一次調(diào)頻正確動作率低的原因分析及處理

徐小剛

（大唐河北發(fā)電有限公司馬頭熱電分公司，河北 邯鄲 056044）

1 概述

一次調(diào)頻是有差調(diào)節(jié)，當(dāng)電力系統(tǒng)頻率偏離目標(biāo)頻率時(shí)，發(fā)電機(jī)通過調(diào)速系統(tǒng)的自動反應(yīng)，使發(fā)電機(jī)有功出力增加或降低，從而自動減小頻率偏差。一次調(diào)頻是維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定的重要手段。華北電監(jiān)局2009年初頒布了《華北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》和《華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》（簡稱“兩個(gè)細(xì)則”）。“兩個(gè)細(xì)則”中規(guī)定：“一次調(diào)頻正確動作率按機(jī)組考核。對于一次調(diào)頻月正確動作率小于80%的機(jī)組，考核相應(yīng)電量”。

在“兩個(gè)細(xì)則”考核前幾個(gè)月，大唐河北發(fā)電有限公司馬頭熱電分公司（簡稱“馬頭發(fā)電公司”）2臺300MW機(jī)組一次調(diào)頻正確動作率較低，不能滿足華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠“兩個(gè)細(xì)則”對火電機(jī)組一次調(diào)頻性能的要求。為滿足華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠“兩個(gè)細(xì)則”對火電機(jī)組一次調(diào)頻性能的要求，尋找一次調(diào)頻動作正確率低的主要原因，并進(jìn)行了整改。

2 一次調(diào)頻控制策略介紹

馬頭發(fā)電公司一次調(diào)頻不設(shè)投切開關(guān)，DEH系統(tǒng)（西屋DCS）本身設(shè)計(jì)有一次調(diào)頻功能，而投入CCS（和利時(shí)DCS）控制后，DEH側(cè)一次調(diào)頻回路退出，由CCS完成一次調(diào)頻功能。即在CCS控制閥門指令出口直接疊加一次調(diào)頻指令，同時(shí)在負(fù)荷給定值中設(shè)計(jì)有一次調(diào)頻校正回路，防止一次調(diào)頻動作后，協(xié)調(diào)控制對綜合閥位有反向的調(diào)節(jié)。為了保證調(diào)節(jié)品質(zhì)，一次調(diào)頻的轉(zhuǎn)速信號做了“三取中”處理。一次調(diào)頻動作原理見圖1。

圖1 一次調(diào)頻動作原理

根據(jù)圖1可知，轉(zhuǎn)速信號通過折線函數(shù)直接轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的閥門開度（負(fù)荷），疊加到CCS指令中。由于投入CCS控制后，DEH側(cè)一次調(diào)頻回路退出，CCS指令將直接送各閥門特性曲線，保證了一次調(diào)頻動作及時(shí)性。為保證機(jī)組投入CCS控制前后，一次調(diào)頻動作的一致性，CCS和DEH中的折線函數(shù)應(yīng)使用相同的參數(shù)設(shè)置。根據(jù)河北電力調(diào)度通信中心要求，實(shí)際負(fù)荷≥50%Pe，開始考核統(tǒng)計(jì)，因此機(jī)組一次調(diào)頻的功能幾乎全部都在CCS內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

3 一次調(diào)頻正確動作率低的原因分析

3.1 轉(zhuǎn)速變動率設(shè)置過高

轉(zhuǎn)速變動率是指汽輪機(jī)由滿負(fù)荷到空負(fù)荷的轉(zhuǎn)速變化與額定轉(zhuǎn)速之比。汽輪機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障或汽輪發(fā)電機(jī)出口開關(guān)跳閘，使汽輪機(jī)負(fù)荷甩到零，這時(shí)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速先升到一個(gè)最高值，然后下降到一個(gè)穩(wěn)定值，這種現(xiàn)象稱為“動態(tài)飛升”。轉(zhuǎn)速上升的最高值由轉(zhuǎn)速變動率決定，轉(zhuǎn)速變動率越大，轉(zhuǎn)速上升越高，汽輪機(jī)危險(xiǎn)越大。《華北電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻管理規(guī)定》要求：“火電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速變動率為4%～5%，出口限幅為8%”。轉(zhuǎn)速變動率是汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的重要指標(biāo)，反映了轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的平衡關(guān)系。DCS系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速變動率是可調(diào)的，可通過一次調(diào)頻中的頻差折線函數(shù)來設(shè)置不同的轉(zhuǎn)速變動率。

