珙縣電廠2×600 MW超臨界機組一次調(diào)頻試驗

蘭立剛，郭同書，趙明，朱能飛

(1.四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗所，四川 成都 610072;2.國電南京自動化股份有限公司，江蘇 南京 210031)

1 研究背景

隨著電網(wǎng)容量的增大和用戶對電能質(zhì)量要求的提高，電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性問題越來越被重視，尤其大容量并網(wǎng)機組的故障跳閘會對電網(wǎng)頻率產(chǎn)生很大的沖擊。一次調(diào)頻功能的有效投入，可實現(xiàn)機組負荷對頻率的快速響應(yīng)，維持電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行，提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)頻率的控制水平，迅速消除由于電網(wǎng)負荷變化而引起的頻率波動。

由于直流鍋爐蓄熱能力低、快速響應(yīng)負荷能力差、難以實現(xiàn)一次調(diào)頻功能，因此，必須優(yōu)化鍋爐、汽輪機以及發(fā)電機之間的協(xié)調(diào)。采用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)+數(shù)字電調(diào)控制系統(tǒng)協(xié)(DEH)聯(lián)合控制的方式，使機組在一次調(diào)頻響應(yīng)過程中鍋爐側(cè)和汽輪機側(cè)協(xié)調(diào)動作，在CCS邏輯和DEH邏輯中同時加入頻率校正回路，共同完成一次調(diào)頻功能。這樣，既能保證一次調(diào)頻的響應(yīng)速度，又能避免機組參數(shù)的大幅度波動，確保機組安全、穩(wěn)定運行。

2 一次調(diào)頻分析及試驗

2.1 控制策略

華電四川珙縣電廠一期工程2×600 MW機組為超臨界W形火焰直流鍋爐機組，采用國電南京自動化股份有限公司生產(chǎn)的TCS3000分散控制系統(tǒng)(DCS)，DEH采用東方汽輪機有限公司－日立公司生產(chǎn)的H5000M控制系統(tǒng)，CCS采用以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制策略。

DEH頻差補償按照4.5%速度變動率設(shè)置，如圖1所示。流量補償直接疊加在閥門流量指令上，沒有延時的動作特性決定了負荷響應(yīng)快速直接，其調(diào)頻能力的大小僅和汽輪機的調(diào)門特性有關(guān)，因此，DEH側(cè)一次調(diào)頻能夠做到快速響應(yīng)。由于DEH側(cè)為開環(huán)閥控方式，而頻差補償?shù)牧髁啃拚祵?yīng)的電功率是機組處于額定參數(shù)下的對應(yīng)值，如果機組運行在非額定工況下，對應(yīng)的電功率會出現(xiàn)偏差，對機組穩(wěn)定運行影響較大。CCS頻差補償按照5%速度變動率設(shè)置，如圖2所示。其功率指令補償直接疊加到機組負荷指令上。當系統(tǒng)采用CCS+DEH同時投入一次調(diào)頻的方式時，DEH側(cè)能保證一次調(diào)頻快速動作，而CCS側(cè)則能保證功率回路的準確、穩(wěn)定調(diào)節(jié)。

圖1 DEH側(cè)頻差補償

2.2 一次調(diào)頻現(xiàn)場試驗

根據(jù)四川電網(wǎng)一次調(diào)頻管理細則要求，600 MW火力發(fā)電機組一次調(diào)頻應(yīng)滿足以下條件:人工死區(qū)為±2 r/min內(nèi);速度變動率為4% ～5%;一次調(diào)頻最大負荷調(diào)整限幅為±6%機組額定負荷;響應(yīng)滯后時間小于4 s;15 s內(nèi)達到理論計算一次調(diào)頻最大負荷調(diào)整幅度的90%。

