廣蓄B廠機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)方法介紹與分析

代雄

（廣州蓄能水電廠，廣東 廣州 510950）

廣蓄B廠機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)方法介紹與分析

代雄

（廣州蓄能水電廠，廣東 廣州 510950）

介紹了一次調(diào)頻在電力系統(tǒng)中的作用及廣東電網(wǎng)對(duì)一次調(diào)頻技術(shù)指標(biāo)要求，并介紹廣州蓄能水電廠7號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻性能靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)方法。

一次調(diào)頻；靜態(tài)試驗(yàn)；動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)組是電力系統(tǒng)的重要組成部分，一次調(diào)頻功能是發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)功能之一，其一次調(diào)頻功能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。它能迅速緩解電網(wǎng)頻率的劇烈波動(dòng)，大大地提高電網(wǎng)的頻率控制水平和電能質(zhì)量，降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提高整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性、增強(qiáng)電網(wǎng)抗事故能力。

1 一次調(diào)頻技術(shù)指標(biāo)

《廣東電力系統(tǒng)一次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)定》）中要求廣東電力系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組原則上都應(yīng)參與一次調(diào)頻。并且水電機(jī)組滿足以下技術(shù)指標(biāo)：

a）水電機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)不大于±0.05 Hz；

b）水電機(jī)組速度不等率不高于4%；

c）調(diào)速系統(tǒng)遲緩率。對(duì)于DEH電液調(diào)節(jié)型機(jī)組，機(jī)組容量大于200 MW，遲緩率要求小于0.07%；

d）在電網(wǎng)頻率變化超過機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)，機(jī)組響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于等于3 s；

e）在電網(wǎng)頻率變化超過機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)，開始時(shí)的15 s內(nèi)機(jī)組出力實(shí)際調(diào)節(jié)量應(yīng)達(dá)到機(jī)組出力理論最大值的60%以上；

f)在電網(wǎng)頻率變化超過機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)后60s內(nèi)，機(jī)組實(shí)際出力與響應(yīng)目標(biāo)偏差的平均值應(yīng)達(dá)到理論計(jì)算的調(diào)整幅度的±8%內(nèi)；

g)水電機(jī)組參與一次調(diào)頻的負(fù)荷變化幅度不加以限制（軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組負(fù)荷變化幅度可根據(jù)機(jī)組特性適當(dāng)限制）。

2 廣州蓄能水電廠及B廠調(diào)速器簡(jiǎn)介

廣州蓄能水電廠（簡(jiǎn)稱廣蓄）隸屬于中國(guó)南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司，位于廣州市從化呂田鎮(zhèn)境內(nèi)，總裝機(jī)容量240萬(wàn)kW，分為A廠和B廠，各安裝4臺(tái)30萬(wàn)kW的水泵水輪發(fā)電機(jī)組。廣蓄B廠機(jī)組由德國(guó)伏依特公司承制、供貨，調(diào)速系統(tǒng)采用數(shù)字式電氣調(diào)速器，型號(hào)為：VGC2120—3PR，采用單導(dǎo)葉控制，共裝有20個(gè)電液轉(zhuǎn)換器和20個(gè)接力器。邏輯控制單元為雙PLC冗余配置，由PLC1和PLC2完成，單導(dǎo)葉控制單元由PLC3完成，其轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)采用PID調(diào)節(jié)，功率控制環(huán)節(jié)采用PI調(diào)節(jié)。廣蓄2008年至2009年完成了B廠4臺(tái)機(jī)組調(diào)速器一次調(diào)頻靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，下面以廣蓄B廠7號(hào)機(jī)組為例說明調(diào)速器一次調(diào)頻試驗(yàn)方法。

3 一次調(diào)頻性能靜態(tài)試驗(yàn)

一次調(diào)頻性能靜態(tài)試驗(yàn)主要進(jìn)行了調(diào)速器測(cè)頻回路校準(zhǔn)、調(diào)速器靜態(tài)特性試驗(yàn)、永態(tài)轉(zhuǎn)差率bp校驗(yàn)和機(jī)頻斷線模擬試驗(yàn)。

