余前軍

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

0.引言

隨著核電機(jī)組裝機(jī)容量在電網(wǎng)所占比例日益提升，核電機(jī)組的一次調(diào)頻能力也越來越受到關(guān)注。但由于核電其潛在的放射性危害，必須時(shí)刻將核安全放在首位。因此，在開展核電機(jī)組一次調(diào)頻相關(guān)工作時(shí)，必須同時(shí)兼顧一次調(diào)頻性能及核電機(jī)組運(yùn)行安全的要求。本文以方家山核電機(jī)組作為研究對象，詳細(xì)闡述了該機(jī)組一次調(diào)頻邏輯和參數(shù)調(diào)整優(yōu)化過程及試驗(yàn)開展的情況，在保證機(jī)組運(yùn)行安全情況下，為電網(wǎng)運(yùn)行安全出力。

1.一次調(diào)頻基本原理

一次調(diào)頻是指并網(wǎng)機(jī)組在外界負(fù)荷、電源變化引起電網(wǎng)頻率改變時(shí)，網(wǎng)內(nèi)機(jī)組根據(jù)自身靜態(tài)特性改變機(jī)組功率，以減少電網(wǎng)頻率改變幅度。主要應(yīng)對電網(wǎng)隨機(jī)性快速負(fù)荷變化時(shí)引起的電網(wǎng)頻率波動。

一次調(diào)頻動作時(shí)機(jī)組功率變化量為：

△f：額定頻率和實(shí)際頻率偏差；

K：調(diào)差系數(shù)，即不等率；

fn：額定頻率；

△P：功率變化；

P：額定功率。

方家山核電 1089MW 汽輪發(fā)電機(jī)組為東方電氣集團(tuán)供貨、采用阿爾斯通技術(shù)的半速機(jī)。正常功率運(yùn)行期間，汽機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速測量值的轉(zhuǎn)速偏差作為電網(wǎng)頻率的偏差，經(jīng)過一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速死區(qū)邏輯判斷，與不等率比例系數(shù)相除后，產(chǎn)生了機(jī)組一次調(diào)頻分量K △F。一次調(diào)頻分量K △F 與當(dāng)前目轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)修正值求和后產(chǎn)生轉(zhuǎn)速控制所需蒸汽流量，轉(zhuǎn)速控制所需蒸汽流量與當(dāng)前負(fù)荷設(shè)定值BC 值求和后進(jìn)行加速度修正產(chǎn)生當(dāng)前功率蒸汽流量需求值作為汽機(jī)控制指令。此外，機(jī)組一次調(diào)頻分量K △F 還參與了功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)（RGL）的控制，K △F 所換算出的汽機(jī)需求變化功率，在RGL 系統(tǒng)中進(jìn)行死區(qū)判斷后，根據(jù)公式輸出RGL 對應(yīng)的核功率調(diào)節(jié)需求，控制G 組棒位的動作，最終調(diào)整核功率。

2.一次調(diào)頻參數(shù)設(shè)置

根據(jù)華東電網(wǎng)《華東區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》和《華東區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》，以下簡稱“兩個(gè)細(xì)則”對核電機(jī)組一次調(diào)頻相關(guān)要求，方家山機(jī)組一次調(diào)頻參數(shù)配置如下：

（1）頻率控制死區(qū)50±△fsq，50±0.067Hz；

（2）調(diào)差系數(shù)，核電機(jī)組不大于6%；

（3）最大負(fù)荷限幅，核電機(jī)組最大負(fù)荷限幅為額定有功出力的±3%。

根據(jù)方家山機(jī)組運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書中對于反應(yīng)堆功率的規(guī)定設(shè)置了當(dāng)堆芯熱功率超過 102%Pn 時(shí)，由核功率閉鎖一次調(diào)頻正向動作，以確保反應(yīng)堆安全。

3.一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 一次調(diào)頻技術(shù)參數(shù)設(shè)置見表1

