一次调频性能分析和评价

李晓军

(大唐渭河热电厂,陕西咸阳 712085)

一次调频性能分析和评价

李晓军

(大唐渭河热电厂,陕西咸阳 712085)

本文介绍了大唐渭河热电厂1号汽轮机组的一次调频及其调节系统的数学模型,以及调节系统参数静态测试和动态测试的条件、测试过程,以及测试结果,并对测试结果及机组一次调频的性能进行了分析和评价。

汽轮机 调节系统 一次调频

1 概述

各发电厂投入一次调频后可以提高电能质量及电网频率的控制水平，可以达到迅速消除由于电网负荷变化引起的频率波动。一次调频的主要技术指标有转速不等率、调频死区、调频负荷范围。频率是衡量电网供电质量的标准之一，并网机组参与电网一次调频是保证电网供电频率和电网安全稳定运行的重要手段。我厂1号汽轮机型号为C250/N300-16.7/537/537，是哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、抽汽凝汽式汽轮机。本机共设有8级回热抽汽，分别供3台高加、1台除氧器和4台低加使用，除氧器采用滑压运行，各级加热器疏水采用逐级自流。机组高压转子有一个单列调节级和12个压力级；中压转子有11个压力级；低压转子有2×6个压力级。1号汽轮机控制系统主要由DCS分散控制系统和DEH数字电液调节系统组成。DCS控制部分为北京和利时系统工程股份有限公司的Hollias—MACSV控制系统，汽轮机数字电液调节系统为西屋公司Ovation控制系统。该系统能独立完成汽轮机的调节控制、压力控制和安全保护，实现从盘车到并网的转速控制、负荷控制，并能进行频率调节和负荷限制。

2 测试项目及其方法

2.1 测试项目

汽轮机及其控制系统参数测试项目一般包括控制系统静态测试、机组带负荷试验、汽轮机甩负荷试验、汽轮机动态扰动试验等四大类。

信号采集器为香港嘉兆科技有限公司西安分公司采用美国IOTECH采集板生产的24通道DAQLAB2005型便携式记录仪，信号源采用浙江劲仪仪表厂生产的JY822过程校验仪。

2.2 带负荷试验

机组带负荷试验于2009年5月18日15时12分开始，17时19分结束。机组正常带负荷运行，通过改变机组的负荷指令，测量记录机组负荷与阀门开度之间的关系，测试条件及测试过程具体内容如下：(1)试验时机组保持定压运行，DEH负荷回路未投入，CCS系统投入自动；(2)切除一次调频功能，保证机组负荷的变化完全由给定输入值来确定；(3)试验期间，回热系统正常投入，机侧主蒸汽压力及温度、再热蒸汽压力及温度、凝汽器真空等参数基本在额定值；(4)机组负荷从220MW上升至300MW，再由300MW下降至267MW，之后升至284MW。数据采集器以1Hz的采样频率记录机组负荷、高压调节阀开度(油动机行程)等参数。

通过该项试验，得到了机组负荷与调节阀开度之间的关系，结合静态试验时获得的机组转速上行和下行的测试曲线，可得到机组的速度不等率。

2.3 动态扰动试验

2.3.1 测试条件

本试验于2009年5月18日16时24分进行，其测试条件如下：(1)油系统、DEH系统工作正常，机组投入一次调频，且各负荷区域运行稳定；(2)转速死区为±2r/min；(3)试验过程中机组的目标负荷保持不变；(4)为避免在试验过程中其它环节对一次调频功能的限制，切除AGC、压力控制回路，并设置机侧主汽压力、调节级压力等监视段参数。(5)试验期间尽量维持主汽压力稳定、再热蒸汽温度和凝汽器真空在额定值附近。

2.3.2 阶跃响应特性试验

(1)DEH投入功率控制及一次调频功能，CCS撤除一次调频功能；(2)由热工人员从DEH工程师站将转速给定分别强制为3007r/min和3013r/min，此时机组负荷快速增加，待机组负荷稳定后，热工人员将转速给定恢复为3000r/min；(3)CCS投入一次调频功能，DEH撤除一次调频功能；(4)由热工人员从DCS工程师站将转速给定强制为3015r/min，待机组负荷稳定后，热工人员将转速给定恢复为3000r/min。(5)数据采集器以1kHz的采样频率记录试验过程中机组负荷、转速、频差、总阀位指令、高压调节阀开度位置反馈信号、机侧主汽压力、调节级压力、高压缸排汽压力、再热器热段压力和六段抽汽压力等参数。

通过本试验，获得阶跃扰动时机组各主要部分参数的变化规律，利用转速降低过程的试验数据，结合开发研制的参数辨识系统软件，对高压容积、再热容积和联通管容积时间常数进行辨识，获得相关时间常数。

