一次調(diào)頻性能分析和評(píng)價(jià)

李曉軍

(大唐渭河熱電廠,陜西咸陽(yáng) 712085)

一次調(diào)頻性能分析和評(píng)價(jià)

李曉軍

(大唐渭河熱電廠,陜西咸陽(yáng) 712085)

本文介紹了大唐渭河熱電廠1號(hào)汽輪機(jī)組的一次調(diào)頻及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試的條件、測(cè)試過(guò)程,以及測(cè)試結(jié)果,并對(duì)測(cè)試結(jié)果及機(jī)組一次調(diào)頻的性能進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)。

汽輪機(jī) 調(diào)節(jié)系統(tǒng) 一次調(diào)頻

1 概述

各發(fā)電廠投入一次調(diào)頻后可以提高電能質(zhì)量及電網(wǎng)頻率的控制水平，可以達(dá)到迅速消除由于電網(wǎng)負(fù)荷變化引起的頻率波動(dòng)。一次調(diào)頻的主要技術(shù)指標(biāo)有轉(zhuǎn)速不等率、調(diào)頻死區(qū)、調(diào)頻負(fù)荷范圍。頻率是衡量電網(wǎng)供電質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一，并網(wǎng)機(jī)組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻是保證電網(wǎng)供電頻率和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。我廠1號(hào)汽輪機(jī)型號(hào)為C250/N300-16.7/537/537，是哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī)。本機(jī)共設(shè)有8級(jí)回?zé)岢槠?，分別供3臺(tái)高加、1臺(tái)除氧器和4臺(tái)低加使用，除氧器采用滑壓運(yùn)行，各級(jí)加熱器疏水采用逐級(jí)自流。機(jī)組高壓轉(zhuǎn)子有一個(gè)單列調(diào)節(jié)級(jí)和12個(gè)壓力級(jí)；中壓轉(zhuǎn)子有11個(gè)壓力級(jí)；低壓轉(zhuǎn)子有2×6個(gè)壓力級(jí)。1號(hào)汽輪機(jī)控制系統(tǒng)主要由DCS分散控制系統(tǒng)和DEH數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。DCS控制部分為北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司的Hollias—MACSV控制系統(tǒng)，汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)為西屋公司Ovation控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能獨(dú)立完成汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)控制、壓力控制和安全保護(hù)，實(shí)現(xiàn)從盤車到并網(wǎng)的轉(zhuǎn)速控制、負(fù)荷控制，并能進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)和負(fù)荷限制。

2 測(cè)試項(xiàng)目及其方法

2.1 測(cè)試項(xiàng)目

汽輪機(jī)及其控制系統(tǒng)參數(shù)測(cè)試項(xiàng)目一般包括控制系統(tǒng)靜態(tài)測(cè)試、機(jī)組帶負(fù)荷試驗(yàn)、汽輪機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)、汽輪機(jī)動(dòng)態(tài)擾動(dòng)試驗(yàn)等四大類。

信號(hào)采集器為香港嘉兆科技有限公司西安分公司采用美國(guó)IOTECH采集板生產(chǎn)的24通道DAQLAB2005型便攜式記錄儀，信號(hào)源采用浙江勁儀儀表廠生產(chǎn)的JY822過(guò)程校驗(yàn)儀。

2.2 帶負(fù)荷試驗(yàn)

機(jī)組帶負(fù)荷試驗(yàn)于2009年5月18日15時(shí)12分開(kāi)始，17時(shí)19分結(jié)束。機(jī)組正常帶負(fù)荷運(yùn)行，通過(guò)改變機(jī)組的負(fù)荷指令，測(cè)量記錄機(jī)組負(fù)荷與閥門開(kāi)度之間的關(guān)系，測(cè)試條件及測(cè)試過(guò)程具體內(nèi)容如下：(1)試驗(yàn)時(shí)機(jī)組保持定壓運(yùn)行，DEH負(fù)荷回路未投入，CCS系統(tǒng)投入自動(dòng)；(2)切除一次調(diào)頻功能，保證機(jī)組負(fù)荷的變化完全由給定輸入值來(lái)確定；(3)試驗(yàn)期間，回?zé)嵯到y(tǒng)正常投入，機(jī)側(cè)主蒸汽壓力及溫度、再熱蒸汽壓力及溫度、凝汽器真空等參數(shù)基本在額定值；(4)機(jī)組負(fù)荷從220MW上升至300MW，再由300MW下降至267MW，之后升至284MW。數(shù)據(jù)采集器以1Hz的采樣頻率記錄機(jī)組負(fù)荷、高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度(油動(dòng)機(jī)行程)等參數(shù)。

通過(guò)該項(xiàng)試驗(yàn)，得到了機(jī)組負(fù)荷與調(diào)節(jié)閥開(kāi)度之間的關(guān)系，結(jié)合靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)獲得的機(jī)組轉(zhuǎn)速上行和下行的測(cè)試曲線，可得到機(jī)組的速度不等率。

2.3 動(dòng)態(tài)擾動(dòng)試驗(yàn)

