一次調(diào)頻在尼爾基發(fā)電廠的試驗及應(yīng)用

宋飛飛，陳佰力

（1.嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司，黑龍江齊齊哈爾161005；2.水利部松遼水利委員會，吉林長春130021）

尼爾基水電廠位于嫩江干流中游，裝機容量4×62.5 MW，裝機利用小時數(shù)2458 h，電站承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰、負(fù)荷備用、事故備用和基荷。于2006年7月16日首臺機組發(fā)電。水輪機為軸流轉(zhuǎn)槳式，型號為ZZA833-LH-640。調(diào)速器采用武漢事達電氣DFWST-150-6.3可編程微機調(diào)速器，導(dǎo)葉槳葉協(xié)聯(lián)運行。

1 一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的定義及區(qū)別

1）一次調(diào)頻。各機組并網(wǎng)運行時，受外界負(fù)荷變動影響,電網(wǎng)頻率發(fā)生變化，這時，各機組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)作用，改變各機組所帶的負(fù)荷，使之與外界負(fù)荷相平衡。同時，還盡力減少電網(wǎng)頻率的變化，這一過程即為一次調(diào)頻。

2）二次調(diào)頻。一次調(diào)頻是有差調(diào)節(jié)，不能維持電網(wǎng)頻率不變，只能緩和電網(wǎng)頻率的改變程度。所以還需要利用同步器增、減速某些機組的負(fù)荷，以恢復(fù)電網(wǎng)頻率，這一過程稱為二次調(diào)頻。只有經(jīng)過二次調(diào)頻后，電網(wǎng)頻率才能精確地保持恒定值。二次調(diào)頻目前有兩種方法：由調(diào)總下令各廠調(diào)整負(fù)荷；機組采用AGC方式，實現(xiàn)機組負(fù)荷自動調(diào)度。簡單地說，一次調(diào)頻是水輪機調(diào)速系統(tǒng)要據(jù)電網(wǎng)頻率的變化，自發(fā)的進行調(diào)整機組負(fù)荷以恢復(fù)電網(wǎng)頻率，二次調(diào)頻是人為根據(jù)電網(wǎng)頻率高低來調(diào)整機組負(fù)荷。

2 一次調(diào)頻試驗?zāi)康?/h2>

電力系統(tǒng)運行的主要任務(wù)之一，就是對頻率進行監(jiān)視和控制，而發(fā)電機組的一次調(diào)頻功能對維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定至關(guān)重要。為保證東北電網(wǎng)及并網(wǎng)運行發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行，提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)頻率控制水平，防止機組事故跳閘導(dǎo)致系統(tǒng)頻率惡性事故發(fā)生，根據(jù)東北電網(wǎng)有限公司文件《東北電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻調(diào)度管理暫行規(guī)定》（東電調(diào)通［2006］429）的通知，要求對并入220 kV電網(wǎng)的水電機組一次調(diào)頻參數(shù)進行測試，水輪機調(diào)速器人工死區(qū)、永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)、比例增益、積分增益、微分增益等參數(shù)與水電機組的一次調(diào)頻密切相關(guān)，各參數(shù)的合理整定與優(yōu)化設(shè)置對于機組一次調(diào)頻功能的有效發(fā)揮至關(guān)重要。為更好到發(fā)揮水電機組的一次調(diào)頻作用，進一步加強電網(wǎng)的穩(wěn)定性，改善電能質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程和東北電網(wǎng)有限公司的要求，根據(jù)機組狀況和其在電網(wǎng)中的調(diào)頻、調(diào)峰作用，利用測試手段控制水輪機調(diào)速器人工死區(qū)整定值，合理安排調(diào)速器的永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)，優(yōu)化動態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)的其它調(diào)節(jié)參數(shù)。

3 一次調(diào)頻技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)《東北電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻調(diào)度管理暫行規(guī)定》，一次調(diào)頻試驗機組應(yīng)該達到的、需要通過現(xiàn)場試驗進行優(yōu)化的技術(shù)指標(biāo)如下：機組一次調(diào)頻的頻率死區(qū)控制在±0.05 Hz；機組的永態(tài)轉(zhuǎn)差率不大于4%；最大調(diào)整負(fù)荷限幅：為確保一次調(diào)頻投入后機組的安全運行，暫定一次調(diào)頻的最大調(diào)整負(fù)荷限制幅度為機組額定負(fù)荷的±10%；機組調(diào)速器轉(zhuǎn)速死區(qū)小于0.04%；額定水頭在50 m及以上的水電機組，其一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時間應(yīng)小于4 s；額定水頭在50 m及以下的水電機組，其一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時間應(yīng)小于8 s；當(dāng)電網(wǎng)頻率變化超過機組一次調(diào)頻的頻率死區(qū)時，機組一次調(diào)頻的負(fù)荷調(diào)整幅度應(yīng)在15 s內(nèi)達到該工況下的一次調(diào)頻最大負(fù)荷調(diào)整幅度的90%；在電網(wǎng)頻率變化超過機組一次調(diào)頻死區(qū)時開始的45 s內(nèi)，機組實際出力與機組響應(yīng)目標(biāo)偏差的平均值應(yīng)在機組額定有功出力的±5%以內(nèi)。

