某核電廠一次調(diào)頻仿真試驗(yàn)時(shí)跳機(jī)問題分析與處理

陳信仁　趙東陽　姚水永

【摘 要】一次調(diào)頻對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性至關(guān)重要，因此電網(wǎng)要求并網(wǎng)機(jī)組需具備一次調(diào)頻能力。某核電廠汽輪發(fā)電機(jī)采用負(fù)荷閉環(huán)控制和壓力控制兩種控制模式共同進(jìn)行汽輪機(jī)發(fā)電功率控制，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)汽輪機(jī)處于負(fù)荷閉環(huán)控制模式下，若一次調(diào)頻幅度超過3%時(shí)，將引起汽輪機(jī)快速甩負(fù)荷至零，并跳機(jī)。本文對(duì)此問題進(jìn)行分析并提出修改方案。

【關(guān)鍵詞】一次調(diào)頻;核電廠;跳機(jī);限制

中圖分類號(hào)： TM623文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）15-0043-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.15.020

The Analyze And Solution Of Turbine Trip Problem During The Primary Frequency

Simulation Test Of One Nuclear Power Plant

CHEN Xin-ren ZHAO Dong-yang YAO Shui-yong

（China Nuclear Power Engineering Co.，Shenzhen Guangdong 518124，China）

【Abstract】As primary frequency control is essential to the stable of grid，so the power plant which connected to the grid should have the capability of primary frequency control.it is found that during primary frequency control test of one nuclear power plant，if the amplitude of primary frequency is over 3%，the turbine of the nuclear power plant will be tripped.This paper analyze the reason and give the solution.

【Key words】Primary frequency;Nuclear Power plant;Turbine trip;Limitation

0 引言

一次調(diào)頻維持電網(wǎng)穩(wěn)定性至關(guān)重要，隨著國(guó)內(nèi)核電機(jī)組的增多，電網(wǎng)對(duì)核電機(jī)組參與一次調(diào)頻的需求也日趨緊迫，要求核電機(jī)組必須進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)。某核電廠采用CRP壓水堆技術(shù)，汽輪機(jī)類型為ALSTOM三缸四排氣、中間再熱沖動(dòng)凝汽式半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)，額定功率1087MWe，調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用ALSTOM P320 V2系統(tǒng)。在進(jìn)行一次調(diào)頻仿真試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)一次調(diào)頻幅度大于3%時(shí)，會(huì)引起汽輪機(jī)快速甩負(fù)荷至零功率，最終逆功率保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。本文對(duì)此汽輪機(jī)的一次調(diào)頻控制邏輯進(jìn)行分析，并找出問題的原因及提出了修改方案。

1 汽輪機(jī)功率控制原理分析

汽輪機(jī)的功率控制系統(tǒng)主要用于控制汽輪機(jī)的功率，通過邏輯計(jì)算得出目標(biāo)功率所需的蒸汽需求量，從而驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并發(fā)電。如圖1所示整個(gè)控制邏輯由兩部分組成，負(fù)荷控制回路和壓力限制保護(hù)回路。正常情況下，由負(fù)荷控制回路計(jì)算總的蒸汽需求量，壓力限制保護(hù)回路用于異常工況下限制汽輪機(jī)功率。

1.1 負(fù)荷控制回路

負(fù)荷控制回路包含開環(huán)控制模式和閉環(huán)控制模式。當(dāng)處于閉環(huán)控制模式時(shí)，設(shè)定目標(biāo)功率值后，測(cè)量實(shí)際功率值，兩者偏差經(jīng)過PID運(yùn)算后得出負(fù)荷回路蒸汽需求量。當(dāng)處于開環(huán)控制模式時(shí)，設(shè)定目標(biāo)功率值直接轉(zhuǎn)換為蒸汽需求量。

1.2 壓力限制回路

根據(jù)弗留格而公式，汽輪機(jī)首級(jí)進(jìn)汽壓力與汽輪機(jī)主蒸汽流量成線性關(guān)系[1]，因此可以通過控制汽輪機(jī)首級(jí)進(jìn)汽壓力進(jìn)而控制汽輪機(jī)功率。因此為保證汽輪機(jī)功率控制穩(wěn)定，ALSTOM額外設(shè)計(jì)了壓力限制回路，用于當(dāng)負(fù)荷控制回路出現(xiàn)異常時(shí)，控制汽輪機(jī)功率。其控制原理為：正常情況下，壓力測(cè)量值應(yīng)低于壓力設(shè)定值，此時(shí)壓力控制回路不運(yùn)算，負(fù)荷控制回路的輸出上限為負(fù)荷回路蒸汽需求量加3%。當(dāng)負(fù)荷回路出現(xiàn)運(yùn)算異常，導(dǎo)致壓力測(cè)量值高于壓力設(shè)定值時(shí)，壓力控制回路經(jīng)過PID運(yùn)算計(jì)算出壓力回路蒸汽需求量，并作為負(fù)荷控制回路的輸出上限，從而限制汽輪機(jī)功率上升，起到保護(hù)汽輪機(jī)作用。

