趙秀峰

（大唐國際發(fā)電股份有限公司張家口發(fā)電廠，河北 張家口 075133）

引言

某發(fā)電廠共八臺320 MW 汽輪發(fā)電機組，其中1、2 號機組為東方電氣集團生產(chǎn)的高、中、低壓缸三缸汽輪發(fā)電機組，3～8 號機組為東方電氣集團生產(chǎn)的高、中壓缸合缸汽輪發(fā)電機組。分散控制系統(tǒng)（DCS）和汽輪機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）除7 號機組為和利時控制系統(tǒng)外，其他機組均為北京日立控制系統(tǒng)，由于北京日立控制系統(tǒng)DEH 轉(zhuǎn)速設(shè)計精度低，無法滿足一次調(diào)頻要求。

1 一次調(diào)頻參數(shù)指標(biāo)

1.1 轉(zhuǎn)速不等率δ

式中：Nmax為汽輪機空負(fù)荷時對應(yīng)的最大轉(zhuǎn)速；Nmin為額定負(fù)荷時對應(yīng)的最小轉(zhuǎn)速；ne為汽輪機額定轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)速不等率越大，一次調(diào)頻動作時，機組動作的負(fù)荷越少，機組穩(wěn)定性越好，一般不大于6%；轉(zhuǎn)速不等率越小，一次調(diào)頻動作時，機組動作的負(fù)荷越多，機組穩(wěn)定性越差，一般不低于3%。

我廠一次調(diào)頻的轉(zhuǎn)速不等率設(shè)置為4.5%，機組參與一次調(diào)頻的負(fù)荷調(diào)整系數(shù)為：

式中：K 為一次調(diào)頻調(diào)整系數(shù)，MW/（r·min-1）；Ne為機組額定負(fù)荷，取320 MW；δ 為機組轉(zhuǎn)速不等率，取45%；ne為機組額定轉(zhuǎn)速，取3 000 r/min。將數(shù)值代入公式計算得K=-2.4MW/（r·min-1）

相當(dāng)于轉(zhuǎn)速超出死區(qū)每分鐘變化一轉(zhuǎn)對應(yīng)機組負(fù)荷變化2.4 MW。

1.2 轉(zhuǎn)速死區(qū)

一次調(diào)頻在額定轉(zhuǎn)速附近對轉(zhuǎn)速變化的不靈敏區(qū)。

張家口發(fā)電廠頻率死區(qū)設(shè)置為±2r/min（±0.033Hz）。

1.3 遲緩率ε

式中：Δn 為同一功率下轉(zhuǎn)速上升最大值與下降最小值之差；ne為汽輪機額定轉(zhuǎn)速。

汽輪機調(diào)速系統(tǒng)各部套存在間隙和摩擦使調(diào)速系統(tǒng)動作存在遲緩現(xiàn)象，電網(wǎng)頻率偏離死區(qū)至閥門動作也存遲緩現(xiàn)象。遲緩率越大，說明汽輪機轉(zhuǎn)速變化一次調(diào)頻動作到調(diào)節(jié)閥動作時間越大，嚴(yán)重時造成轉(zhuǎn)速震蕩，甚至發(fā)生頻率震蕩。

2 華北電網(wǎng)對一次調(diào)頻的要求

華北電網(wǎng)發(fā)電機組參與一次調(diào)頻管理規(guī)定中要求網(wǎng)內(nèi)機組全程參與一次調(diào)頻，調(diào)頻上限為額定負(fù)荷的10%，且應(yīng)滿足以下各項要求。

1）15 s 響應(yīng)指數(shù)不小于75%，15 s 響應(yīng)指數(shù)=15 s 內(nèi)機組實際最大出力調(diào)整量/理論最大出力調(diào)整量×100%，即一次調(diào)頻動作至達到75%理論目標(biāo)負(fù)荷的時間應(yīng)不大于15 s。

2）30 s 響應(yīng)指數(shù)不小于90%，30 s 響應(yīng)指數(shù)=30 s 內(nèi)機組實際最大出力調(diào)整量/理論最大出力調(diào)整量×100%，即一次調(diào)頻動作至達到90%理論目標(biāo)負(fù)荷的時間應(yīng)不大于30 s。

3）機組持續(xù)調(diào)頻時間內(nèi)電量貢獻指數(shù)不小于75%,電量貢獻指數(shù)=機組一次調(diào)頻實際貢獻電量/理論貢獻電量，即在一個調(diào)頻周期內(nèi)的積分電量達到理論積分電量的75%。

