飛云江珊溪水電廠一次調(diào)頻試驗(yàn)及參數(shù)確定

師耀宏，劉保紅

（1.浙江珊溪水力發(fā)電廠，浙江 文成 325304；2.浙江珊溪經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限責(zé)任公司，浙江 溫州 325300）

0 引言

珊溪水電廠位于浙江省溫州市文成縣境內(nèi)的飛云江上，首臺機(jī)組于2000 年6 月開始投產(chǎn)發(fā)電。 電廠安裝4 臺混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量200 MW，年平均發(fā)電量3.55 億kWh。 電廠出線由220 kV 電壓等級接入華東電網(wǎng)，在華東電網(wǎng)中起調(diào)峰、調(diào)相和緊急事故備用等作用。 為保證電網(wǎng)以及發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，提高電能供應(yīng)的質(zhì)量及電網(wǎng)頻率的高峰控制水平，使其滿足華東電網(wǎng)負(fù)荷和頻率變化的要求，必須使發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻能力達(dá)到華東電網(wǎng)的滿負(fù)荷要求。

珊溪水電廠原4 臺機(jī)調(diào)速器均采用武漢事達(dá)電氣有限公司生產(chǎn)的步進(jìn)式可編程微機(jī)調(diào)速器，型號為BWT-100-STARS。經(jīng)過多年的運(yùn)行，該調(diào)速器因老化和磨損嚴(yán)重，故障率升高，耗油量較大，也不具備一次調(diào)頻功能，已經(jīng)不能滿足電廠安全運(yùn)行及華東電網(wǎng)的并網(wǎng)要求。 因此，從2009 年4 月開始，該電廠依次對3#、4#機(jī)組調(diào)速器進(jìn)行了技術(shù)改造。改造后的調(diào)速器采用長江三峽能事達(dá)電氣股份有限公司生產(chǎn)的伺服電機(jī)微機(jī)調(diào)速器， 型號為

DFWT-100-4.0-STARS。 DFWT-100-4.0-STARS

雙可編程微機(jī)調(diào)速器是一種具有PID 調(diào)節(jié)規(guī)律的新型調(diào)節(jié)器，采用并聯(lián)PID 適應(yīng)式變參數(shù)、變結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)方式，能夠自動適應(yīng)空載、大網(wǎng)、小網(wǎng)運(yùn)行方式。 其電氣部分以法國施奈德MODICON M340 控制器為主體，機(jī)械部分以伺服電機(jī)式無油電液轉(zhuǎn)換器為主體， 系統(tǒng)采用DCS+PLC 控制方式，DCS 與PLC 間通過MODBUS 總線通信，雙機(jī)間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊，并實(shí)現(xiàn)無擾動切換。 系統(tǒng)與上位機(jī)之間通過實(shí)時(shí)通訊，實(shí)現(xiàn)信息和信號交換；系統(tǒng)具備完善的一次調(diào)頻功能。 現(xiàn)以珊溪水電廠站3#機(jī)組為例，進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)及結(jié)果分析。

1 珊溪水電廠機(jī)組一次調(diào)頻功能及現(xiàn)場試驗(yàn)過程

1.1 機(jī)組一次調(diào)頻功能

水輪發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻功能是指由PID 調(diào)節(jié)機(jī)組的頻率與機(jī)組的功率來完成對電網(wǎng)負(fù)荷的擾動和頻率偏差的響應(yīng)。 在該過程中，一次調(diào)頻主要是在動態(tài)過程中起頻率調(diào)節(jié)作用的。

1.2 一次調(diào)頻的工作原理

一次調(diào)頻投入運(yùn)行后，機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)頻率并自動改變頻率死區(qū)Ef值(從0.1Hz 變?yōu)?.04Hz)和永態(tài)轉(zhuǎn)差bp值(從2.5 變?yōu)?)。當(dāng)電網(wǎng)頻率與給定頻率偏差值超過頻率死區(qū)Ef值時(shí)，機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)就會自動調(diào)節(jié)機(jī)組輸出功率，對電網(wǎng)負(fù)荷擾動和頻率偏差進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，上位機(jī)顯示“機(jī)組一次調(diào)頻執(zhí)行”。 當(dāng)電網(wǎng)頻率與給定頻率偏差值處于正常范圍時(shí)，一次調(diào)頻結(jié)束，同時(shí)上位機(jī)將顯示“機(jī)組一次調(diào)頻執(zhí)行完成”。