馬頭發(fā)電公司2臺機(jī)組一次調(diào)頻頻差折線函數(shù)f（x）參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 一次調(diào)頻頻差折線函數(shù)f（x）參數(shù)

為了計(jì)算轉(zhuǎn)速變動率，查找資料發(fā)現(xiàn)以下3種一次調(diào)頻頻差折線設(shè)置方法均符合“兩個(gè)細(xì)則”的要求。3種頻差折線見圖2。

圖2 一次調(diào)頻頻差折線

圖2中折線1出死區(qū)后有一個(gè)階躍，折線3是曲線1平移后得出的，動作后負(fù)荷百分比偏小，因此馬頭發(fā)電公司選取折線2作為設(shè)置計(jì)算依據(jù)。根據(jù)折線2反推計(jì)算轉(zhuǎn)速變動率：

則轉(zhuǎn)速變動率δ≈0.056 1＝5.61%；

通過以上分析計(jì)算可知：該機(jī)組轉(zhuǎn)速變動率約為5.61%，一次調(diào)頻出口限幅為7.231%，與《華北電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻管理規(guī)定》明顯不符。轉(zhuǎn)速變動率設(shè)置過高，會導(dǎo)致一次調(diào)頻動作幅度偏小，影響一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)品質(zhì)。通常網(wǎng)頻出現(xiàn)偏差的幅度小、時(shí)間短，同時(shí)考慮轉(zhuǎn)速測量誤差和調(diào)門特性不線性的影響，可能會造成一次調(diào)頻正確動作率降低。

3.2 轉(zhuǎn)速測量值偏差較大

一次調(diào)頻考核統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)要求“網(wǎng)頻超過0.033 Hz持續(xù)3s以上，并達(dá)到0.04Hz且小于0.05Hz時(shí)，認(rèn)為是一次小擾動，只要功率有0.01MW的變化就認(rèn)為功率有動作。”取其動作的方向折算成轉(zhuǎn)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

即轉(zhuǎn)速差值超過1.98r/min，并到達(dá)2.4r/min且小于3r/min時(shí)，考核系統(tǒng)認(rèn)為是一次小擾動。但如果汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測量誤差超過0.42r/min，且網(wǎng)頻出現(xiàn)小擾動時(shí)，一次調(diào)頻可能不動作或提前動作，導(dǎo)致一次調(diào)頻正確動作率和調(diào)節(jié)品質(zhì)下降。

馬頭發(fā)電公司2臺機(jī)組CCS的3路轉(zhuǎn)速信號均采自TSI專用保護(hù)模塊AO輸出，通過硬接線接入DCS（和利時(shí)），其中1路信號接入20號站（CCS），另外2路接入30號站，然后通過網(wǎng)間傳輸送至20號站。現(xiàn)場檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，3路轉(zhuǎn)速間最大偏差高達(dá)2r/min，而且2路網(wǎng)間傳輸?shù)霓D(zhuǎn)速值明顯存在滯后現(xiàn)象。而直接接入20號站的轉(zhuǎn)速與RTU送中調(diào)的網(wǎng)頻進(jìn)行多次人工比對，發(fā)現(xiàn)也存在0.5～0.8r/min的誤差。三取中后轉(zhuǎn)速偏差較大，嚴(yán)重影響一次調(diào)頻的正確動作。

3.3 調(diào)門特性曲線存在死區(qū)

馬頭發(fā)電公司10號機(jī)組閥門特性曲線重疊度存在較大的死區(qū)，在升降負(fù)荷時(shí)CCS指令給出后，CCS指令在72.85%～78.02%時(shí)，調(diào)門開度增減，但負(fù)荷不發(fā)生變化，直到CCS指令超出78.02%，負(fù)荷開始響應(yīng)。