3.1 調(diào)速器靜態(tài)特性試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)條件

在機(jī)組停機(jī)，蝸殼靜水條件下，切除人工死區(qū)，bt、Td和Tn設(shè)為最小值。

（2）試驗(yàn)接線

在停機(jī)狀態(tài)下完成各接線，包括：“TG2000H發(fā)電機(jī)組特性和參數(shù)綜合測(cè)試系統(tǒng)”（以下簡(jiǎn)稱“TG2000H測(cè)試儀”）輸入信號(hào)（接力器行程平均反饋、仿真功率反饋），“TG 2000H測(cè)試儀”輸出信號(hào)（仿真功率輸出、

脈沖仿真頻率），具體接線如圖1：

（3）試驗(yàn)方法及結(jié)果

進(jìn)入“TG2 000H測(cè)試儀”靜態(tài)特性試驗(yàn)?zāi)K，升高或降低脈沖仿真頻率使調(diào)速器導(dǎo)葉全開或全關(guān)，“TG2 000H測(cè)試儀”自動(dòng)調(diào)整頻率信號(hào)值，使之按一個(gè)方向逐次升高和降低，在導(dǎo)葉每次變化穩(wěn)定后，記錄該次信號(hào)頻率值及相應(yīng)的導(dǎo)葉開度。試驗(yàn)記錄見表1。根據(jù)靜態(tài)特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得：轉(zhuǎn)速死區(qū)ix＝0.006%，符合《規(guī)定》中調(diào)速器轉(zhuǎn)速死區(qū)小于0.04%的要求；導(dǎo)葉開啟方向線性度誤差εx＝2.16%，導(dǎo)葉關(guān)閉方向線性度誤差εx＝2.11%，均滿足《DL/T563－2004水輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)及裝置技術(shù)規(guī)程》中電液調(diào)節(jié)裝置靜特性曲線線性度誤差不超過5%的規(guī)定。

表1 廣蓄B廠7號(hào)機(jī)調(diào)速器靜特性試驗(yàn)記錄

3.2 永態(tài)轉(zhuǎn)差率bp校驗(yàn)

（1）試驗(yàn)條件及接線

永態(tài)轉(zhuǎn)差率bp的校驗(yàn)在機(jī)組停機(jī)，蝸殼靜水條件下進(jìn)行，bt、Td和Tn設(shè)為最小值，bp設(shè)置待校驗(yàn)值，試驗(yàn)接線同調(diào)速器靜態(tài)特性試驗(yàn)。

（2）試驗(yàn)方法及結(jié)果

改變調(diào)速器輸入頻率信號(hào)，測(cè)取接力器兩個(gè)輸出（Y1、Y2）及其對(duì)應(yīng)的輸入頻率（f1、f2），按下式計(jì)算bp：

式中：Ymax——接力器最大行程；

fr——額定頻率。

為確保試驗(yàn)精度，選擇25%和75%行程位置附近為實(shí)測(cè)點(diǎn)。

bp＝4%、6%的校驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 廣蓄B廠7號(hào)機(jī)調(diào)速器bp校驗(yàn)結(jié)果

從測(cè)試結(jié)果看，設(shè)定值和實(shí)測(cè)值的誤差不超過滿刻度的5%，符合一般技術(shù)要求。

4 一次調(diào)頻性能動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

動(dòng)態(tài)試驗(yàn)在機(jī)組發(fā)電工況中進(jìn)行，試驗(yàn)內(nèi)容為：一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間測(cè)試、一次調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)測(cè)試、跟蹤電網(wǎng)頻率試驗(yàn)。試驗(yàn)前人工死區(qū)設(shè)置為0.03 Hz，將機(jī)組有功功率、導(dǎo)葉開度反饋平均值、蝸殼壓力信號(hào)接入“TG2 000H測(cè)試儀”，將“TG2 000H測(cè)試儀”的脈沖仿真頻率輸出接入調(diào)速器測(cè)速系統(tǒng)。

