一次调频正确动作率低的原因分析及处理

徐小刚

（大唐河北发电有限公司马头热电分公司，河北 邯郸 056044）

1 概述

一次调频是有差调节，当电力系统频率偏离目标频率时，发电机通过调速系统的自动反应，使发电机有功出力增加或降低，从而自动减小频率偏差。一次调频是维护电网稳定的重要手段。华北电监局2009年初颁布了《华北区域发电厂并网运行管理实施细则》和《华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》（简称“两个细则”）。“两个细则”中规定：“一次调频正确动作率按机组考核。对于一次调频月正确动作率小于80%的机组，考核相应电量”。

在“两个细则”考核前几个月，大唐河北发电有限公司马头热电分公司（简称“马头发电公司”）2台300MW机组一次调频正确动作率较低，不能满足华北区域并网发电厂“两个细则”对火电机组一次调频性能的要求。为满足华北区域并网发电厂“两个细则”对火电机组一次调频性能的要求，寻找一次调频动作正确率低的主要原因，并进行了整改。

2 一次调频控制策略介绍

马头发电公司一次调频不设投切开关，DEH系统（西屋DCS）本身设计有一次调频功能，而投入CCS（和利时DCS）控制后，DEH侧一次调频回路退出，由CCS完成一次调频功能。即在CCS控制阀门指令出口直接叠加一次调频指令，同时在负荷给定值中设计有一次调频校正回路，防止一次调频动作后，协调控制对综合阀位有反向的调节。为了保证调节品质，一次调频的转速信号做了“三取中”处理。一次调频动作原理见图1。

图1 一次调频动作原理

根据图1可知，转速信号通过折线函数直接转换成对应的阀门开度（负荷），叠加到CCS指令中。由于投入CCS控制后，DEH侧一次调频回路退出，CCS指令将直接送各阀门特性曲线，保证了一次调频动作及时性。为保证机组投入CCS控制前后，一次调频动作的一致性，CCS和DEH中的折线函数应使用相同的参数设置。根据河北电力调度通信中心要求，实际负荷≥50%Pe，开始考核统计，因此机组一次调频的功能几乎全部都在CCS内实现。

3 一次调频正确动作率低的原因分析

3.1 转速变动率设置过高

转速变动率是指汽轮机由满负荷到空负荷的转速变化与额定转速之比。汽轮机在正常运行时，当电网发生故障或汽轮发电机出口开关跳闸，使汽轮机负荷甩到零，这时汽轮机的转速先升到一个最高值，然后下降到一个稳定值，这种现象称为“动态飞升”。转速上升的最高值由转速变动率决定，转速变动率越大，转速上升越高，汽轮机危险越大。《华北电网发电机组一次调频管理规定》要求：“火电机组调速系统的转速变动率为4%～5%，出口限幅为8%”。转速变动率是汽轮机控制系统的重要指标，反映了转速和负荷的平衡关系。DCS系统中转速变动率是可调的，可通过一次调频中的频差折线函数来设置不同的转速变动率。

马头发电公司2台机组一次调频频差折线函数f（x）参数设置见表1。

表1 一次调频频差折线函数f（x）参数

为了计算转速变动率，查找资料发现以下3种一次调频频差折线设置方法均符合“两个细则”的要求。3种频差折线见图2。

图2 一次调频频差折线

图2中折线1出死区后有一个阶跃，折线3是曲线1平移后得出的，动作后负荷百分比偏小，因此马头发电公司选取折线2作为设置计算依据。根据折线2反推计算转速变动率：

则转速变动率δ≈0.056 1＝5.61%；

通过以上分析计算可知：该机组转速变动率约为5.61%，一次调频出口限幅为7.231%，与《华北电网发电机组一次调频管理规定》明显不符。转速变动率设置过高，会导致一次调频动作幅度偏小，影响一次调频的调节品质。通常网频出现偏差的幅度小、时间短，同时考虑转速测量误差和调门特性不线性的影响，可能会造成一次调频正确动作率降低。

3.2 转速测量值偏差较大

一次调频考核统计系统要求“网频超过0.033 Hz持续3s以上，并达到0.04Hz且小于0.05Hz时，认为是一次小扰动，只要功率有0.01MW的变化就认为功率有动作。”取其动作的方向折算成转速：

0.033Hz×60s＝1.98r/min

0.04Hz×60s＝2.4r/min

0.05Hz×60s＝3r/min

ΔS＝（2.4 －1.98）r/min～（3 －1.98）r/min＝0.42～1.02r/min

即转速差值超过1.98r/min，并到达2.4r/min且小于3r/min时，考核系统认为是一次小扰动。但如果汽轮机转速测量误差超过0.42r/min，且网频出现小扰动时，一次调频可能不动作或提前动作，导致一次调频正确动作率和调节品质下降。

马头发电公司2台机组CCS的3路转速信号均采自TSI专用保护模块AO输出，通过硬接线接入DCS（和利时），其中1路信号接入20号站（CCS），另外2路接入30号站，然后通过网间传输送至20号站。现场检查时发现，3路转速间最大偏差高达2r/min，而且2路网间传输的转速值明显存在滞后现象。而直接接入20号站的转速与RTU送中调的网频进行多次人工比对，发现也存在0.5～0.8r/min的误差。三取中后转速偏差较大，严重影响一次调频的正确动作。

3.3 调门特性曲线存在死区

马头发电公司10号机组阀门特性曲线重叠度存在较大的死区，在升降负荷时CCS指令给出后，CCS指令在72.85%～78.02%时，调门开度增减，但负荷不发生变化，直到CCS指令超出78.02%，负荷开始响应。

