秦山核電二廠一次調(diào)頻的運行分析

樊鵬飛　曹先慧

摘 要：主要分析了一次調(diào)頻在秦山二廠3，4號機(jī)組的運行情況，以及投入一次調(diào)頻對核電機(jī)組的運行影響。通過對二廠3，4號機(jī)組因調(diào)頻引起的瞬態(tài)事件的分析，提出了核電廠一次調(diào)頻的運行建議。

關(guān)鍵詞：一次調(diào)頻；頻率校正；核電；調(diào)頻死區(qū)

中圖分類號：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.100

隨著大容量機(jī)組在電網(wǎng)中的比例不斷增加，電網(wǎng)用電結(jié)構(gòu)變化引起的負(fù)荷峰谷差逐步加大，用戶對電能質(zhì)量的要求也在不斷提高。為了提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性、降低電網(wǎng)頻率的波動和增強(qiáng)電網(wǎng)抗事故的能力，應(yīng)保證電網(wǎng)頻率在規(guī)定的范圍內(nèi)。電力系統(tǒng)運行的主要任務(wù)之一，就是對頻率進(jìn)行監(jiān)視和控制，而發(fā)電機(jī)組具有的一次調(diào)頻功能對維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定起到至關(guān)重要的作用。

1 概況

秦山二廠3、4號機(jī)組一次調(diào)頻通過DEH來實現(xiàn)，正常運行投入一次調(diào)頻，投入條件為：調(diào)頻死區(qū)為±6 rpm，限幅為19.8 MW；當(dāng)電功率為80%（560 MW以下）時，即使轉(zhuǎn)速偏差大于6 rpm，一次調(diào)頻也不會動作。

2 一次調(diào)頻運行分析

秦山二廠為核電機(jī)組，在任何情況下應(yīng)以核安全為主，盡量減小電網(wǎng)對機(jī)組的瞬態(tài)影響。3，4號機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)為±6 rpm，而浙江電網(wǎng)對機(jī)組的普遍要求為±2 rpm，這能保證當(dāng)電網(wǎng)頻率降低時，優(yōu)先采用火電機(jī)組進(jìn)行調(diào)頻。只有當(dāng)電網(wǎng)頻率偏差過大（超過±6 rpm）時，3，4號機(jī)組的一次調(diào)頻才開始動作，這樣能盡量保證核電機(jī)組的穩(wěn)態(tài)運行。

3，4號機(jī)組的運行方式為A模式，機(jī)組不調(diào)峰，帶滿功率運行。因一次調(diào)頻而產(chǎn)生的機(jī)組降負(fù)荷對機(jī)組并無太大影響，因此，本文只考慮電網(wǎng)頻率下降的情況。

2.1 超功率保護(hù)分析

3，4號機(jī)組的一次調(diào)頻限幅為2.83%（19.8 MW），這一限值在機(jī)組100%滿功率運行時，機(jī)組的一次調(diào)頻可達(dá)到最大值。此時，機(jī)組的功率為102.83%.應(yīng)避免核功率達(dá)到103%時觸發(fā)C2信號，進(jìn)而使控制棒無法提升，最終導(dǎo)致一次調(diào)頻退出。但要考慮2.83%的電功率值，如果轉(zhuǎn)換成核功率，當(dāng)夏季機(jī)組效率較低時，比如3號機(jī)組的核功率為100%時，則電功率只有640 MW。此時，如果一次調(diào)頻動作達(dá)到最大值，發(fā)電機(jī)的負(fù)荷為659.8 MW，則對應(yīng)的核功率會達(dá)到103.9%.因此，在特殊情況下設(shè)置2.83%的限幅有可能使核功率超過103%，進(jìn)而觸發(fā)C2。但當(dāng)核功率達(dá)到103%時，一次調(diào)頻會自動退出，從而保證了核功率不超過103%.

2.2 超功率△T保護(hù)分析

為了防止超功率，機(jī)組設(shè)置有超功率△T保護(hù)。超功率△T有2個定值，一個為實測△T達(dá)到超功率△T的設(shè)定值時，動作為停堆、停機(jī)；另一個為C4信號的定值為超功率△T的設(shè)定值-3%，動作為產(chǎn)生Runback信號，汽機(jī)會以200% Pn/min的速率降負(fù)荷，每次持續(xù)0.5 s，間隔為14.5 s。

