邴長江，李紹輝，張 強，褚云山，胡紹宇

(1.國電康平發(fā)電有限公司，遼寧 沈陽 110500；2.國家電投集團數(shù)字科技有限公司，北京 100080；3.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006 )

隨著我國工業(yè)化水平不斷提高,國家對環(huán)境污染越來越重視，燃氣鍋爐機組建設更加廣泛。為保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行，提高電能質量及電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性，燃氣鍋爐機組需承擔電網(wǎng)調(diào)頻任務。為此，遼寧電網(wǎng)主動開展燃氣鍋爐機組一次調(diào)頻試驗工作，并驗證一次調(diào)頻邏輯及參數(shù)設置是否滿足國家、行業(yè)的相關標準與電網(wǎng)調(diào)度要求[1-3]。

1 機組概述

某新建燃氣鍋爐采用四川川鍋鍋爐有限責任公司生產(chǎn)的CG-340/13.7-Q2型超高壓、高溫、中間再熱、自然循環(huán)燃氣爐，鍋爐構架全部采用鋼架結構，鍋爐本體采用倒U型布置。汽輪機采用東方汽輪機有限公司生產(chǎn)的N100-13.24/538/538型超高壓、高溫、一次再熱、六段抽汽、凝汽式汽輪機。分散控制系統(tǒng)DCS與汽輪機電液控制系統(tǒng)DEH采用西門子公司生產(chǎn)的PCS7-410H控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)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)等。

燃氣鍋爐相比燃煤鍋爐大大改善了對環(huán)境的污染，且減少了引風機、除塵器、除渣器等燃煤鍋爐必備的設備，在初期投資及占地面積等方面也最為經(jīng)濟。燃氣鍋爐內(nèi)雜質較少，鍋爐受熱面不會被腐蝕及結渣，使鍋爐連續(xù)運行周期延長。燃氣鍋爐比傳統(tǒng)燃煤鍋爐在初期投資及后期機組穩(wěn)定運行方面具有更多優(yōu)勢[4-5]。

2 一次調(diào)頻主要參數(shù)及考核標準

2.1 主要參數(shù)

a．轉速不等率是指機組在調(diào)節(jié)系統(tǒng)給定值不變的情況下，汽輪機由空負荷至額定負荷時對應的轉速變化量與額定轉速的比值，通常以百分數(shù)形式表示為

δ=Δn/n0×100%

(1)

式中：Δn=n1-n2，n1為機組空負荷轉速；n2為機組滿負荷轉速；n0為汽輪機額定轉速。

機組參與一次調(diào)頻的能力由轉速不等率決定。轉速不等率越小，表示機組參與一次調(diào)頻能力越強，但會對機組穩(wěn)定運行造成影響；轉速不等率越大，參與一次調(diào)頻的能力越弱，影響電網(wǎng)自平衡能力。一般轉速不等率為4%～5%。

b.一次調(diào)頻響應滯后時間為運行機組電網(wǎng)頻率最后一次超過一次調(diào)頻死區(qū)時，機組負荷向正確調(diào)頻方向開始變化所需時間。

c.一次調(diào)頻穩(wěn)定時間為運行機組電網(wǎng)頻率超過一次調(diào)頻死區(qū)時，機組負荷達到一次調(diào)頻動作目標值范圍內(nèi)所用時間。

d.一次調(diào)頻死區(qū)為機組轉速位于額定轉速附近變化時，一次調(diào)頻不動作的轉速區(qū)。

e.負荷變化幅度為機組參與一次調(diào)頻負荷變動的上下限，當電網(wǎng)頻率變化過大時，機組負荷不再隨調(diào)頻負荷變化而變化，從而保證機組運行穩(wěn)定。負荷變動幅度限制越小，機組參與一次調(diào)頻能力越弱[6-8]。

2.2 考核標準

a.運行機組參與一次調(diào)頻的響應時間應小于3 s，即在3 s內(nèi)機組負荷超過一次調(diào)頻死區(qū)向正確調(diào)頻方向變化。

b.運行機組參與一次調(diào)頻的穩(wěn)定時間應小于60 s，即在60 s內(nèi)機組一次調(diào)頻產(chǎn)生最大負荷。

c.運行機組參與一次調(diào)頻的負荷響應速度在15 s內(nèi)達到75%目標負荷，在30 s內(nèi)達到90%目標負荷。

d.運行機組參與一次調(diào)頻的死區(qū)應該不大于±2 r/min(±0.033 Hz)。

e.參與一次調(diào)頻的負荷變化幅度不小于±10%額定負荷。

3 一次調(diào)頻試驗分析

3.1 一次調(diào)頻實現(xiàn)方式

當機組并網(wǎng)運行時，正常工況下機組處于協(xié)調(diào)方式或AGC方式運行，此時一次調(diào)頻功能由DEH控制系統(tǒng)和CCS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)共同實現(xiàn)。當轉速差或者頻差超過一次調(diào)頻動作死區(qū)時，一次調(diào)頻信號由DEH控制系統(tǒng)直接作用在汽輪機調(diào)節(jié)門指令上，使機組負荷快速響應一次調(diào)頻需求，同時CCS側的負荷設定值也疊加一次調(diào)頻信號，使機組負荷和主蒸汽壓力維持穩(wěn)定，并發(fā)出與DEH側一次調(diào)頻動作方向相同的指令作用到汽輪機調(diào)節(jié)門，從而實現(xiàn)穩(wěn)定、快速的一次調(diào)頻功能[9-10]。其原理如圖1所示。