2.3.1 測(cè)試條件

本試驗(yàn)于2009年5月18日16時(shí)24分進(jìn)行，其測(cè)試條件如下：(1)油系統(tǒng)、DEH系統(tǒng)工作正常，機(jī)組投入一次調(diào)頻，且各負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行穩(wěn)定；(2)轉(zhuǎn)速死區(qū)為±2r/min；(3)試驗(yàn)過(guò)程中機(jī)組的目標(biāo)負(fù)荷保持不變；(4)為避免在試驗(yàn)過(guò)程中其它環(huán)節(jié)對(duì)一次調(diào)頻功能的限制，切除AGC、壓力控制回路，并設(shè)置機(jī)側(cè)主汽壓力、調(diào)節(jié)級(jí)壓力等監(jiān)視段參數(shù)。(5)試驗(yàn)期間盡量維持主汽壓力穩(wěn)定、再熱蒸汽溫度和凝汽器真空在額定值附近。

2.3.2 階躍響應(yīng)特性試驗(yàn)

(1)DEH投入功率控制及一次調(diào)頻功能，CCS撤除一次調(diào)頻功能；(2)由熱工人員從DEH工程師站將轉(zhuǎn)速給定分別強(qiáng)制為3007r/min和3013r/min，此時(shí)機(jī)組負(fù)荷快速增加，待機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定后，熱工人員將轉(zhuǎn)速給定恢復(fù)為3000r/min；(3)CCS投入一次調(diào)頻功能，DEH撤除一次調(diào)頻功能；(4)由熱工人員從DCS工程師站將轉(zhuǎn)速給定強(qiáng)制為3015r/min，待機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定后，熱工人員將轉(zhuǎn)速給定恢復(fù)為3000r/min。(5)數(shù)據(jù)采集器以1kHz的采樣頻率記錄試驗(yàn)過(guò)程中機(jī)組負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、頻差、總閥位指令、高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度位置反饋信號(hào)、機(jī)側(cè)主汽壓力、調(diào)節(jié)級(jí)壓力、高壓缸排汽壓力、再熱器熱段壓力和六段抽汽壓力等參數(shù)。

通過(guò)本試驗(yàn)，獲得階躍擾動(dòng)時(shí)機(jī)組各主要部分參數(shù)的變化規(guī)律，利用轉(zhuǎn)速降低過(guò)程的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合開(kāi)發(fā)研制的參數(shù)辨識(shí)系統(tǒng)軟件，對(duì)高壓容積、再熱容積和聯(lián)通管容積時(shí)間常數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，獲得相關(guān)時(shí)間常數(shù)。

2.3.3 汽輪機(jī)斜坡響應(yīng)特性試驗(yàn)

(1)CCS系統(tǒng)投入，機(jī)組當(dāng)前負(fù)荷200MW；(2)在DCS操作站，由運(yùn)行人員將升負(fù)荷率設(shè)為9MW/min，目標(biāo)設(shè)為250MW；(3)運(yùn)行適當(dāng)增加燃料，待主汽壓力有上升趨勢(shì)時(shí)，在DCS操作盤按“執(zhí)行”鍵開(kāi)始增加機(jī)組負(fù)荷，機(jī)組負(fù)荷由200MW增加至250MW；(4)機(jī)組約2～3分鐘穩(wěn)定后，由運(yùn)行人員再次將目標(biāo)負(fù)荷設(shè)為300MW；(5)運(yùn)行適當(dāng)增加燃料，待主汽壓力有上升趨勢(shì)時(shí)，在DCS操作盤按“執(zhí)行”鍵開(kāi)始增加機(jī)組負(fù)荷，機(jī)組負(fù)荷由250MW增加至300MW；(6)數(shù)據(jù)采集器以1kHz的采樣頻率記錄以上整個(gè)過(guò)程機(jī)組負(fù)荷、總閥位指令、高壓調(diào)節(jié)閥開(kāi)度(油動(dòng)機(jī)行程)反饋、機(jī)側(cè)主汽壓力、速度級(jí)壓力、高壓缸排汽壓力、再熱器熱段壓力、六段抽汽壓力等參數(shù)變化數(shù)據(jù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果

機(jī)組DEH及CCS系統(tǒng)轉(zhuǎn)速死區(qū)設(shè)為±2r/min，不等率為5.5%，一次調(diào)頻負(fù)荷變化限幅為6%額定負(fù)荷。1號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻性能分析如下：

(1)DEH系統(tǒng)功率控制方式。轉(zhuǎn)速給定值由3000r/min階躍至3013r/min時(shí)，總閥位指令在0.16s增至91.455%；CV1在0.496s開(kāi)至29.189%；CV2在1.157s開(kāi)至28.111%；CV3在0.661s開(kāi)至28.908%；機(jī)組功率、主汽壓力、調(diào)節(jié)級(jí)壓力在1.57s開(kāi)始響應(yīng)轉(zhuǎn)速偏差變化；再熱器熱段壓力、六段抽汽壓力分別在2.727s和3.636s開(kāi)始響應(yīng)轉(zhuǎn)速偏差變化。功率在13.14s增加18.39MW，在33.305s開(kāi)始穩(wěn)定。

