1000MW 核電機組一次調頻性能試驗研究

余前軍

（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

0.引言

隨著核電機組裝機容量在電網所占比例日益提升，核電機組的一次調頻能力也越來越受到關注。但由于核電其潛在的放射性危害，必須時刻將核安全放在首位。因此，在開展核電機組一次調頻相關工作時，必須同時兼顧一次調頻性能及核電機組運行安全的要求。本文以方家山核電機組作為研究對象，詳細闡述了該機組一次調頻邏輯和參數調整優化過程及試驗開展的情況，在保證機組運行安全情況下，為電網運行安全出力。

1.一次調頻基本原理

一次調頻是指并網機組在外界負荷、電源變化引起電網頻率改變時，網內機組根據自身靜態特性改變機組功率，以減少電網頻率改變幅度。主要應對電網隨機性快速負荷變化時引起的電網頻率波動。

一次調頻動作時機組功率變化量為：

△f：額定頻率和實際頻率偏差；

K：調差系數，即不等率；

fn：額定頻率；

△P：功率變化；

P：額定功率。

方家山核電 1089MW 汽輪發電機組為東方電氣集團供貨、采用阿爾斯通技術的半速機。正常功率運行期間，汽機的目標轉速與實際轉速測量值的轉速偏差作為電網頻率的偏差，經過一次調頻轉速死區邏輯判斷，與不等率比例系數相除后，產生了機組一次調頻分量K △F。一次調頻分量K △F 與當前目轉速空轉修正值求和后產生轉速控制所需蒸汽流量，轉速控制所需蒸汽流量與當前負荷設定值BC 值求和后進行加速度修正產生當前功率蒸汽流量需求值作為汽機控制指令。此外，機組一次調頻分量K △F 還參與了功率調節系統（RGL）的控制，K △F 所換算出的汽機需求變化功率，在RGL 系統中進行死區判斷后，根據公式輸出RGL 對應的核功率調節需求，控制G 組棒位的動作，最終調整核功率。

2.一次調頻參數設置

根據華東電網《華東區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》和《華東區域發電廠并網運行管理實施細則》，以下簡稱“兩個細則”對核電機組一次調頻相關要求，方家山機組一次調頻參數配置如下：

（1）頻率控制死區50±△fsq，50±0.067Hz；

（2）調差系數，核電機組不大于6%；

（3）最大負荷限幅，核電機組最大負荷限幅為額定有功出力的±3%。

根據方家山機組運行技術規格書中對于反應堆功率的規定設置了當堆芯熱功率超過 102%Pn 時，由核功率閉鎖一次調頻正向動作，以確保反應堆安全。

3.一次調頻試驗結果及分析

3.1 一次調頻技術參數設置見表1

表1 方家山 2號機組一次調頻技術參數設置

3.2 一次調頻試驗（以100%工況為例）

2018年4月28日，方家山2號機組在100%PN、90%PN、80%PN 三個電功率工況點開展了±3r/min(±0.1Hz)、±3.9r/min(±0.13Hz)、±4.8r/min(±0.16Hz)一次調頻動態擾動性能試驗，檢測機組一次調頻能力。試驗開始前，確認機組常規島及核島側一次調頻功能正常投入，由電廠熱控人員將汽輪機實際轉速信號切換至模擬轉速回路，并保持1500r/min 不變。機組各運行重要參數穩定半小時后，模擬汽輪機轉速信號，實施階躍變化擾動試驗。機組各響應指標見表2。

3.3 2 號機組一次調頻性能分析

從以上的統計數據可以看出，三種工況下，一次調頻響應及穩定時間均滿足指標要求；一次調頻在 60s 內的積分電量均能達到所需一次調頻電量的 60%，滿足電網對一次調頻積分電量的要求。

表2 2號機組深度調頻動態響應指標統計

4.一次調頻動作情況分析

2019 年5 月23 日11 時54 分37 秒 電 網 頻 率 突 降 至49.935Hz，11 時54 分40 秒電網頻率繼續降至49.894Hz，后續頻率逐步抬升，至11 時54 分47 秒，頻率回升至49.933Hz。

11 時54 分39 秒一次調頻指令觸發，汽機調門逐步開大，負荷逐步升高。當電網頻率回升時，機組一次調頻負荷指令并未減小，繼續維持調頻指令最大值，至11 時55 分10 秒時，一次調頻負荷指令開始逐步恢復，一次調頻動作持續時間約1 分15 秒。調頻動作期間，汽機調門持續開大，負荷持續升高，汽機調門由56.2%最高開至約65.5%，機組負荷由1079.8MW 最高升至1098.5MW，表現出了較為優良的一次調頻性能。

5.結語

按照華東電網“兩個細則”要求，方家山1、2 號機組在三種工況下參與電網一次調頻動態指標均滿足：

（1）一次調頻響應時間小于3s；

（2）一次調頻穩定時間不小于1min；

（3）一次調頻負荷響應速度應滿足：機組達到75%目標負荷的時間應不大于15s，達到90%目標負荷的時間應不大于30s。

1、2 號機組在100%工況下，響應一次調頻要求增負荷時，汽機調門迅速打開至指令上限65%，到達75%及90%的目標負荷響應時間滿足指標要求，但受限于汽機調門指令上限限值，機組的最終負荷出力與一次調頻所需達到的目標負荷存在一定偏差，屬機組正常響應。

根據方家山1、2 號機組試驗結論及2019 年7 月11日方家山機組兩次一次調頻動作情況分析，方家山2 臺機組一次調頻參數設置符合電網要求，機組一次調頻動作正常，動作過程中機組調節性能良好，所有的參數變化都在設計范圍內，參數變化穩定。輸出的積分電量整體達到優秀。充分證明核電機組參與電網一次調頻的工作思路是正確的，同時在探索核電機組一次調頻能力的工作中取得了良好的階段性成果。