

        在第二組參數(shù)下調(diào)節(jié)速度略有提高,但還是超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求,需要進(jìn)一步優(yōu)化。

        第三組參數(shù)在±0.15Hz的頻率擾動(dòng)下,達(dá)到90%的時(shí)間均小于15s,條件穩(wěn)定時(shí)間在30s以內(nèi),調(diào)節(jié)滯后時(shí)間在2s以內(nèi)。機(jī)組為低水頭軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組功率反調(diào)較小,以及本身功率擺動(dòng)較大,在無(wú)調(diào)節(jié)情況下功率擺動(dòng)值達(dá)到額定功率的2.5%左右,在三組參數(shù)下的一次調(diào)頻試驗(yàn)未測(cè)到明顯的功率反調(diào)。

        3.5 一次調(diào)頻實(shí)際電網(wǎng)頻率擾動(dòng)試驗(yàn)

        為進(jìn)一步考察機(jī)組實(shí)際一次調(diào)頻過(guò)程中調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性,將一個(gè)電網(wǎng)頻率擾動(dòng)過(guò)程頻率變化信號(hào)通過(guò)仿真測(cè)試儀發(fā)頻,接入機(jī)頻測(cè)量端,模擬實(shí)際電網(wǎng)頻率擾動(dòng)過(guò)程如圖4所示,主接力器及機(jī)組功率隨著頻率的波動(dòng)調(diào)節(jié),一次調(diào)頻過(guò)程正常。

        綜合以上的一次調(diào)頻試驗(yàn),將調(diào)速器調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置為:bt=5、Td=6、bp=4%、人工死區(qū)Ef=0.05Hz。一次調(diào)頻各項(xiàng)性能指標(biāo)較好,并且滿足陜西省電力調(diào)度中心關(guān)于一次調(diào)頻相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

        表3 調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置

        表4 一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)果

        圖1 靜特性曲線圖

        圖2 第三組參數(shù)頻率下擾0.15Hz

        4 結(jié)論

        通過(guò)一次調(diào)頻試驗(yàn),優(yōu)化了調(diào)速器一次調(diào)頻調(diào)節(jié)性能。驗(yàn)證了在參數(shù)為bt=5、Td=6、bp=4%、人工死區(qū)Ef=0.05Hz,一次調(diào)頻過(guò)程達(dá)到目標(biāo)出力90%的時(shí)間小于15秒,完全響應(yīng)的時(shí)間小于30s;一次調(diào)頻調(diào)節(jié)滯后時(shí)間為1.9s,小于4s;一次調(diào)頻過(guò)程無(wú)明顯的功率反調(diào)。一次調(diào)頻性能指標(biāo)滿足陜西省電力調(diào)度中心關(guān)于并網(wǎng)水電機(jī)組一次調(diào)頻的技術(shù)規(guī)定,具備一次調(diào)頻能力。

        [1]李華.水電機(jī)組一次調(diào)頻性能的測(cè)試與分析[J].西北電力技術(shù),2005,33(1)∶20-23.

        [2]魏守平.水輪機(jī)控制工程[M].武漢∶華中科技大學(xué)出版社.2005.

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