1.3 試驗(yàn)過程

電網(wǎng)對機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)一次調(diào)頻的要求是指發(fā)電機(jī)組并人華東電網(wǎng)運(yùn)行后，當(dāng)電網(wǎng)頻率出現(xiàn)超出頻率死區(qū)的偏差時(shí)，頻率和機(jī)組功率的自動調(diào)節(jié)及響應(yīng)過程的要求。 實(shí)際上，在電站現(xiàn)場無法做一次調(diào)頻試驗(yàn)， 因?yàn)樗啺l(fā)電機(jī)組全部并入華東電網(wǎng)后，單機(jī)擾動對電網(wǎng)頻率的作用很小。 所以，根據(jù)實(shí)際情況及相關(guān)規(guī)定，試驗(yàn)過程一般是：機(jī)組并入華東電網(wǎng)后，先做開環(huán)試驗(yàn)，在試驗(yàn)中假定電網(wǎng)頻率為一定頻率的階躍變化(電網(wǎng)頻率實(shí)際是動態(tài)連續(xù)變化的)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到要求后，再做電網(wǎng)頻率跟蹤試驗(yàn)。 當(dāng)電網(wǎng)頻率出現(xiàn)偏差并超出頻率死區(qū)時(shí)，記錄一次調(diào)頻響應(yīng)過程，并檢驗(yàn)一次調(diào)頻動作及響應(yīng)情況。

2 機(jī)組一次調(diào)頻功能試驗(yàn)條件及注意事項(xiàng)

2.1 試驗(yàn)前應(yīng)具備的條件

（1）各電廠向省調(diào)提出發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻及其性能試驗(yàn)申請，省調(diào)批復(fù)表示同意。 （2）試驗(yàn)機(jī)組的所有相關(guān)設(shè)備工作正常，具備正常發(fā)電條件。 （3）由浙江省中試所、省調(diào)中心及電廠的有關(guān)部門共同討論涉及電網(wǎng)安全運(yùn)行的防護(hù)措施，確定試驗(yàn)方案實(shí)施時(shí)電網(wǎng)的運(yùn)行方式及應(yīng)急措施。 （4）機(jī)組一次調(diào)頻回路參數(shù)已按要求進(jìn)行設(shè)置。 （5）對試驗(yàn)儀器進(jìn)行檢查，確保儀器在檢定周期內(nèi)，信號正常，工作可靠。 （6）試驗(yàn)時(shí)段的電網(wǎng)頻率應(yīng)盡量保持在50 Hz，并且波動較小。

2.2 試驗(yàn)安全注意事項(xiàng)

（1）參加試驗(yàn)人員必須遵守《電業(yè)安全工作規(guī)程》。 （2）試驗(yàn)前，現(xiàn)場試驗(yàn)負(fù)責(zé)人應(yīng)向參加試驗(yàn)的人員交代安全注意事項(xiàng)。 （3）參加現(xiàn)場試驗(yàn)的人員了解試驗(yàn)方案，明確試驗(yàn)的相關(guān)操作，密切配合，服從指揮。 （4）為了防止發(fā)生事故，應(yīng)派專人監(jiān)視機(jī)組運(yùn)行情況，遇到異常情況，應(yīng)立即停止試驗(yàn)，待原因查明并排除故障后，方可繼續(xù)試驗(yàn)。 （5）在試驗(yàn)過程中，應(yīng)隨時(shí)同省調(diào)保持聯(lián)系，嚴(yán)格執(zhí)行調(diào)度命令。

3 主要試驗(yàn)項(xiàng)目及內(nèi)容

3.1 模擬試驗(yàn)

3.1.1 試驗(yàn)條件

（1）試驗(yàn)機(jī)組退出，備用。 （2）試驗(yàn)機(jī)組蝶閥在全關(guān)位置，且蝸殼無壓。 （3）試驗(yàn)機(jī)組調(diào)速器功能正常。 （4）試驗(yàn)機(jī)組模擬并網(wǎng)(機(jī)組開關(guān)位置信號短接)。 （5）試驗(yàn)機(jī)組調(diào)速器人工失靈區(qū)（頻率死區(qū)）設(shè)定為0.05 Hz。 （6）設(shè)定試驗(yàn)機(jī)組調(diào)速器以一次調(diào)頻方式投入。

3.1.2 試驗(yàn)方法

由調(diào)速器綜合測試儀給調(diào)速器提供額定的機(jī)頻輸入信號，然后，以0.05 Hz 頻差和20 s 時(shí)間間隔逐次升高和降低頻率到50.2 Hz 和49.8 Hz。 在導(dǎo)葉接力器每次變化穩(wěn)定后，用調(diào)速器綜合測試儀記錄該次信號頻率值及相應(yīng)的接力器行程，繪制頻率升高或降低的頻率與接力器行程關(guān)系曲線（如圖1 所示），測定頻率不靈敏區(qū)的特性曲線（如圖2 所示）。