同理機(jī)組負(fù)荷在250MW左右時(shí)，當(dāng)頻差信號大于死區(qū)，一次調(diào)頻動作時(shí)，雖然調(diào)門動作明顯，但負(fù)荷幾乎沒有響應(yīng)。導(dǎo)致一次調(diào)頻一定的負(fù)荷區(qū)間，幾乎失去作用。嚴(yán)重影響了一次調(diào)頻的正確動作率。

3.4 主蒸汽壓力動靜態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)差

馬頭發(fā)電公司推行配煤摻燒后，雖然發(fā)電成本明顯降低，但是燃煤熱值較設(shè)計(jì)值明顯偏低，且穩(wěn)定性較差。同時(shí)，給粉機(jī)投入自動層數(shù)較少，一共5層給粉機(jī)，一般實(shí)際投入3層，有時(shí)甚至為2層。造成主蒸汽壓力自動動態(tài)、靜態(tài)特性較差。機(jī)前壓力不穩(wěn)定，時(shí)常造成調(diào)門小幅調(diào)整時(shí)，機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)不明顯。機(jī)組投入滑壓運(yùn)行后，低負(fù)荷時(shí)，由于壓力較低，與額定壓力相比，同樣的閥位指令往往不能轉(zhuǎn)換為相當(dāng)?shù)呢?fù)荷。這都對一次調(diào)頻效果產(chǎn)生不利影響。

4 處理措施及效果

4.1 處理措施

4.1.1 修改轉(zhuǎn)速變動率

由3.1節(jié)可知，馬頭發(fā)電公司2臺機(jī)組的轉(zhuǎn)速變動率設(shè)置為5.61%，出口限幅為7.213%，不符合“火電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速變動率為4%～5%，出口限幅為8%”的規(guī)定。經(jīng)過討論分析，認(rèn)為應(yīng)將出口限幅應(yīng)根據(jù)規(guī)定修改為8%。考慮到轉(zhuǎn)速變動率越小，網(wǎng)頻變化時(shí)，負(fù)荷動作值越大，可能造成一次調(diào)頻誤動作。轉(zhuǎn)速變動率的取值暫時(shí)確定為5%，如果仍然不能滿足“兩個(gè)細(xì)則”要求，則考慮將其逐步降低。死區(qū)仍設(shè)置為±2r/min。

根據(jù)圖2反推計(jì)算頻差幅值：

反推頻差幅值x＝13.84r/min。

根據(jù)此頻差幅值設(shè)置折線函數(shù)f（x）參數(shù)，見表2。

表2 一次調(diào)頻頻差折線函數(shù)f（x）參數(shù)表

4.1.2 修正汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速

一次調(diào)頻考核系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要以RTU中送出的網(wǎng)頻和實(shí)際負(fù)荷信號為準(zhǔn)，因此可以采用人工比對的方法，根據(jù)考核系統(tǒng)采集的網(wǎng)頻信號對3路轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行修正。

考慮到有2路轉(zhuǎn)速信號為網(wǎng)絡(luò)傳輸點(diǎn)，存在滯后現(xiàn)象，因此將其作為備選信號。直接接入20號站的轉(zhuǎn)速信號單獨(dú)作為常用信號，接入到一次調(diào)頻頻差折線函數(shù)f（x）中，計(jì)算一次調(diào)頻動作的流量指令信號。將轉(zhuǎn)速1設(shè)為常用信號，當(dāng)轉(zhuǎn)速1質(zhì)量壞時(shí)，切換至轉(zhuǎn)速2，依此類推，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速三選原理見圖5。

修正后，轉(zhuǎn)速1與網(wǎng)頻變化趨勢基本吻合，作為一次調(diào)頻頻差的主要判斷信號。當(dāng)其出現(xiàn)故障時(shí)，則臨時(shí)切換至另外2路網(wǎng)絡(luò)傳輸點(diǎn)。

