一次调频在尼尔基发电厂的试验及应用

宋飞飞，陈佰力

（1.嫩江尼尔基水利水电有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔161005；2.水利部松辽水利委员会，吉林长春130021）

尼尔基水电厂位于嫩江干流中游，装机容量4×62.5 MW，装机利用小时数2458 h，电站承担电力系统调峰、负荷备用、事故备用和基荷。于2006年7月16日首台机组发电。水轮机为轴流转桨式，型号为ZZA833-LH-640。调速器采用武汉事达电气DFWST-150-6.3可编程微机调速器，导叶桨叶协联运行。

1 一次调频和二次调频的定义及区别

1）一次调频。各机组并网运行时，受外界负荷变动影响,电网频率发生变化，这时，各机组的调节系统参与调节作用，改变各机组所带的负荷，使之与外界负荷相平衡。同时，还尽力减少电网频率的变化，这一过程即为一次调频。

2）二次调频。一次调频是有差调节，不能维持电网频率不变，只能缓和电网频率的改变程度。所以还需要利用同步器增、减速某些机组的负荷，以恢复电网频率，这一过程称为二次调频。只有经过二次调频后，电网频率才能精确地保持恒定值。二次调频目前有两种方法：由调总下令各厂调整负荷；机组采用AGC方式，实现机组负荷自动调度。简单地说，一次调频是水轮机调速系统要据电网频率的变化，自发的进行调整机组负荷以恢复电网频率，二次调频是人为根据电网频率高低来调整机组负荷。

2 一次调频试验目的

电力系统运行的主要任务之一，就是对频率进行监视和控制，而发电机组的一次调频功能对维持电网频率的稳定至关重要。为保证东北电网及并网运行发电机组的安全稳定运行，提高电能质量和电网频率控制水平，防止机组事故跳闸导致系统频率恶性事故发生，根据东北电网有限公司文件《东北电网发电机组一次调频调度管理暂行规定》（东电调通［2006］429）的通知，要求对并入220 kV电网的水电机组一次调频参数进行测试，水轮机调速器人工死区、永态转差系数、比例增益、积分增益、微分增益等参数与水电机组的一次调频密切相关，各参数的合理整定与优化设置对于机组一次调频功能的有效发挥至关重要。为更好到发挥水电机组的一次调频作用，进一步加强电网的稳定性，改善电能质量，应严格按照相关技术规程和东北电网有限公司的要求，根据机组状况和其在电网中的调频、调峰作用，利用测试手段控制水轮机调速器人工死区整定值，合理安排调速器的永态转差系数，优化动态调节品质的其它调节参数。

3 一次调频技术指标

根据《东北电网发电机组一次调频调度管理暂行规定》，一次调频试验机组应该达到的、需要通过现场试验进行优化的技术指标如下：机组一次调频的频率死区控制在±0.05 Hz；机组的永态转差率不大于4%；最大调整负荷限幅：为确保一次调频投入后机组的安全运行，暂定一次调频的最大调整负荷限制幅度为机组额定负荷的±10%；机组调速器转速死区小于0.04%；额定水头在50 m及以上的水电机组，其一次调频负荷响应滞后时间应小于4 s；额定水头在50 m及以下的水电机组，其一次调频负荷响应滞后时间应小于8 s；当电网频率变化超过机组一次调频的频率死区时，机组一次调频的负荷调整幅度应在15 s内达到该工况下的一次调频最大负荷调整幅度的90%；在电网频率变化超过机组一次调频死区时开始的45 s内，机组实际出力与机组响应目标偏差的平均值应在机组额定有功出力的±5%以内。

4 试验流程

1）在停机状态下进行一次调频试验接线，接线无误后进行试验。

2）有功功率、导叶开度输入信号率定。

3）调整负荷到10%额定负荷，断开机频PT接线，模拟“PT断线”故障，以检验调速系统的保护功能。

4）校核机组一次调频的响应行为：将调速器人工频率死区设为±0.05 Hz，设定为4%，通过TG2000的频率信号发生器功能在额定频率50 Hz基础上分别施加 正负阶跃频率偏差信号（±0.10 Hz、±0.15 Hz、±0.20 Hz），每个信号持续 60 s，以检验调速器的响应行为。如其响应行为不能满足规定的技术指标，则对调速器及系统的相关程序及参数进行修改后并重新进行试验。

5）校核机组一次调频的最大调整负荷限幅：试验工况同上4），通过TG2000的频率信号发生器功能，在额定频率50 Hz基础上给调速系统施加±0.25 Hz阶跃频率信号，机组负荷变化值不应超过±10%额定负荷，如超过则对调速器及系统的相关程序及参数进行修改后并重新进行试验。

6）跟踪电网频率试验：切除TG2000测试仪的输出模拟频率信号，恢复电网PT接线，将机频信号接至TG2000测试仪上机组频率输入端；机组AGC系统投入运行。通过TG2000测试仪，对电网频率、有功功率和导叶开度信号进行录波，记录电网频率越过机组一次调频频率死区时调速器动作情况（如系统频率较稳定，很难超过频率死区时，可将调速器的人工死区设定值相对减小，试验结束后再恢复）。

7）在停机状态下进行一次调频试验拆线及恢复。

5 一次调频试验数据统计

发电厂名称：尼尔基发电厂

机组号：1号机组

试验开始时间：2009年11月03日13∶57

试验结束时间：2009年11月03日13∶59

1）机组基本数据。机组容量为62.5 MW；机组类型为轴流转浆式水轮发电机；调速器类型为微机自复中式；机组运行方式为浆叶协联。

2）一次调频设定数据。死区设定值为+0.05/-0.04，标准值为不大于±0.05 Hz；最大调整负荷限幅设定为+8.30%/-9.70%，标准值为不大于±10%；速度变动率标准值为4%～5%。

3）试验开始前和结束后的机组主要参数。试验前机组负荷为50.36 MW；试验后机组负荷为51.58 MW；试验前机组转速为107.12 r/min；试验后机组转速：106.97 r/min。

6 一次调频在尼尔基发电厂的应用

1）经过校核，调速系统测频回路的测频最大误差+0.0008～-0.0004 Hz，满足±0.005 Hz范围要求。

2）静特性试验数据：bp=4%时，ix=0.032%≤0.04%，ε=0.56%≤5%，bp=4.0%≤4%，满足“规定”要求。

3）为了满足一次调频性能的要求，经过几组动特性调整试验优化，最终确定调整参数bp=4%，bt=6%，Tn=4，Td=0.5，频率人工死区设定值为+0.05～-0.04 Hz。

4）机组一次调频负荷响应滞后时间最大为0.41 s，符合小于8 s的要求；机组一次调频负荷响应稳定时间（负荷调整幅度达90%）最大为11.60 s，符合小于15 s的要求；机组一次调频负荷完全响应时间最大为16.18 s，符合小于45 s的要求。

5）机组最大调整负荷幅度为+8.30%～-9.70%，调速器能够对机组一次调频的出力调整幅度进行±10%有效限制。

6）投入一次调频功能后，当电网频率越过一次调频死区时，导叶开度和负荷能够随网频率变化而产生正确响应。

7）试验数据分析表明：尼尔基1号机试验数据满足《规定》要求，具备一次调频功能。

［1］DL/T496-2001，水轮机电液调节系统及装置调整试验导则［R］.

［2］东电调通［2006］429号，东北电网发电机组一次调频调度管理暂行规定［R］.