电厂一次调频试验的研究与分析

刘玉涛 王茂松 徐海东

（1.山东黄岛发电厂，山东 青岛 266500；

2.山东科技大学大唐鲁北发电厂，山东 青岛 266510；

3.山东科技大学，山东 青岛 266510）

1 引言

频率是电能质量的重要指标之一。它既影响用户的用电，同时也影响电力系统本身的运行。发电机组的一次调频功能对电网频率的稳定至关重要，电力系统中的所有发电机组均装有调速器，如系统负荷发生变化，则每台发电机的调速器都将反应系统频率的变化，自动地调节进汽(水)阀门的开度，改变机组出力，使有功功率重新达到平衡。这就是频率的一次调整。故需要对参与电网一次调频的机组进行各种工况下的试验，并验证机组的一次调频特性是否符合要求。

2 概述

大唐鲁北发电厂三大主机锅炉、汽轮机、发电机及机组热控系统情况如下：

2.1 汽轮机

汽轮机为北京汽轮电机有限责任公司生产的N330-17.75/540/540型亚临界一次中间再热、单轴、三缸双排汽、凝汽式汽轮机。与哈尔滨锅炉厂生产的1018T/H亚临界一次中间再热、燃煤自然循环汽包锅炉及北京汽轮电机有限责任公司生产 FSN-330-2型的水氢氢冷、机端自并励发电机配套，锅炉与汽轮机热力系统采用单元制布置。本机的调节系统采用上海新华控制工程公司生产的 DEH-ⅢA型数字电液控制系统，它具有自动调节（转速和负荷自动调节）、程序控制、监视、保护等方面的功能。

2.2 锅炉

机组锅炉主设备为哈尔滨锅炉厂有限公司根据美国 ABB—CE燃烧工程公司设计制造的HG-1018/18.58-YM 23型锅炉，该锅炉为亚临界参数、一次中间再热、单炉膛自然循环汽包锅炉。设计燃用烟煤，采用平衡通风、中速磨煤机组成的直吹式制粉系统、摆动燃烧器四角切圆燃烧方式，固态排渣煤粉炉，锅炉为全钢构架，紧身封闭，炉顶为大罩壳，整体呈倒U型布置。

锅炉以最大连续负荷（MCR）工况为设计参数，最大连续蒸发量为 1020T/H，过热器、再热器蒸汽出口温度均为543℃，给水温度258.8℃。

锅炉采用摆动式燃烧器，四角布置，切向燃烧方式，燃烧器一、二次风喷嘴均可上下摆动，最大摆角约±300。锅炉采用二级点火系统，油枪的最大出力按 30%MCR工况设计，过热蒸汽温度主要靠一、二级（各两点）喷水减温器调节，再热蒸汽温度主要以燃烧器摆动调节为主。

锅炉配有炉膛安全监控系统（FSSS）、炉膛火焰电视监视装置、汽包水位电视监视装置及吹灰程控装置，自动化水平高。

2.3 发电机

发电机为北京汽轮电机有限责任公司生产的型号为 QFSN-330-2三相隐极式汽轮发电机组，主要参数为：额定输出容量/功率为388.2MVA/330MW；额定定子电压为 20kV；额定转速为 3000r/m in；频率为50Hz；额定功率因数为cosφ=0.85。

2.4 机组热控系统

机组热控系统主要由上海 GE新华控制工程有限公司提供的分散控制系统（DCS）的 XDPS-600＋系统来实现，DCS包括主要功能包括：数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、数字式电液控制系统（DEH）、旁路控制系统(BPC)、锅炉吹灰程控系统、循环水泵房控制系统等。操作人员可通过操作员站实现全厂运行状况的监视、各功能组的联锁控制、模拟量的自动调节、锅炉的燃烧管理、汽机的自启停控制等。操作员还可通过系统的自诊断功能及打印功能进行事故追忆、报表打印、系统彩色画面的硬拷贝等。

3 一次调频试验内容

3.1 控制方式

机组一次调频控制方式为DEH+CCS，即DEH内额定转速与汽轮机转速差通过一定函数计算后直接动作调门（DEH在非功率方式时）；CCS进行补偿调整，保证机组负荷满足电网要求。