試驗過程應(yīng)確認DCS和DEH工作正常，機組負荷升至450 MW左右，主汽壓力、溫度、爐膛負壓等重要參數(shù)無大幅波動、機組穩(wěn)定運行。首先要進行DEH一次調(diào)頻試驗，此時DCS處在基本運行狀態(tài)。DEH一次調(diào)頻投入，而CCS一次調(diào)頻不投。在試驗過程中，首先強制DEH中間轉(zhuǎn)速信號為3 002 r/min，此時DEH一次調(diào)頻不動作;接著分別強制轉(zhuǎn)速為3007 r/min和3010 r/min得到負荷響應(yīng)曲線，如圖3所示。轉(zhuǎn)速強制為3007 r/min時，實際負荷在1 s內(nèi)從418 MW變?yōu)?86 MW，15 s內(nèi)降至376 MW;轉(zhuǎn)速強制為3 010 r/min時，實際負荷在1 s內(nèi)從428MW變?yōu)?85MW，15s內(nèi)降至367MW。分別強制轉(zhuǎn)速為2993r/min和2990r/min時得到負荷響應(yīng)曲線如圖4所示。轉(zhuǎn)速強制為2 993 r/min時，實際負荷在2s內(nèi)從421MW變?yōu)?25MW，15s內(nèi)升至434 MW;轉(zhuǎn)速強制為2 990 r/min時，實際負荷在2 s內(nèi)從424 MW升為427 MW，15 s內(nèi)升至439 MW。試驗曲線表明:由于DEH一次調(diào)頻補償函數(shù)為閥門流量補償，各頻差點的負荷響應(yīng)快速，但不能準確反映負荷的補償。若DEH側(cè)一次調(diào)頻動作時閥門流量指令加入機前壓力偏差補償，則可改善其補償精度。

圖2 CCS側(cè)頻差補償

DEH側(cè)一次調(diào)頻試驗完成后，機組投入CCS運行方式并投入CCS一次調(diào)頻。重復(fù)強制上述轉(zhuǎn)速點，得到CCS+DEH一次調(diào)頻負荷響應(yīng)曲線。升轉(zhuǎn)速負荷響應(yīng)曲線如圖5所示，轉(zhuǎn)速強制為3 007 r/min時，實際負荷在1 s內(nèi)從424 MW 變?yōu)?08 MW，15 s內(nèi)降至404 MW;轉(zhuǎn)速強制為3 010 r/min時，實際負荷在1 s內(nèi)從425 MW變?yōu)?05 MW，15 s內(nèi)降至390 MW;降轉(zhuǎn)速負荷響應(yīng)曲線如圖6所示，轉(zhuǎn)速強制為2993 r/min時，實際負荷在1 s內(nèi)從414 MW變?yōu)?15 MW，15 s內(nèi)升至440 MW;轉(zhuǎn)速強制為2990 r/min時，實際負荷在2 s內(nèi)從414 MW變?yōu)?25 MW，15 s內(nèi)升至450 MW。由試驗曲線可知:在非額定工況下，DEH側(cè)一次調(diào)頻快速動作，滯后時間小于2 s，同時會使實際功率過調(diào)，而由于CCS側(cè)轉(zhuǎn)差率設(shè)置為5%，一次調(diào)頻疊加到負荷指令后通過汽輪機功率調(diào)節(jié)器將實際功率回調(diào)至準確的一次調(diào)頻動作值，且滿足15 s內(nèi)達到一次調(diào)頻最大負荷調(diào)整幅度90%的要求。

3 結(jié)論

通過對DEH和CCS側(cè)一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速變動率的不同設(shè)置，珙縣電廠一次調(diào)頻動作變得快速、穩(wěn)定和準確，確保了調(diào)頻動作的準確度。珙縣電廠一次調(diào)頻能夠滿足四川電網(wǎng)一次調(diào)頻的要求，對電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性作用明顯，可起到維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定和電網(wǎng)優(yōu)質(zhì)運行的作用且對機組的穩(wěn)定運行影響不大。

［1］尹峰.CCS參與的火電機組一次調(diào)頻能力試驗研究［J］.中國電力，2005，38(3):74 －76.