正常滿功率運行時，超功率△T的設(shè)定值為107%左右，C4信號的定值為104%. 據(jù)上述分析，在夏季因機(jī)組滿功率運行時一次調(diào)頻動作核功率很有可能超過104%，進(jìn)而觸發(fā)C4信號，導(dǎo)致汽機(jī)快速降負(fù)荷Runback，最終機(jī)組會出現(xiàn)嚴(yán)重瞬態(tài)的情況。如果造成Runback，且一次調(diào)頻不但沒有改善電網(wǎng)頻率特性，反而使電網(wǎng)頻率進(jìn)一步下降，則會得不償失。如果一次調(diào)頻導(dǎo)致回路切除，會使機(jī)組超功率更明顯，有可能造成滿功率（107%）停堆。

2013-07-05，秦山二廠3，4號機(jī)組由于電網(wǎng)故障一次調(diào)頻動作，3號機(jī)組的核功率超過103%，C2信號觸發(fā)。然而，秦山二廠1，2機(jī)組由于一次調(diào)頻功能尚未投運，在此期間功率未受電網(wǎng)故障影響，保持穩(wěn)態(tài)運行。

2.3 汽機(jī)調(diào)門的影響

為了保證汽機(jī)調(diào)門良好的調(diào)節(jié)特性，3，4號機(jī)組正常運行時限制調(diào)門開度為55%，以免調(diào)門開度過大，進(jìn)而降低機(jī)組的穩(wěn)定性。

當(dāng)調(diào)門開度>52%時，流量特性曲線變得陡峭，流量請求5%的變化對應(yīng)調(diào)門約50%的開度。3，4號機(jī)組調(diào)門節(jié)流損失較大，開度滿功率運行時，約53%，流量請求為95%，閥門流量曲線已經(jīng)非常陡峭。如果此時一次調(diào)頻動作，有1個流量請求突然增加，流量請求甚至?xí)^98%，導(dǎo)致調(diào)門迅速開大，嚴(yán)重時會導(dǎo)致閥門全開。這對汽機(jī)調(diào)門的運行不利，可能會使機(jī)組失去調(diào)節(jié)負(fù)荷的能力。

2.4 其他影響

高壓調(diào)門開度因一次調(diào)頻投切而快速開關(guān)時，蒸汽的進(jìn)汽量會快速變化，使汽流發(fā)生劇烈擾動，產(chǎn)生汽流激振，導(dǎo)致汽機(jī)振動過大，最終停機(jī)。2003-01，我國某火電廠因一次調(diào)頻動作而導(dǎo)致汽機(jī)振動過大，最終停機(jī)。

此外，一次調(diào)頻動作會使機(jī)組超功率運行，對汽機(jī)葉片的應(yīng)力增大。超功率運行會使燃料棒的溫度變化較大，增大包殼和燃料的相互作用（PCI），進(jìn)而使燃料棒破損的概率增大。

3 一次調(diào)頻的運行建議

通過分析，在一次調(diào)頻動作中，當(dāng)核功率>103%時，會自動退出一次調(diào)頻。但考慮到調(diào)節(jié)系統(tǒng)的超調(diào)和測量誤差，觸發(fā)C4信號的可能性還是很大的。此外，一次調(diào)頻會使反應(yīng)堆超功率運行，對機(jī)組的瞬態(tài)影響很大，還會使包殼破損的概率提高，而對于核電機(jī)組，安全是永遠(yuǎn)處于第一位的。結(jié)合3，4號機(jī)組事件，提出以下4點建議：①最好不要投運一次調(diào)頻。核電機(jī)組容量在電網(wǎng)中所占的比例較小，即使核電站一次調(diào)頻動作，對電網(wǎng)頻率特性的改善并不大，且會給反應(yīng)堆帶來瞬態(tài)影響。②如果要投運一次調(diào)頻，則應(yīng)充分考慮投運時機(jī)。機(jī)組功率在80%以下時投入一次調(diào)頻，一次調(diào)頻動作時對機(jī)組的瞬態(tài)影響較小。此外，還可增大調(diào)頻死區(qū)、保證其他火電機(jī)組優(yōu)先調(diào)頻，以減少核電機(jī)組一次調(diào)頻動作；可考慮進(jìn)一步限定調(diào)頻幅值，以減小超功率和甩負(fù)荷的風(fēng)險。③修改DEH中的反饋邏輯。在流量請求超過98%，退出反饋時，SETPOINT設(shè)定值修改為當(dāng)前電功率的實測值，這能避免因設(shè)定值為686 MW而導(dǎo)致超功率。④增加一次調(diào)頻功能動作時的報警信號，以便一次調(diào)頻動作時操縱員可及時干預(yù)。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