3 張家口發(fā)電廠一次調(diào)頻現(xiàn)狀

張家口發(fā)電廠機組一次調(diào)頻均采用電液控制加協(xié)調(diào)控制，即DEH+CCS方式實現(xiàn)。DEH 系統(tǒng)內(nèi)額定轉(zhuǎn)速與汽輪機的實際轉(zhuǎn)速偏差超過設(shè)定死區(qū)后，通過一次調(diào)頻函數(shù)計算后的閥門指令直接疊加至綜合閥位指令動作調(diào)門；CCS 通過轉(zhuǎn)差與不等率函數(shù)計算后的調(diào)頻指令疊加至機組實際負(fù)荷指令進行補償，保障一次調(diào)頻動作時鍋爐增加出力，以保證發(fā)電機輸出功率。

2020 年上半年經(jīng)電網(wǎng)統(tǒng)計的一次調(diào)頻動作次數(shù)為5 183 次，因每次動作考核三個指標(biāo)（積分電量、15 s指數(shù)、30 s 指數(shù)），故參與考核次數(shù)為15 549 次，其中不合格次數(shù)為6 840 次，正確率為56%，考核電量為13 132.8 MW，考核金額493 萬余元。

為了查找一次調(diào)頻不正確動作原因，分別在機組負(fù)荷達到192 MW、240 MW、288 MW 進行了手動設(shè)定±4 r/min（±0.067 Hz）和±6 r/min（±0.1 Hz）的一次調(diào)頻擾動試驗，試驗結(jié)果都比較理想，各個指標(biāo)的負(fù)荷貢獻均能夠滿足一次調(diào)頻考核要求，由此推斷一次調(diào)頻不合格跟機組本身關(guān)系不大。

通過對2020 年大量考核數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合機組動作時的各參數(shù)，以及一次調(diào)頻擾動試驗結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)一次調(diào)頻存在以下問題：

1）一次調(diào)頻電網(wǎng)考核時刻與機組動作時刻不同步，是導(dǎo)致一次調(diào)頻不合格的主要原因。機組一次調(diào)頻動作時，電網(wǎng)未記為考核，電網(wǎng)記錄考核時刻機組一次調(diào)頻未動作，由此也產(chǎn)生了大量無效動作，據(jù)統(tǒng)計一臺機組一個月的無效動作次數(shù)達到1 萬余次，給機組安全運行也帶來嚴(yán)重威脅。

2）絕大部分一次調(diào)頻動作時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速差為2.5 轉(zhuǎn)左右，剛剛越過死區(qū)，由于轉(zhuǎn)速在死區(qū)邊緣，轉(zhuǎn)速離調(diào)頻函數(shù)零點太近，函數(shù)零點邊緣一次調(diào)頻動作量不足，導(dǎo)致負(fù)荷響應(yīng)不足或無響應(yīng)，一次調(diào)頻負(fù)荷貢獻量不夠。

3）為了節(jié)能需求，運行中主汽壓力低于額定值，調(diào)門開度相對偏大，導(dǎo)致調(diào)門節(jié)流小，鍋爐蓄熱能力不足，一次調(diào)頻動作時，調(diào)門開啟對進入汽輪機的主汽流量影響小，負(fù)荷響應(yīng)不足，一次調(diào)頻負(fù)荷貢獻量不夠。

4）一次調(diào)頻動作時，有時存在AGC 指令與一次調(diào)頻動作指令相反，導(dǎo)致一次調(diào)頻貢獻負(fù)荷被AGC實際負(fù)荷抵消。

5）一次調(diào)頻動作時調(diào)門頻繁波動，導(dǎo)致抗燃油泵電流波動大，調(diào)門抗燃油進油管路振動大，極端情況下造成抗燃油管理接頭及焊口斷裂，甚至泄露，給系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來隱患。

4 高精度轉(zhuǎn)速卡的應(yīng)用

經(jīng)過多次分析，我們認(rèn)為北京日立控制系統(tǒng)有限公司設(shè)計的DEH 系統(tǒng)轉(zhuǎn)速精度低，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速測量誤差較大，存在電網(wǎng)考核時刻，轉(zhuǎn)速未超過死區(qū)的情況。通過市場調(diào)研每臺機組增加了一塊高精度轉(zhuǎn)速卡，以提高轉(zhuǎn)速測量精度，同時在高精度轉(zhuǎn)速卡中設(shè)定轉(zhuǎn)速死區(qū)，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過死區(qū)時，直接輸出開關(guān)量給DEH 系統(tǒng)，減小DEH 系統(tǒng)模擬量判斷的系統(tǒng)延時，縮短了一次調(diào)頻響應(yīng)時間，有效地解決了一次調(diào)頻動作與電網(wǎng)考核不一致問題。