1.3 一次調(diào)頻控制原理

當(dāng)電網(wǎng)的用電負(fù)荷和發(fā)電負(fù)荷需求不平衡時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生電網(wǎng)網(wǎng)頻波動(dòng)，偏移額定頻率50HZ，因此當(dāng)網(wǎng)頻出現(xiàn)偏差時(shí)，需要調(diào)整并網(wǎng)機(jī)組的發(fā)電功率，以重新達(dá)到電網(wǎng)供需平衡。一次調(diào)頻的控制原理為將汽輪機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的網(wǎng)頻偏差，按照與電網(wǎng)協(xié)定的調(diào)頻死區(qū)和調(diào)頻幅度，轉(zhuǎn)換成一次調(diào)頻幅度，汽輪機(jī)控制系統(tǒng)將換算出的一次調(diào)頻幅度轉(zhuǎn)換成蒸汽需求量，進(jìn)而改變汽輪機(jī)功率，從而協(xié)助電網(wǎng)消除網(wǎng)頻偏差。當(dāng)負(fù)荷回路處于閉環(huán)控制模式時(shí)，一次調(diào)頻幅度經(jīng)過PID閉環(huán)運(yùn)算，可精確響應(yīng)調(diào)頻需求。當(dāng)負(fù)荷回路處于開環(huán)控制模式時(shí)，直接將一次調(diào)頻幅度轉(zhuǎn)換成蒸汽需求量，也可響應(yīng)調(diào)頻需求。

2 一次調(diào)頻試驗(yàn)過程現(xiàn)象分析

根據(jù)上述控制原理描述，為進(jìn)行一次調(diào)頻能力驗(yàn)證，需要手動(dòng)模擬網(wǎng)頻偏差，檢查調(diào)頻死區(qū)設(shè)置是否正確，檢查網(wǎng)頻偏差與一次調(diào)頻幅度的轉(zhuǎn)換關(guān)系是否正確。在試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)汽輪機(jī)處于負(fù)荷閉環(huán)控制模式下，一次調(diào)頻幅度超過3%時(shí)，將引起汽輪機(jī)快速甩負(fù)荷至零，進(jìn)而引起逆功率保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。理論上，一次調(diào)頻幅度為3%時(shí)，電功率變化率為32.6MWe，對(duì)于汽輪機(jī)而言，即功率階躍變化32.6MWe。對(duì)于ALSTOM此型號(hào)汽輪機(jī)，根據(jù)技術(shù)規(guī)格書，至少能夠承受10%負(fù)荷階躍變化，而不會(huì)引起汽輪機(jī)異常跳機(jī)。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)引入超過3%的一次調(diào)頻幅度時(shí)，壓力限制回路計(jì)算出的蒸汽需求量會(huì)快速變化至零，因壓力限制回路的蒸汽需求量是負(fù)荷控制回路的輸出上限，導(dǎo)致負(fù)荷控制回路的輸出也變成零，因此導(dǎo)致最終的總的蒸汽需求量變成零，引起汽輪機(jī)功率快速下降至零。其具體過程分析如下，試驗(yàn)前汽輪機(jī)穩(wěn)定在500MW運(yùn)行狀態(tài)，一次調(diào)頻貢獻(xiàn)度為零，負(fù)荷回路PID的輸出A為50%，因?yàn)閴毫ο拗苹芈肺赐度脒\(yùn)算，此時(shí)壓力限制回路的輸出=負(fù)荷回路蒸汽需求量+3%=B+3%=A+3%=53%，當(dāng)引入4%的一次調(diào)頻幅度后，各個(gè)控制回路的蒸汽需求量變化如表1。

3 問題分析

當(dāng)壓力限制回路不投用時(shí)，壓力限制回路采用當(dāng)前的負(fù)荷回路蒸汽需求量加上3%作為負(fù)荷回路的上限輸出，避免干擾負(fù)荷回路的正常運(yùn)算，但從表1可以看出，當(dāng)一次調(diào)頻幅度超過3%時(shí)，將引起壓力限制回路的自減少過程，導(dǎo)致壓力限制回路的蒸汽需求量逐漸降低至零，從而導(dǎo)致跳機(jī)。因此發(fā)生此問題的原因?yàn)閴毫ο拗苹芈返?%這個(gè)參數(shù)設(shè)置不正確。

4 修改方案

根據(jù)與電網(wǎng)的協(xié)定，核電廠一次調(diào)頻幅度不超過10%，因此將壓力限制回路的參數(shù)由3%修改為10%，再進(jìn)行試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)一次調(diào)頻功能響應(yīng)正常。但是將參數(shù)修改為10%后，將引發(fā)新問題為，當(dāng)參數(shù)是3%時(shí)，壓力限制的初始輸出為負(fù)荷回路蒸汽量加3%，當(dāng)修改為10%后，若負(fù)荷回路出現(xiàn)異常，當(dāng)壓力限制回路投用后，初始輸出變?yōu)樨?fù)荷回路蒸汽量加10%，將引起壓力限制回路的調(diào)節(jié)滯后。為解決此問題，最終修改方案如圖2，當(dāng)壓力限制回路投入時(shí)候，將初始輸出值設(shè)置為當(dāng)前負(fù)荷回路蒸汽需求量，保證壓力限制功能的快速。

5 結(jié)語

一次調(diào)頻功能是汽輪機(jī)控制邏輯的基本功能，同時(shí)由于汽輪機(jī)控制邏輯復(fù)雜，為保護(hù)汽輪機(jī)，除正常調(diào)節(jié)功能外，往往會(huì)設(shè)計(jì)各種限制功能，因此需要全盤考慮諸如調(diào)節(jié)參數(shù)、閾值參數(shù)、限制參數(shù)等參數(shù)的一致性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李勇.汽輪機(jī)主蒸汽流量在線監(jiān)測(cè)方法研究[J].熱力發(fā)電，2011，40（4）：34.