东北电网600MW亚临界机组一次调频试验分析

揭其良　郭轶娜　王颖　鲍旭　张嵩

摘 要：发电机组一次调频功能可以提高电网的安全运行水平，使电网频率保持稳定。东北电网有限公司出台《东北电网发电机组一次调频调度管理暂行规定》，明确指出发电机组需进一步改善一次调频功能。要想测试机组的一次调频能力，上网机组必须严格遵照《汽轮机调节控制系统试验导则》和《东北电网发电机组一次调频调度管理暂行规定》，根据制造厂家所提供的产品说明书，按照相关技术要求，制定与某电厂600MW亚临界机组相符的一次调频试验方案，动态完成所有的试验内容。

关键词：一次调频;DCS;DEH;CCS

中图分类号：TM712 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）23-0124-03

Analysis of Primary Frequency Modulation Test of 600MW

Subcritical Unit in Northeast Power Grid

JIE Qiliang1 GUO Yina2 WANG Ying2 BAO Xu2 ZHANG Song2

（1. Huadian Electric Power Research Institute Co.， Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310030;2. State Grid Shenyang Electric Power Supply Company，Shenyang Liaoning 110003）

Abstract： The primary frequency modulation function of the generator set can improve the safe operation level of the power grid and keep the grid frequency stable. Northeast Power Grid Co.， Ltd. issued the "Interim Regulations on the Management of Primary Frequency Regulation of Northeast Power Grid Generator Sets"， clearly indicating that the generator set needs to further improve the primary frequency modulation function. In order to test the primary frequency modulation capability of the unit， the on-line unit must strictly abide by the "Testing Guidelines for Steam Turbine Regulation Control System" and the "Interim Provisions on the Management of Primary Frequency Regulation Dispatching of Northeast Power Grid Generator Sets". According to the product specifications provided by the manufacturer， in accordance with the relevant technical requirements， a pilot frequency test program consistent with a 600MW subcritical unit of a power plant is formulated， and all test contents are dynamically completed.

Keywords： primary frequency modulation;DCS;DEH;CCS

鍋炉的生产厂家为哈尔滨锅炉厂，产品以∏型汽包炉为主，设置了亚临界参数，主要采用的是四角切向燃烧和控制循环等方式，可实现固态排渣和单炉膛平衡通风，同时采用全钢架构，紧身封闭布置。汽机均由哈尔滨汽轮机厂有限责任公司负责生产，用于NZK600-17.7/538/538型一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压和空冷凝汽式汽轮发电机组。

1 试验目的

某电厂600MW亚临界机组进行了一次调频试验，其目的是了解机组调速系统的相关指标及静态特性，重新认知调速系统的各项技术参数。如果电网网频发生偏差，检测机组将发挥其快速补偿能力。结合《东北电网发电机组一次调频调度管理暂行规定》的相关要求，机组CCS、DEH需验证其一次调频逻辑，确保参数设置与标准相符，而且机组需具备一次调频电网的能力。

2 主要技术指标定义及标准

2.1 主要技术指标

2.1.1 一次调频。系统内机组、大用户一旦发生跳闸，将改变电网频率，且变化幅度相当大，周期会持续10～120s。因此，网上机组应适当调整负荷，防止网上出现负荷缺口，使电网频率保持稳定，这就是一次调频[1，2]。

2.1.2 调频死区。机组一次调频频率死区指的是，系统位于额定转速附近，不能灵敏地感知转速，这一区域叫作调频死区。在保证电网频率不变的基础上，要想提高机组的稳定性，人们可以在电调系统中设置相应的频率死区。

2.1.3 一次调频动态特性。汽轮发电组并网运行最明显的就是一次调频特性，由于电网负荷发生改变，电网频率随之改变，控制系统促使机组提高自身功率，因此需对电网频率变化加以限制。

2.1.4 速度变动率。速度变动率一般用[δ]表示，在机组调节系统保持相同给定值的基础上，将空负荷的汽轮机改为满负荷，转速变化量、额定转速的比值可用百分数表示，可参照式（1）进行计算，即

[δ=（n1-n2）/n0×100]                     （1）

式中，[n1]為汽轮机处于空负荷状态下所能达到的转速;[n2]为汽轮机在满负荷状态下的转速;[n0]为汽轮机的额定转速。

汽轮机运行期间，电网一旦出现故障或发电机的出口开关发生跳闸，汽轮机负荷将变为零，其转速将达到最高值，再逐渐下降，最后保持稳定，这就叫“动态飞升”[3]。速度变动率关系到转速的最高值，通常，动态飞升为汽轮机额定转速的4%～5%。汽轮机的额定转速如果超过3 000r/min，动态飞升也会上升，保持在120～150r/min。一般来说，转速上升值与速度变动率成正比，同时也关系到危险程度。

2.1.5 功率补偿量。功率补偿量可用[ΔP]表示，其计算公式为：

[ΔP=P0/n0×（Δn-Δ）/δ]                          （2）

式中，[P0]为机组额定容量;[n0]为机组额定转速;[Δn]为转速偏差，主要指的是死区的机组转速、3 000转所形成的差，可表示为[Δn=n-3 000];Δ为转差死区;[Δn-Δ]为刨除死区后实际的电量转速偏差，例如，死区Δ=±2r/min，表示的是电网频率比较高时，机组转速可达到3 000r/min，此时[Δn-Δ]等于[n]-3 002;当电网频率不是很高，而机组转速不超过3000r/min时，[Δn-Δ]等于[n]-2 998。