轉(zhuǎn)速給定值由3013r/min階躍至3000r/min時(shí)，總閥位指令在0.248s關(guān)至81.807%；CV1、CV2、CV3在0.413s分別關(guān)至22.164%、23.532%、22.634%；功率在1.48s開(kāi)始響應(yīng)轉(zhuǎn)速變化，在21.567s減少18.09MW。

(2)DCS系統(tǒng)在CCS控制方式。轉(zhuǎn)速給定值由3000r/min階躍至3013r/min時(shí)，在1.592s總閥位指令、CV1、CV2、CV3分別開(kāi)至84.558%、25.438%、22.97%；23.381%；功率在2.316s開(kāi)始響應(yīng)轉(zhuǎn)速變化，在52.524s增加13.80MW。

轉(zhuǎn)速給定值由3013r/min階躍至3000r/min時(shí)，功率在2.59s開(kāi)始響應(yīng)轉(zhuǎn)速變化，在37.33s減少9.95MW。

《陜西電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)測(cè)試及一次調(diào)頻工作管理規(guī)定》中第16條、第17條和第18條中規(guī)定：火電機(jī)組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的響應(yīng)滯后時(shí)間、對(duì)目標(biāo)出力完全響應(yīng)時(shí)間及穩(wěn)定時(shí)間分別為3s、15s、45s；第19條中規(guī)定：額定負(fù)荷300MW及以上的火電機(jī)組參與一次調(diào)頻的負(fù)荷變化限制幅度為機(jī)組額定負(fù)荷的±6%。

上述數(shù)據(jù)說(shuō)明1號(hào)機(jī)組DEH控制系統(tǒng)在功率控制方式下參與一次調(diào)頻的響應(yīng)滯后時(shí)間、對(duì)目標(biāo)出力完全響應(yīng)時(shí)間及穩(wěn)定時(shí)間滿足《陜西電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)測(cè)試及一次調(diào)頻工作管理規(guī)定》中第16條、第17條和第18條的規(guī)定。DCS控制系統(tǒng)在CCS方式下一次調(diào)頻的性能不甚理想。

4 結(jié)語(yǔ)

測(cè)試中由于DEH系統(tǒng)輸出通道有限，只接了CV1、CV2、CV3高調(diào)門位置反饋信號(hào)，無(wú)CV4高調(diào)門的動(dòng)作情況，今后若再測(cè)試可接CV2、CV3、CV4高調(diào)門位置反饋信號(hào)。由于條件所限，分別在DEH系統(tǒng)功率控制方式及DCS系統(tǒng)CCS控制方式兩種做了機(jī)組一次調(diào)頻性能試驗(yàn)，DEH系統(tǒng)閥位控制及CCS控制方式組合的一次調(diào)頻性能試驗(yàn)未做，以后若在測(cè)試可做DEH系統(tǒng)閥位控制及CCS控制方式組合的一次調(diào)頻性能的試驗(yàn)。

DEH系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速輸入信號(hào)取自不同的測(cè)量系統(tǒng)，組態(tài)邏輯中轉(zhuǎn)速偏差計(jì)算方式不同。DEH系統(tǒng)轉(zhuǎn)速偏差為轉(zhuǎn)速給定值與轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)值之差，DCS系統(tǒng)轉(zhuǎn)速偏差為轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)值與轉(zhuǎn)速給定值之差。這樣就形成了兩種一次調(diào)頻頻差函數(shù)，DEH系統(tǒng)轉(zhuǎn)速偏差增大(減小)，要求增加(減小)負(fù)荷；DCS系統(tǒng)轉(zhuǎn)速偏差增大(減小)，要求減小(增加)負(fù)荷。

動(dòng)態(tài)階躍響應(yīng)特性試驗(yàn)表明，機(jī)組在功率控制方式下參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的響應(yīng)時(shí)間和負(fù)荷調(diào)節(jié)能力較理想，在CCS控制方式下參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的響應(yīng)時(shí)間和負(fù)荷調(diào)節(jié)能力較差。由于CCS控制方式機(jī)組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的能力有限，建議機(jī)組一次調(diào)頻功能在DEH系統(tǒng)為閥控方式，DCS系統(tǒng)為機(jī)爐協(xié)調(diào)方式下投入。這樣既可保證機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作的快速性，又可保證一次調(diào)頻動(dòng)作的持續(xù)性。

機(jī)組正常運(yùn)行中應(yīng)投入一次調(diào)頻功能，在DEH系統(tǒng)投入一次調(diào)頻功能時(shí)，為防止CCS系統(tǒng)反調(diào)，CCS系統(tǒng)亦必須投入一次調(diào)頻功能，使其真正起到頻差校正的作用。由于CCS系統(tǒng)的一次調(diào)頻功能在機(jī)組負(fù)荷100MW以上才能投入，因此，建議DEH系統(tǒng)一次調(diào)頻功能亦在機(jī)組負(fù)荷100MW以上時(shí)投入。

李曉軍,性別:男,出生年:1972.9,籍貫:陜西禮泉,學(xué)歷:本科,職稱:助理工程師,研究方向:火力發(fā)電自動(dòng)化方向或火力發(fā)電協(xié)調(diào)控制方向。