2.3.3 汽轮机斜坡响应特性试验

(1)CCS系统投入，机组当前负荷200MW；(2)在DCS操作站，由运行人员将升负荷率设为9MW/min，目标设为250MW；(3)运行适当增加燃料，待主汽压力有上升趋势时，在DCS操作盘按“执行”键开始增加机组负荷，机组负荷由200MW增加至250MW；(4)机组约2～3分钟稳定后，由运行人员再次将目标负荷设为300MW；(5)运行适当增加燃料，待主汽压力有上升趋势时，在DCS操作盘按“执行”键开始增加机组负荷，机组负荷由250MW增加至300MW；(6)数据采集器以1kHz的采样频率记录以上整个过程机组负荷、总阀位指令、高压调节阀开度(油动机行程)反馈、机侧主汽压力、速度级压力、高压缸排汽压力、再热器热段压力、六段抽汽压力等参数变化数据。

3 试验结果

机组DEH及CCS系统转速死区设为±2r/min，不等率为5.5%，一次调频负荷变化限幅为6%额定负荷。1号机组一次调频性能分析如下：

(1)DEH系统功率控制方式。转速给定值由3000r/min阶跃至3013r/min时，总阀位指令在0.16s增至91.455%；CV1在0.496s开至29.189%；CV2在1.157s开至28.111%；CV3在0.661s开至28.908%；机组功率、主汽压力、调节级压力在1.57s开始响应转速偏差变化；再热器热段压力、六段抽汽压力分别在2.727s和3.636s开始响应转速偏差变化。功率在13.14s增加18.39MW，在33.305s开始稳定。

转速给定值由3013r/min阶跃至3000r/min时，总阀位指令在0.248s关至81.807%；CV1、CV2、CV3在0.413s分别关至22.164%、23.532%、22.634%；功率在1.48s开始响应转速变化，在21.567s减少18.09MW。

(2)DCS系统在CCS控制方式。转速给定值由3000r/min阶跃至3013r/min时，在1.592s总阀位指令、CV1、CV2、CV3分别开至84.558%、25.438%、22.97%；23.381%；功率在2.316s开始响应转速变化，在52.524s增加13.80MW。

转速给定值由3013r/min阶跃至3000r/min时，功率在2.59s开始响应转速变化，在37.33s减少9.95MW。

《陕西电网发电机组调速系统参数测试及一次调频工作管理规定》中第16条、第17条和第18条中规定：火电机组参与电网一次调频的响应滞后时间、对目标出力完全响应时间及稳定时间分别为3s、15s、45s；第19条中规定：额定负荷300MW及以上的火电机组参与一次调频的负荷变化限制幅度为机组额定负荷的±6%。

上述数据说明1号机组DEH控制系统在功率控制方式下参与一次调频的响应滞后时间、对目标出力完全响应时间及稳定时间满足《陕西电网发电机组调速系统参数测试及一次调频工作管理规定》中第16条、第17条和第18条的规定。DCS控制系统在CCS方式下一次调频的性能不甚理想。

4 结语

测试中由于DEH系统输出通道有限，只接了CV1、CV2、CV3高调门位置反馈信号，无CV4高调门的动作情况，今后若再测试可接CV2、CV3、CV4高调门位置反馈信号。由于条件所限，分别在DEH系统功率控制方式及DCS系统CCS控制方式两种做了机组一次调频性能试验，DEH系统阀位控制及CCS控制方式组合的一次调频性能试验未做，以后若在测试可做DEH系统阀位控制及CCS控制方式组合的一次调频性能的试验。

DEH系统和DCS系统的转速输入信号取自不同的测量系统，组态逻辑中转速偏差计算方式不同。DEH系统转速偏差为转速给定值与转速实测值之差，DCS系统转速偏差为转速实测值与转速给定值之差。这样就形成了两种一次调频频差函数，DEH系统转速偏差增大(减小)，要求增加(减小)负荷；DCS系统转速偏差增大(减小)，要求减小(增加)负荷。

动态阶跃响应特性试验表明，机组在功率控制方式下参与电网一次调频的响应时间和负荷调节能力较理想，在CCS控制方式下参与电网一次调频的响应时间和负荷调节能力较差。由于CCS控制方式机组参与电网一次调频的能力有限，建议机组一次调频功能在DEH系统为阀控方式，DCS系统为机炉协调方式下投入。这样既可保证机组一次调频动作的快速性，又可保证一次调频动作的持续性。

机组正常运行中应投入一次调频功能，在DEH系统投入一次调频功能时，为防止CCS系统反调，CCS系统亦必须投入一次调频功能，使其真正起到频差校正的作用。由于CCS系统的一次调频功能在机组负荷100MW以上才能投入，因此，建议DEH系统一次调频功能亦在机组负荷100MW以上时投入。

李晓军,性别:男,出生年:1972.9,籍贯:陕西礼泉,学历:本科,职称:助理工程师,研究方向:火力发电自动化方向或火力发电协调控制方向。