4.1.3 整定汽輪機(jī)調(diào)門特性曲線

圖3 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速三選原理

調(diào)門特性曲線不合適的問題可以通過重新整定閥門特性曲線來解決，但重新整定需要有汽輪機(jī)廠家專業(yè)人員參與，并通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定，同時(shí)還需要考慮汽輪機(jī)熱效率等因素，因此閥門特性曲線的重新整定是比較復(fù)雜且較難確定的。因此可以就3.3節(jié)中死區(qū)這部分的特性曲線進(jìn)行小幅整定，以達(dá)到盡可能減少調(diào)門特性曲線對一次調(diào)頻不利影響的目的。查詢組態(tài)，機(jī)組調(diào)門流量特性曲線見圖4。

圖4 機(jī)組調(diào)門流量特性曲線

從特性曲線來看，流量指令在73.07%～78.02%，剛好處于CV1、CV2越過拐點(diǎn)進(jìn)入小流量區(qū)，而CV3調(diào)門預(yù)啟閥開度設(shè)定小造成流量線性度差。因此考慮將CV3、CV4的特性曲線整體平移，跨過不好的線性區(qū)域，即CCS協(xié)調(diào)指令73.07%對應(yīng)CV3的開度為13.441%（通過大量的歷史曲線佐證，CV3實(shí)際預(yù)啟開度約為13.441%），且CV4的特性曲線隨CV3的特性曲線做出相應(yīng)的調(diào)整。重新計(jì)算后調(diào)門流量特性曲線見圖5。

圖5 機(jī)組調(diào)門流量特性曲線

在機(jī)組運(yùn)行期間，切換“單閥控制”后，對機(jī)組調(diào)門流量特性曲線進(jìn)行了上述優(yōu)化。

4.1.4 整定主蒸汽壓力自動調(diào)節(jié)參數(shù)

主蒸汽壓力動靜態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)差的問題，可以通過優(yōu)化控制策略，整定自動調(diào)節(jié)參數(shù)來解決。首先要求運(yùn)行人員投入主壓力控制后，必須長期保持4層給粉機(jī)投入自動，讓更多的給粉機(jī)參與到主蒸汽壓力控制。在此基礎(chǔ)上，對每層給粉機(jī)設(shè)定了不同的轉(zhuǎn)速上下限，并依照“寶塔”型燃燒火焰，自動給4層給粉機(jī)分配燃燒指令。緩解燃煤熱值降低后，灰量增大對過熱器、再熱器受熱面磨損加劇的問題。另外還采用小幅縮減滑壓曲線范圍的方法，提高了低負(fù)荷時(shí)，主蒸汽壓力的設(shè)定值，減小了機(jī)組滑壓運(yùn)行對一次調(diào)頻的影響。控制邏輯修改后，連續(xù)在線整定主蒸汽壓力自動調(diào)節(jié)參數(shù)，確保機(jī)組主蒸汽壓力的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

4.2 效果

馬頭發(fā)電公司2臺機(jī)組一次調(diào)頻優(yōu)化后，一次調(diào)頻正確動作率均達(dá)到95%以上，滿足了“兩個(gè)細(xì)則”的要求。

5 結(jié)束語

轉(zhuǎn)速不等率、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速測量值偏差、汽輪機(jī)調(diào)門特性曲線和主蒸汽壓力動靜態(tài)特性都會對一次調(diào)頻動作正確率產(chǎn)生影響，當(dāng)機(jī)組一次調(diào)頻正確動作率偏低，不符合電網(wǎng)“兩個(gè)細(xì)則”的要求時(shí)，可通過修改轉(zhuǎn)速變動率、修正汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號和整定調(diào)門特性曲線等優(yōu)化措施，提高機(jī)組的一次調(diào)頻的正確動作率。影響一次調(diào)頻動作的因素很多，對一次調(diào)頻的優(yōu)化是一個(gè)長期動態(tài)的過程，要不斷的跟蹤分析，并逐步掌握和運(yùn)用各種不同優(yōu)化策略，才能達(dá)到理想的效果，提高公司的經(jīng)濟(jì)效益，維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定。

［1］ 華北電監(jiān)市場［2008］16號，華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則（試行）［S］.

［2］ 華北電監(jiān)市場［2008］16號，華北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則（試行）［S］.

［3］ 華北電集調(diào)［2003］14號，華北電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻管理規(guī)定［S］.