認(rèn)真研究電網(wǎng)一次調(diào)頻考核規(guī)則，逐步掌握了電網(wǎng)的考核規(guī)則，針對考核規(guī)則，我們對一次調(diào)頻邏輯進行了優(yōu)化，增加了一次調(diào)頻越限動作延時，同時為了保證負(fù)荷響應(yīng)，增加了一次調(diào)頻動作保持邏輯，通過配套邏輯優(yōu)化提高了一次調(diào)頻的正確動作率。同時也大大減少了一次調(diào)頻的無效動作次數(shù)，初步統(tǒng)計2021 年上半年一次調(diào)頻無效動作次數(shù)減少原來的1/3。

轉(zhuǎn)速在超過死區(qū)邊緣時，由于轉(zhuǎn)速離調(diào)頻函數(shù)零點非常近，一次調(diào)頻動作量接近于“0”，我們將一次調(diào)頻函數(shù)設(shè)置為分段函數(shù)，增加小頻差時調(diào)頻動作量，在大頻差時保持原有函數(shù)，既保證一次調(diào)頻在轉(zhuǎn)速死區(qū)邊緣時的一次調(diào)頻貢獻量，又保證在大頻差下一次調(diào)頻動作幅度過大，造成機組運行不穩(wěn)定。

針對運行中主汽壓力低于額定值，增加一次調(diào)頻壓力修正函數(shù)，當(dāng)主汽壓力低于額定值時，增加正向修正，加大一次調(diào)頻動作量，當(dāng)主汽壓力接近額定值時，保持原一次調(diào)頻動作量，保證壓力低于額定值時一次調(diào)頻的貢獻量。同時優(yōu)化閥門曲線，適當(dāng)增加閥門重疊度以保證閥門動作對流量和負(fù)荷的響應(yīng)速度。

增加一次調(diào)頻動作時閉鎖AGC 指令回路，當(dāng)電網(wǎng)頻率降低越限時，閉鎖減負(fù)荷指令回路，當(dāng)電網(wǎng)頻率升高越限時，閉鎖漲負(fù)荷指令回路，保證一次調(diào)頻貢獻量不被AGC 指令抵消。

摸索電網(wǎng)頻率越線時電網(wǎng)統(tǒng)計時刻與機組動作時刻時間差，盡可能使用跟電網(wǎng)統(tǒng)計時刻相符的參數(shù)作為一次調(diào)頻動作條件，必要時增加時間修正和保持回路，保證機組動作與電網(wǎng)統(tǒng)計同步，提高一次調(diào)頻合格率。

表征頻差越線的轉(zhuǎn)速測量值采用多重信號攝取，采用智能邏輯把變化最小的測量值作為參與一次調(diào)頻的動作條件，避免轉(zhuǎn)速波動造成一次調(diào)頻頻繁動作調(diào)門擺動，從而減少抗燃油系統(tǒng)管道的振動。

增加一次調(diào)頻快動緩回回路，當(dāng)一次調(diào)頻動作時，調(diào)門快速開啟，動作結(jié)束后緩慢關(guān)閉至實時閥位，既保證了一次調(diào)頻負(fù)荷貢獻量，又避免一次調(diào)頻頻繁動作導(dǎo)致負(fù)荷波動造成的低頻振蕩。同時避免一次調(diào)頻頻繁動作導(dǎo)致汽輪機調(diào)門頻繁開關(guān)造成的抗燃油系統(tǒng)管道振動。

5 結(jié)語

2021 年上半年一次調(diào)頻動作6 042 次，參與考核次數(shù)為18 126 次，不合格次數(shù)3 660 次，正確率79.8%，考核電量7 027.2 MW，考核金額263 萬元。

通過增加高精度轉(zhuǎn)速卡和優(yōu)化邏輯一次調(diào)頻正確動作率由原來的56%提高到了80%，大大減少了一次調(diào)頻的考核，同時也減少了一次調(diào)頻動作次數(shù)，保障了汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的安全，為電網(wǎng)提供了高品質(zhì)的電力。