4 試驗流程

1）在停機狀態(tài)下進行一次調(diào)頻試驗接線，接線無誤后進行試驗。

2）有功功率、導(dǎo)葉開度輸入信號率定。

3）調(diào)整負(fù)荷到10%額定負(fù)荷，斷開機頻PT接線，模擬“PT斷線”故障，以檢驗調(diào)速系統(tǒng)的保護功能。

4）校核機組一次調(diào)頻的響應(yīng)行為：將調(diào)速器人工頻率死區(qū)設(shè)為±0.05 Hz，設(shè)定為4%，通過TG2000的頻率信號發(fā)生器功能在額定頻率50 Hz基礎(chǔ)上分別施加 正負(fù)階躍頻率偏差信號（±0.10 Hz、±0.15 Hz、±0.20 Hz），每個信號持續(xù) 60 s，以檢驗調(diào)速器的響應(yīng)行為。如其響應(yīng)行為不能滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，則對調(diào)速器及系統(tǒng)的相關(guān)程序及參數(shù)進行修改后并重新進行試驗。

5）校核機組一次調(diào)頻的最大調(diào)整負(fù)荷限幅：試驗工況同上4），通過TG2000的頻率信號發(fā)生器功能，在額定頻率50 Hz基礎(chǔ)上給調(diào)速系統(tǒng)施加±0.25 Hz階躍頻率信號，機組負(fù)荷變化值不應(yīng)超過±10%額定負(fù)荷，如超過則對調(diào)速器及系統(tǒng)的相關(guān)程序及參數(shù)進行修改后并重新進行試驗。

6）跟蹤電網(wǎng)頻率試驗：切除TG2000測試儀的輸出模擬頻率信號，恢復(fù)電網(wǎng)PT接線，將機頻信號接至TG2000測試儀上機組頻率輸入端；機組AGC系統(tǒng)投入運行。通過TG2000測試儀，對電網(wǎng)頻率、有功功率和導(dǎo)葉開度信號進行錄波，記錄電網(wǎng)頻率越過機組一次調(diào)頻頻率死區(qū)時調(diào)速器動作情況（如系統(tǒng)頻率較穩(wěn)定，很難超過頻率死區(qū)時，可將調(diào)速器的人工死區(qū)設(shè)定值相對減小，試驗結(jié)束后再恢復(fù)）。

7）在停機狀態(tài)下進行一次調(diào)頻試驗拆線及恢復(fù)。

5 一次調(diào)頻試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

發(fā)電廠名稱：尼爾基發(fā)電廠

機組號：1號機組

試驗開始時間：2009年11月03日13∶57

試驗結(jié)束時間：2009年11月03日13∶59

1）機組基本數(shù)據(jù)。機組容量為62.5 MW；機組類型為軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機；調(diào)速器類型為微機自復(fù)中式；機組運行方式為漿葉協(xié)聯(lián)。

2）一次調(diào)頻設(shè)定數(shù)據(jù)。死區(qū)設(shè)定值為+0.05/-0.04，標(biāo)準(zhǔn)值為不大于±0.05 Hz；最大調(diào)整負(fù)荷限幅設(shè)定為+8.30%/-9.70%，標(biāo)準(zhǔn)值為不大于±10%；速度變動率標(biāo)準(zhǔn)值為4%～5%。

3）試驗開始前和結(jié)束后的機組主要參數(shù)。試驗前機組負(fù)荷為50.36 MW；試驗后機組負(fù)荷為51.58 MW；試驗前機組轉(zhuǎn)速為107.12 r/min；試驗后機組轉(zhuǎn)速：106.97 r/min。

6 一次調(diào)頻在尼爾基發(fā)電廠的應(yīng)用

1）經(jīng)過校核，調(diào)速系統(tǒng)測頻回路的測頻最大誤差+0.0008～-0.0004 Hz，滿足±0.005 Hz范圍要求。

2）靜特性試驗數(shù)據(jù)：bp=4%時，ix=0.032%≤0.04%，ε=0.56%≤5%，bp=4.0%≤4%，滿足“規(guī)定”要求。

3）為了滿足一次調(diào)頻性能的要求，經(jīng)過幾組動特性調(diào)整試驗優(yōu)化，最終確定調(diào)整參數(shù)bp=4%，bt=6%，Tn=4，Td=0.5，頻率人工死區(qū)設(shè)定值為+0.05～-0.04 Hz。

4）機組一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時間最大為0.41 s，符合小于8 s的要求；機組一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)穩(wěn)定時間（負(fù)荷調(diào)整幅度達90%）最大為11.60 s，符合小于15 s的要求；機組一次調(diào)頻負(fù)荷完全響應(yīng)時間最大為16.18 s，符合小于45 s的要求。

5）機組最大調(diào)整負(fù)荷幅度為+8.30%～-9.70%，調(diào)速器能夠?qū)C組一次調(diào)頻的出力調(diào)整幅度進行±10%有效限制。

6）投入一次調(diào)頻功能后，當(dāng)電網(wǎng)頻率越過一次調(diào)頻死區(qū)時，導(dǎo)葉開度和負(fù)荷能夠隨網(wǎng)頻率變化而產(chǎn)生正確響應(yīng)。

7）試驗數(shù)據(jù)分析表明：尼爾基1號機試驗數(shù)據(jù)滿足《規(guī)定》要求，具備一次調(diào)頻功能。

［1］DL/T496-2001，水輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)及裝置調(diào)整試驗導(dǎo)則［R］.

［2］東電調(diào)通［2006］429號，東北電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻調(diào)度管理暫行規(guī)定［R］.