圖1 頻率調(diào)節(jié)與接力器行程特性曲線Fig.1 Feature curve of frequency adjustment and servomotor route

圖2 調(diào)速器不動時(shí)間測量曲線Fig.2 Governor fixed time measuring curve

3.2 現(xiàn)場調(diào)頻試驗(yàn)

3.2.1 試驗(yàn)條件

機(jī)組帶40MW 負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行（機(jī)組額定功率為50MW），調(diào)速器處于自動運(yùn)行狀態(tài)。

3.2.2 試驗(yàn)方法

（1）機(jī)組帶80%額定負(fù)荷，退出監(jiān)控系統(tǒng)有功自動調(diào)節(jié)。 調(diào)速器頻率人工失靈區(qū)設(shè)定為0.05 Hz，改變調(diào)速器的頻率給定值為50.05 Hz、50.1 Hz 和49.95 Hz、49.9 Hz。 用調(diào)速器綜合測試儀記錄頻率給定改變前后的機(jī)組頻率、接力器行程變化過程曲線、機(jī)組出力。

（2）機(jī)組帶80%額定負(fù)荷，投入監(jiān)控系統(tǒng)有功自動調(diào)節(jié)。 調(diào)速器頻率人工失靈區(qū)設(shè)定為0.05 Hz，改變調(diào)速器的頻率給定值為50.1 Hz 和49.9 Hz。 用調(diào)速器綜合測試儀記錄頻率給定改變前后的機(jī)組頻率、接力器行程變化過程曲線、機(jī)組出力。

3.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

4 試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)及結(jié)論

4.1 試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)如表2 所示。

表1 機(jī)組一次調(diào)頻功能現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Field test result of unit frequency at one time

表2 試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)Table 2 Test related data

4.2 試驗(yàn)結(jié)論

（1）以上機(jī)組調(diào)速器參數(shù)具有較好的一次調(diào)頻性能。 （2）調(diào)速器不動時(shí)間測量結(jié)果為0.14 s，小于國家標(biāo)準(zhǔn)0.2 s。 （3）在頻率變化值小于頻率死區(qū)時(shí)，調(diào)速器不進(jìn)行調(diào)節(jié)；在頻率變化值大于人工死區(qū)時(shí)，調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié)。 （4）接力器調(diào)節(jié)響應(yīng)滯后時(shí)間為3 s 左右，接力器全程調(diào)節(jié)時(shí)間小于40 s。（5）監(jiān)控系統(tǒng)有功功率閉環(huán)對機(jī)組一次調(diào)頻有拉回作用。 一次調(diào)頻投入后，監(jiān)控系統(tǒng)有功功率自動調(diào)節(jié)策略還需優(yōu)化。 （6）3#機(jī)組具有一次調(diào)頻能力，具備投入一次調(diào)頻的功能條件。

5 結(jié)語

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，珊溪水電廠3#機(jī)組滿足現(xiàn)代水電廠和電力系統(tǒng)的發(fā)展要求，緩解了華東電網(wǎng)對水輪機(jī)調(diào)速器的性能及功能的嚴(yán)格要求。 在完善和廣泛應(yīng)用了數(shù)字式(微機(jī))電液調(diào)速器的同時(shí)，水電廠自動發(fā)電控制系統(tǒng)(AGC)及電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(EMS)也已日趨成熟，并進(jìn)入了實(shí)用化的階段。 在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，區(qū)域電網(wǎng)容量迅速增大，區(qū)域電網(wǎng)間聯(lián)網(wǎng)并要求進(jìn)行交換功率控制，大中型和多數(shù)小型水輪發(fā)電機(jī)組的主要運(yùn)行方式是并入大的區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行。 在這種運(yùn)行方式下，電網(wǎng)的負(fù)荷頻率控制(LFC)是通過電網(wǎng)AGC 系統(tǒng)和電廠AGC 系統(tǒng)來控制水電機(jī)組的水輪機(jī)調(diào)速器及火電機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)3#機(jī)組并入華東電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，水輪機(jī)調(diào)速器實(shí)現(xiàn)了華東電網(wǎng)一次調(diào)頻。 其試驗(yàn)結(jié)果符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，可以投入實(shí)際應(yīng)用。

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