2.1.6 一次调频负荷响应滞后时间。一次调频负荷响应滞后时间指的是，运行机组越过电网频率，直至到达一次调频死区时，改变机组负荷所用的时间。

2.1.7 一次调频负荷响应时间。一次调频负荷响应时间，是指越过电网频率的机组将抵达一次调频死区时一次调频达到最大负荷所需的时间。

2.1.8 一次调频负荷响应稳态时间。一次调频负荷响应稳态时间指的是，机组越过电网频率，将进入一次调频死区时，达到最大的一次调频负荷所用的时间。

2.1.9 一次调频稳定时间。一次调频稳定时间指的是越过电网频率的机组可直达一次调频死区，进行一次调频所花费的时间。

2.1.10 一次调频参数确认。一次调频投入范围有一定限制，通常，机组负荷需保持在50%～100%。

人们可以参照《东北电网发电机组一次调频运行管理规定》的各项要求，完成相关参数的设定：一次调频死区通常为±2r/min;一次调频的最大负荷一般为额定负荷的±6%;一次调频速度变动率需达到5%。

2.2 标准

一是一次调频负荷响应滞后时间，其合格标准不可超过3s。二是一次调频负荷响应时间，其合格标准为，在不超过15s的时间内，计算出机组一次调频所能达到的最大负荷。三是一次调频负荷响应稳态时间，其合格标准为，计算在45s的时间内，机组一次调频所能达到的最大负荷。四是一次调频稳定时间，其合格标准为，在不超过60s的时间内，计算机组一次调频将产生的最大负荷。

3 试验方法及过程

3.1 试验方法

工程师站采用手动置数方式，改变一次调频的测量转速，同时检查一次调频的各项动作。一次转速设定值每改变一次，数据都被如实记录下来，直至转速设定值达到3 000r/min的额定转速，得到稳定的机组负荷、压力之后，继续试验。可加入最大的转速偏差值只能是11r/min。

DCS可用于记录机组在试验前后所达到的负荷及转差值，包括炉侧、调门开度、主汽压力、汽包水位、主汽温度和炉膛负压等。

3.2 试验过程

保证机组采用的是CCS控制方式，自动投入其他系统，同时运行各项保护，使机组负荷达到350MW。

3.2.1 一次调频转速为2 995r/min。DEH工程师站将一次调频转速设置为2 995r/min，通过对一次调频动作进行检查，核实机组瞬间增大的负荷值，分别记录不同时期的机组负荷、响应时间、调门开度、主汽温度、炉侧主汽压力、炉膛负压和汽包水位等参数，使该转速偏差保持稳定，确保机组能够安全运行，同时释放强制信号，将汽机转速偏差一一消除，保证机组达到相应的运行条件。

3.2.2 一次调频转速为2 992r/min。DEH工程师站明确指出，必须达到2 992r/min的一次调频转速，及时检查一次调频动作，对机组的负荷进行核实，记录机组负荷、炉侧主汽压力以及调门开度，同时记录主汽温度、炉膛负压以及汽包水位，保持同样的转速偏差，提高机组运行的稳定性，将强制信号释放出来，消除汽机转速偏差，使机组保持稳定运行。

3.2.3 一次调频转速为2 989r/min。DEH工程师站需重新设置一次调频转速，使其达到2 989r/min，做好一次调频动作的检查工作，核实机组增大的负荷值，记录调门开度与机组负荷，同时记录响应时间、主汽温度、炉侧主汽压力以及汽包水位，标注好炉膛负压，采用相同的转速偏差，保证机组能够稳定运行。同时，要释放强制信号，消除汽机转速偏差，确保机组满足运行条件。

3.2.4 一次调频转速为3 005r/min。DEH工程师站通过对一次调频转速进行调整，使其保持在3 005r/min，检查其动作情况，对机组瞬间增大的负荷值加以核实，记录机组的不同负荷、汽包水位，同时记录响应时间、调门开度、主汽温度以及炉侧主汽压力，标注好炉膛负压，机组在运行过程中需一直采用这种转速偏差。同时，要释放强制信号，确保汽机转速不会出现偏差，保证机组能够稳定运行。

3.2.5 一次调频转速为3 008r/min。将DEH工程师站的一次调频转速调整为3 008r/min，做好动作情况的检查工作及机组负荷值的核实工作，记录机组负荷、炉膛负压、调门开度、主汽温度、炉侧主汽压力、响应时间以及汽包水位等。在不改变转速偏差的情况下，使机组保持稳定运行，同时释放强制信号，防止汽机转速出现偏差，进而提高机组运行的稳定性。

3.2.6 一次调频转速为3 011r/min。DEH工程师站可将一次调频转速设置成3 011r/min，同样检查一次调频动作并核实机组负荷，接着记录机组的相关参数，包括调门开度、负荷以及响应时间，同时记录炉侧主汽压力、汽包水位、主汽温度和炉膛负压，保持相同的转速偏差，使机组能够稳定运行。另外，要释放强制信号，避免汽机转速发生偏差，保证机组的稳定运行。

4 结论

某电厂600MW亚临界机组开展了一次调频在线试验，机组的运行方式主要为CCS，试验期间未出现异常情况。将上述试验指标与《东北电网网调直调电厂一次调频运行管理规定》进行对比，笔者得出以下结论：通过采用CCS协调运行方式，机组可发挥其一次调频功能。

参考文献：

[1]黄道火，沈敏.火电机组一次调频功能试验与优化[J].发电与空调，2013（4）：6-10.

[2]李云，韩秋喜，邹包产，等.火电机组一次调频逻辑优化与试验分析[J].电子测试，2016（9）：47-48.

[3]蒋安众.元宝山电厂600MW机组锅炉设备方面问题的分析[J].动力工程，1987（2）：12-18.