4.1 一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間測(cè)定

一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間采用階躍頻率信號(hào)法測(cè)定。先在“TG2 000H測(cè)試儀”上設(shè)置額定頻率50 Hz，然后分別設(shè)置頻率幅值為0.10 Hz、0.15 Hz和0.20 Hz的正負(fù)階躍頻率信號(hào)，對(duì)電液調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行擾動(dòng)，并且在“TG2 000H測(cè)試儀”上錄制好測(cè)試數(shù)據(jù)和波形。根據(jù)測(cè)試的數(shù)據(jù)和波形計(jì)算，廣蓄B廠7號(hào)機(jī)負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間最長(zhǎng)為1.9 s，滿足《規(guī)定》中負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間不超過3 s的限定；正負(fù)階躍0.10 Hz、0.15 Hz和0.2 Hz擾動(dòng)的負(fù)荷穩(wěn)定最長(zhǎng)時(shí)間為62 s，略高于《規(guī)定》中60 s的限定。從測(cè)試結(jié)果來看，機(jī)組負(fù)荷受水力波動(dòng)的影響明顯，給計(jì)算負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)間造成困難。但在頻率擾動(dòng)影響期間，即使有大的水力擾動(dòng)，機(jī)組出力仍然是朝著響應(yīng)頻率擾動(dòng)的方向動(dòng)作，而在頻率擾動(dòng)影響穩(wěn)定后，機(jī)組出力便跟隨水力波動(dòng)而動(dòng)。正負(fù)0.15 Hz擾動(dòng)時(shí)，機(jī)組功率、機(jī)組頻率、導(dǎo)葉開度和蝸殼壓力的波形如圖2和圖3所示。

4.2 一次調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)測(cè)試

一次調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)測(cè)試方法與一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間測(cè)定方法相同。從測(cè)試數(shù)據(jù)和波形來看，頻率上擾0.030 Hz和下擾0.032 Hz時(shí)，調(diào)速器均產(chǎn)生與頻率擾動(dòng)方向一致的動(dòng)作。即當(dāng)人工頻率死區(qū)設(shè)為0.06%（0.03 Hz）時(shí)，調(diào)速器實(shí)測(cè)一次調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)為－0.032～0.030 Hz，符合《規(guī)定》中機(jī)組一次調(diào)頻的頻率死區(qū)控制在±0.05 Hz以內(nèi)的要求。頻率階躍上擾時(shí)，調(diào)速器響應(yīng)波形如圖4所示。

4.3 跟蹤電網(wǎng)頻率試驗(yàn)

跟蹤電網(wǎng)頻率試驗(yàn)?zāi)康氖菣z查電網(wǎng)頻率超過設(shè)定的一次調(diào)頻的頻率死區(qū)時(shí)，機(jī)組的一次調(diào)頻動(dòng)作情況。由圖5可知，在電網(wǎng)頻率下降超過實(shí)測(cè)頻率動(dòng)作死區(qū)0.032 Hz后，調(diào)速器能夠及時(shí)響應(yīng)電網(wǎng)頻率的變動(dòng)，開啟導(dǎo)葉，增加出力，發(fā)揮一次調(diào)頻功能。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著各個(gè)電網(wǎng)裝機(jī)容量和用電負(fù)荷的迅速增長(zhǎng)，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了更多的風(fēng)險(xiǎn)。一次調(diào)頻功能能迅速緩解電網(wǎng)頻率的劇烈波動(dòng)，大大降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。因此，各個(gè)電網(wǎng)陸續(xù)都要求本系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組投入一次調(diào)頻功能。

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TV743

B

1672-5387（2010）04-0047-03

2010-04-26

代雄（1983-），男，助理工程師，從事抽水蓄能電廠檢修與維護(hù)工作。