表1 方家山 2號機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)參數(shù)設(shè)置

3.2 一次調(diào)頻試驗(yàn)（以100%工況為例）

2018年4月28日，方家山2號機(jī)組在100%PN、90%PN、80%PN 三個(gè)電功率工況點(diǎn)開展了±3r/min(±0.1Hz)、±3.9r/min(±0.13Hz)、±4.8r/min(±0.16Hz)一次調(diào)頻動態(tài)擾動性能試驗(yàn)，檢測機(jī)組一次調(diào)頻能力。試驗(yàn)開始前，確認(rèn)機(jī)組常規(guī)島及核島側(cè)一次調(diào)頻功能正常投入，由電廠熱控人員將汽輪機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速信號切換至模擬轉(zhuǎn)速回路，并保持1500r/min 不變。機(jī)組各運(yùn)行重要參數(shù)穩(wěn)定半小時(shí)后，模擬汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號，實(shí)施階躍變化擾動試驗(yàn)。機(jī)組各響應(yīng)指標(biāo)見表2。

3.3 2 號機(jī)組一次調(diào)頻性能分析

從以上的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，三種工況下，一次調(diào)頻響應(yīng)及穩(wěn)定時(shí)間均滿足指標(biāo)要求；一次調(diào)頻在 60s 內(nèi)的積分電量均能達(dá)到所需一次調(diào)頻電量的 60%，滿足電網(wǎng)對一次調(diào)頻積分電量的要求。

表2 2號機(jī)組深度調(diào)頻動態(tài)響應(yīng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

4.一次調(diào)頻動作情況分析

2019 年5 月23 日11 時(shí)54 分37 秒 電 網(wǎng) 頻 率 突 降 至49.935Hz，11 時(shí)54 分40 秒電網(wǎng)頻率繼續(xù)降至49.894Hz，后續(xù)頻率逐步抬升，至11 時(shí)54 分47 秒，頻率回升至49.933Hz。

11 時(shí)54 分39 秒一次調(diào)頻指令觸發(fā)，汽機(jī)調(diào)門逐步開大，負(fù)荷逐步升高。當(dāng)電網(wǎng)頻率回升時(shí)，機(jī)組一次調(diào)頻負(fù)荷指令并未減小，繼續(xù)維持調(diào)頻指令最大值，至11 時(shí)55 分10 秒時(shí)，一次調(diào)頻負(fù)荷指令開始逐步恢復(fù)，一次調(diào)頻動作持續(xù)時(shí)間約1 分15 秒。調(diào)頻動作期間，汽機(jī)調(diào)門持續(xù)開大，負(fù)荷持續(xù)升高，汽機(jī)調(diào)門由56.2%最高開至約65.5%，機(jī)組負(fù)荷由1079.8MW 最高升至1098.5MW，表現(xiàn)出了較為優(yōu)良的一次調(diào)頻性能。

5.結(jié)語

按照華東電網(wǎng)“兩個(gè)細(xì)則”要求，方家山1、2 號機(jī)組在三種工況下參與電網(wǎng)一次調(diào)頻動態(tài)指標(biāo)均滿足：

（1）一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間小于3s；

（2）一次調(diào)頻穩(wěn)定時(shí)間不小于1min；

（3）一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)速度應(yīng)滿足：機(jī)組達(dá)到75%目標(biāo)負(fù)荷的時(shí)間應(yīng)不大于15s，達(dá)到90%目標(biāo)負(fù)荷的時(shí)間應(yīng)不大于30s。

1、2 號機(jī)組在100%工況下，響應(yīng)一次調(diào)頻要求增負(fù)荷時(shí)，汽機(jī)調(diào)門迅速打開至指令上限65%，到達(dá)75%及90%的目標(biāo)負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間滿足指標(biāo)要求，但受限于汽機(jī)調(diào)門指令上限限值，機(jī)組的最終負(fù)荷出力與一次調(diào)頻所需達(dá)到的目標(biāo)負(fù)荷存在一定偏差，屬機(jī)組正常響應(yīng)。

根據(jù)方家山1、2 號機(jī)組試驗(yàn)結(jié)論及2019 年7 月11日方家山機(jī)組兩次一次調(diào)頻動作情況分析，方家山2 臺機(jī)組一次調(diào)頻參數(shù)設(shè)置符合電網(wǎng)要求，機(jī)組一次調(diào)頻動作正常，動作過程中機(jī)組調(diào)節(jié)性能良好，所有的參數(shù)變化都在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，參數(shù)變化穩(wěn)定。輸出的積分電量整體達(dá)到優(yōu)秀。充分證明核電機(jī)組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的工作思路是正確的，同時(shí)在探索核電機(jī)組一次調(diào)頻能力的工作中取得了良好的階段性成果。