同理机组负荷在250MW左右时，当频差信号大于死区，一次调频动作时，虽然调门动作明显，但负荷几乎没有响应。导致一次调频一定的负荷区间，几乎失去作用。严重影响了一次调频的正确动作率。

3.4 主蒸汽压力动静态调节品质差

马头发电公司推行配煤掺烧后，虽然发电成本明显降低，但是燃煤热值较设计值明显偏低，且稳定性较差。同时，给粉机投入自动层数较少，一共5层给粉机，一般实际投入3层，有时甚至为2层。造成主蒸汽压力自动动态、静态特性较差。机前压力不稳定，时常造成调门小幅调整时，机组负荷响应不明显。机组投入滑压运行后，低负荷时，由于压力较低，与额定压力相比，同样的阀位指令往往不能转换为相当的负荷。这都对一次调频效果产生不利影响。

4 处理措施及效果

4.1 处理措施

4.1.1 修改转速变动率

由3.1节可知，马头发电公司2台机组的转速变动率设置为5.61%，出口限幅为7.213%，不符合“火电机组调速系统的转速变动率为4%～5%，出口限幅为8%”的规定。经过讨论分析，认为应将出口限幅应根据规定修改为8%。考虑到转速变动率越小，网频变化时，负荷动作值越大，可能造成一次调频误动作。转速变动率的取值暂时确定为5%，如果仍然不能满足“两个细则”要求，则考虑将其逐步降低。死区仍设置为±2r/min。

根据图2反推计算频差幅值：

反推频差幅值x＝13.84r/min。

根据此频差幅值设置折线函数f（x）参数，见表2。

表2 一次调频频差折线函数f（x）参数表

4.1.2 修正汽轮机转速

一次调频考核系统统计数据主要以RTU中送出的网频和实际负荷信号为准，因此可以采用人工比对的方法，根据考核系统采集的网频信号对3路转速信号进行修正。

考虑到有2路转速信号为网络传输点，存在滞后现象，因此将其作为备选信号。直接接入20号站的转速信号单独作为常用信号，接入到一次调频频差折线函数f（x）中，计算一次调频动作的流量指令信号。将转速1设为常用信号，当转速1质量坏时，切换至转速2，依此类推，汽轮机转速三选原理见图5。

修正后，转速1与网频变化趋势基本吻合，作为一次调频频差的主要判断信号。当其出现故障时，则临时切换至另外2路网络传输点。

4.1.3 整定汽轮机调门特性曲线

图3 汽轮机转速三选原理

调门特性曲线不合适的问题可以通过重新整定阀门特性曲线来解决，但重新整定需要有汽轮机厂家专业人员参与，并通过现场试验确定，同时还需要考虑汽轮机热效率等因素，因此阀门特性曲线的重新整定是比较复杂且较难确定的。因此可以就3.3节中死区这部分的特性曲线进行小幅整定，以达到尽可能减少调门特性曲线对一次调频不利影响的目的。查询组态，机组调门流量特性曲线见图4。

图4 机组调门流量特性曲线

从特性曲线来看，流量指令在73.07%～78.02%，刚好处于CV1、CV2越过拐点进入小流量区，而CV3调门预启阀开度设定小造成流量线性度差。因此考虑将CV3、CV4的特性曲线整体平移，跨过不好的线性区域，即CCS协调指令73.07%对应CV3的开度为13.441%（通过大量的历史曲线佐证，CV3实际预启开度约为13.441%），且CV4的特性曲线随CV3的特性曲线做出相应的调整。重新计算后调门流量特性曲线见图5。

图5 机组调门流量特性曲线

在机组运行期间，切换“单阀控制”后，对机组调门流量特性曲线进行了上述优化。

4.1.4 整定主蒸汽压力自动调节参数

主蒸汽压力动静态调节品质差的问题，可以通过优化控制策略，整定自动调节参数来解决。首先要求运行人员投入主压力控制后，必须长期保持4层给粉机投入自动，让更多的给粉机参与到主蒸汽压力控制。在此基础上，对每层给粉机设定了不同的转速上下限，并依照“宝塔”型燃烧火焰，自动给4层给粉机分配燃烧指令。缓解燃煤热值降低后，灰量增大对过热器、再热器受热面磨损加剧的问题。另外还采用小幅缩减滑压曲线范围的方法，提高了低负荷时，主蒸汽压力的设定值，减小了机组滑压运行对一次调频的影响。控制逻辑修改后，连续在线整定主蒸汽压力自动调节参数，确保机组主蒸汽压力的调节品质。

4.2 效果

马头发电公司2台机组一次调频优化后，一次调频正确动作率均达到95%以上，满足了“两个细则”的要求。

5 结束语

转速不等率、汽轮机转速测量值偏差、汽轮机调门特性曲线和主蒸汽压力动静态特性都会对一次调频动作正确率产生影响，当机组一次调频正确动作率偏低，不符合电网“两个细则”的要求时，可通过修改转速变动率、修正汽轮机转速信号和整定调门特性曲线等优化措施，提高机组的一次调频的正确动作率。影响一次调频动作的因素很多，对一次调频的优化是一个长期动态的过程，要不断的跟踪分析，并逐步掌握和运用各种不同优化策略，才能达到理想的效果，提高公司的经济效益，维护电网稳定。

［1］ 华北电监市场［2008］16号，华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则（试行）［S］.

［2］ 华北电监市场［2008］16号，华北区域发电厂并网运行管理实施细则（试行）［S］.

［3］ 华北电集调［2003］14号，华北电网发电机组一次调频管理规定［S］.