3.2 DEH内的一次调频逻辑

在机组负荷165～330MW的范围内允许投入一次调频。有关参数如下：

一次调频死区：±2r/m in（负荷≥167MW）

功频调差系数：K=-2.2MW/ r/min （相当于系统速度变动率：δ=5%）

折合成能流调差率：K′=-0.66%/r/min

一次调频最大负荷变化幅度为额定负荷的±8%

一次调频负荷下限：165 MW

一次调频负荷上限：330 MW

3.3 CCS内的一次调频补偿逻辑

当一次调频动作后，CCS根据电网频率信号，经过死区处理后得出的一次调频负荷，叠加到协调控制回路的主调节器上，补偿汽机负荷变化对锅炉的影响。

3.4 一次调频曲线设定

根据《山东电网发电机组一次调频运行管理规定》规定，机组一次调频负荷补偿曲线设置见图1。

图1 一次调频负荷补偿曲线

4 一次调频试验过程

下面将分别从数字式电液控制系统（DEH）手动方式、数字式电液控制系统（DEH）功率控制方式、协调控制系统（CCS）控制方式工况下对一次调频试验进行论述。

4.1 数字式电液控制系统（DEH）手动方式

确认机组处于DEH手动方式，锅炉主控手动，其它各系统自动投入，机组负荷在 50%～90%最大连续负荷（MCR），检查一次调频动作情况。

（1）为验证逻辑正确性，保证机组安全，首先模拟机组转速为 3002～3010r/m in的适当数值下，检查一次调频动作情况，并记录参数改变前后机组各主要参数（机组负荷、转速定值、转速值、速度级压力、调门开度、响应时间及炉侧重要参数主汽压力、主汽温度、汽包水位、炉膛负压等）。待机组稳定后，将模拟的实际转速恢复到3000r/m in，检查一次调频动作情况，记录机组各主要参数。

（2）模拟机组转速为 3014r/m in，检查一次调频动作情况，并记录机组各主要参数。待机组稳定后，将模拟的机组转速恢复到3000r/m in，检查一次调频动作情况，记录机组各主要参数。

4.2 数字式电液控制系统（DEH）功率控制方式

将DEH功率回路投入运行，锅炉主控手动，其它各系统自动投入，机组负荷在50%～90%最大连续负荷（MCR），检查一次调频动作情况。

模拟机组转速为3014r/m in，检查一次调频动作情况，并记录机组各主要参数。待机组稳定后，将模拟的机组转速恢复到3000r/m in，检查一次调频动作情况，记录机组各主要参数。

4.3 协调控制系统（CCS）控制方式

确认机组处于CCS控制方式，其它各系统自动投入，机组负荷在 50%～90%最大连续负荷（MCR），检查一次调频动作情况。

分别模拟机组转速为3008RPM 和3014RPM，检查一次调频动作情况，记录机组各主要参数。待机组稳定后，将模拟的机组转速恢复到3000r/m in，检查一次调频动作情况，记录机组各主要参数。

5 一次调频试验记录

DEH手动方式、DEH功率方式、CSC协调方式下一次调频试验数据记录见表1～3。

6 一次调频试验分析

大唐鲁北发电有限公司1号机组一次调频参数按照《山东电网机（厂）网协调技术要求》（调技[2008]106号）的要求进行设置，机组转速不等率为 5%，一次调频死区为±2r/min，（0.034Hz），一次调频负荷变化幅度为26.4MW（额定负荷330MW 8%×）。

机组热态试验在单阀方式下进行，在3种运行方式下进行6个试验：DEH手动、DEH功率自动及CCS协调控制方式，分别通过模拟实际转速与额定转速差进行增减负荷试验。通过记录的数据可以看出以下几点：

表1 DEH手动方式下一次调频试验数据

表2 DEH功率方式下一次调频试验数据

表3 CSC方式下一次调频试验数据

（1）DEH手动方式，机组功率控制为开环调节，在机组转速偏差为±14r/m in时，汽机调门动作迅速，负荷响应时间小于3s，在15s时负荷补偿量达到11.75MW和18MW，45s时负荷变化13.33 MW和 15.8MW，机组主汽压力最大变化 0.32MPa，汽包水位和炉膛压力等主要参数波动符合《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》（DL/T 774-2004）要求，机组运行稳定。

（2）DEH功率控制方式为机组负荷闭环控制。汽机调门动作迅速，负荷反应的迟延时间小于3s，在15s时负荷变化分别为21.10和20MW，45s时负荷变化 27和 24.6MW，机组主汽压力变化较大为0.54MPa，汽包水位和炉膛压力等主要参数波动符合《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》（DL/T 774-2004）要求，机组运行稳定。

（3）机组投入CCS协调控制方式， 负荷为闭环控制，同时燃烧为自动控制，汽机调门动作迅速，负荷响应时间小于3s，在15s时负荷变化分别为18.7和18.5MW，45s时负荷变化22.7和22.6MW，主汽压力变化最大 0.48MPa，汽包水位和炉膛压力等主要参数波动符合《火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程》（DL/T 774-2004）要求，机组运行稳定。

7 结论

大唐鲁北发电有限公司1号机组一次调频功能基本满足《山东电网机（厂）网协调技术要求》（调技[2008]106号）规定的技术要求。

[1] 华北电网有限公司. 华北电网发电机组一次调频运行管理规定.2006.

[2] 张斌.自动发电控制及一次调频控制系统.北京:中国电力出版社,2005.

[3] 山东电网有限公司. 山东电网机(厂)网协调技术要求.2008.

[4] 姚俊,高磊.陈维和等.900MW 超临界机组协调控制及AGC策略的研究与应用.中国电力出版社,2005.