圖1 一次調(diào)頻控制原理

3.2 試驗方法及過程

該新建燃氣鍋爐機組運行的負荷控制方式為AGC控制方式，汽輪機閥門運行方式為單閥。試驗時機組退出AGC控制方式，處于CCS控制方式，試驗工況在60%額定負荷、75%額定負荷、90%額定負荷下進行。

將機組穩(wěn)定在需要的試驗工況負荷下，在工程師站手動改變一次調(diào)頻測量轉速偏差值，分別施加±4 r/min、±6 r/min、±17 r/min 的轉速偏差擾動，持續(xù)60 s后，手動將測量轉速偏差值恢復為零，同時記錄該一次調(diào)頻動作過程中的機組有功功率、調(diào)節(jié)門開度、主蒸汽壓力、轉速差等各項參數(shù)；待機組負荷、壓力等運行參數(shù)穩(wěn)定后，繼續(xù)試驗，直至該負荷工況下各個轉速差擾動試驗結束，調(diào)整機組負荷至下一個試驗工況，重復以上試驗步驟；直至所有負荷工況結束，恢復系統(tǒng)至試驗前狀態(tài)。

3.3 試驗結果分析

在該新建燃氣鍋爐機組60%額定工況下進行試驗，強制機組轉速2994 r/min，并記錄機組一次調(diào)頻動作過程中的數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 轉速偏差-6 r/min一次調(diào)頻試驗曲線

由圖2可知，一次調(diào)頻死區(qū)2 r/min，設計轉速不等率為5%，理論測試在-6 r/min的頻差負荷為2.67 MW，實際測試功率由一次調(diào)頻動作前的60.12 MW升到一次調(diào)頻動作穩(wěn)定后的64.69 MW，實際動作頻差負荷為4.57 MW，實際調(diào)頻負荷是理論調(diào)頻負荷的171.2%。機組實際負荷越過一次調(diào)頻動作負荷后，仍繼續(xù)增加調(diào)頻負荷，調(diào)節(jié)門開度也一直增大，說明實際負荷動作是一次調(diào)頻理論調(diào)頻負荷1.71倍。發(fā)現(xiàn)試驗異常后，查閱汽輪機主控設定值歷史記錄數(shù)據(jù)為65.24 MW，說明一次調(diào)頻動作后CCS側汽輪機主控疊加2次一次調(diào)頻頻差負荷，導致試驗數(shù)據(jù)不合格，危害機組安全，不利于電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。經(jīng)研究后在線修改CCS側一次調(diào)頻邏輯，刪除一次調(diào)頻頻差函數(shù)并在線下裝該邏輯，重新進行試驗。

繼續(xù)進行各工況下不同轉速差的一次調(diào)頻試驗，檢查一次調(diào)頻動作并核實機組動作調(diào)頻負荷，記錄機組相關參數(shù)，包括有功功率、調(diào)節(jié)門開度、主蒸汽壓力、汽包水位，在相同轉速偏差工況下，使機組能夠穩(wěn)定運行。在釋放強制轉速信號時，要避免汽輪機轉速發(fā)生偏差，保證機組穩(wěn)定運行。

試驗結果表明，機組一次調(diào)頻響應時間均小于3 s，滿足一次調(diào)頻響應時間要求；在第15 s時機組調(diào)頻負荷均達到該工況下理論調(diào)頻負荷的75%以上，滿足一次調(diào)頻調(diào)整幅度要求；機組進行60 s一次調(diào)頻調(diào)整后，機組實際調(diào)頻負荷達到理論調(diào)頻負荷90%以上，滿足一次調(diào)頻負荷調(diào)整幅度偏差的要求。

4 結語

對某電廠新建燃氣鍋爐機組開展一次調(diào)頻在線試驗，一次調(diào)頻各考核指標均滿足規(guī)程要求，可以發(fā)揮其一次調(diào)頻功能。

由于該機組首次投運未進行過一次調(diào)頻試驗，為保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定對其進行一次調(diào)頻試驗十分必要。在試驗中可以檢查其一次調(diào)頻功能的正確性,并掌握該機組一次調(diào)頻性能，為該電廠參與電網(wǎng)一次調(diào)頻提供有力的數(shù)據(jù)支撐。