某新建燃?xì)忮仩t機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)分析

邴長(zhǎng)江，李紹輝，張 強(qiáng)，褚云山，胡紹宇

(1.國(guó)電康平發(fā)電有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110500；2.國(guó)家電投集團(tuán)數(shù)字科技有限公司，北京 100080；3.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006 )

隨著我國(guó)工業(yè)化水平不斷提高,國(guó)家對(duì)環(huán)境污染越來(lái)越重視，燃?xì)忮仩t機(jī)組建設(shè)更加廣泛。為保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高電能質(zhì)量及電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性，燃?xì)忮仩t機(jī)組需承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)頻任務(wù)。為此，遼寧電網(wǎng)主動(dòng)開(kāi)展燃?xì)忮仩t機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)工作，并驗(yàn)證一次調(diào)頻邏輯及參數(shù)設(shè)置是否滿足國(guó)家、行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與電網(wǎng)調(diào)度要求[1-3]。

1 機(jī)組概述

某新建燃?xì)忮仩t采用四川川鍋鍋爐有限責(zé)任公司生產(chǎn)的CG-340/13.7-Q2型超高壓、高溫、中間再熱、自然循環(huán)燃?xì)鉅t，鍋爐構(gòu)架全部采用鋼架結(jié)構(gòu)，鍋爐本體采用倒U型布置。汽輪機(jī)采用東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的N100-13.24/538/538型超高壓、高溫、一次再熱、六段抽汽、凝汽式汽輪機(jī)。分散控制系統(tǒng)DCS與汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)DEH采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的PCS7-410H控制系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)等。

燃?xì)忮仩t相比燃煤鍋爐大大改善了對(duì)環(huán)境的污染，且減少了引風(fēng)機(jī)、除塵器、除渣器等燃煤鍋爐必備的設(shè)備，在初期投資及占地面積等方面也最為經(jīng)濟(jì)。燃?xì)忮仩t內(nèi)雜質(zhì)較少，鍋爐受熱面不會(huì)被腐蝕及結(jié)渣，使鍋爐連續(xù)運(yùn)行周期延長(zhǎng)。燃?xì)忮仩t比傳統(tǒng)燃煤鍋爐在初期投資及后期機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行方面具有更多優(yōu)勢(shì)[4-5]。

2 一次調(diào)頻主要參數(shù)及考核標(biāo)準(zhǔn)

2.1 主要參數(shù)

a．轉(zhuǎn)速不等率是指機(jī)組在調(diào)節(jié)系統(tǒng)給定值不變的情況下，汽輪機(jī)由空負(fù)荷至額定負(fù)荷時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速變化量與額定轉(zhuǎn)速的比值，通常以百分?jǐn)?shù)形式表示為

δ=Δn/n0×100%

(1)

式中：Δn=n1-n2，n1為機(jī)組空負(fù)荷轉(zhuǎn)速；n2為機(jī)組滿負(fù)荷轉(zhuǎn)速；n0為汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速。

機(jī)組參與一次調(diào)頻的能力由轉(zhuǎn)速不等率決定。轉(zhuǎn)速不等率越小，表示機(jī)組參與一次調(diào)頻能力越強(qiáng)，但會(huì)對(duì)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行造成影響；轉(zhuǎn)速不等率越大，參與一次調(diào)頻的能力越弱，影響電網(wǎng)自平衡能力。一般轉(zhuǎn)速不等率為4%～5%。

b.一次調(diào)頻響應(yīng)滯后時(shí)間為運(yùn)行機(jī)組電網(wǎng)頻率最后一次超過(guò)一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)，機(jī)組負(fù)荷向正確調(diào)頻方向開(kāi)始變化所需時(shí)間。

c.一次調(diào)頻穩(wěn)定時(shí)間為運(yùn)行機(jī)組電網(wǎng)頻率超過(guò)一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)，機(jī)組負(fù)荷達(dá)到一次調(diào)頻動(dòng)作目標(biāo)值范圍內(nèi)所用時(shí)間。

d.一次調(diào)頻死區(qū)為機(jī)組轉(zhuǎn)速位于額定轉(zhuǎn)速附近變化時(shí)，一次調(diào)頻不動(dòng)作的轉(zhuǎn)速區(qū)。

e.負(fù)荷變化幅度為機(jī)組參與一次調(diào)頻負(fù)荷變動(dòng)的上下限，當(dāng)電網(wǎng)頻率變化過(guò)大時(shí)，機(jī)組負(fù)荷不再隨調(diào)頻負(fù)荷變化而變化，從而保證機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。負(fù)荷變動(dòng)幅度限制越小，機(jī)組參與一次調(diào)頻能力越弱[6-8]。

2.2 考核標(biāo)準(zhǔn)

a.運(yùn)行機(jī)組參與一次調(diào)頻的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于3 s，即在3 s內(nèi)機(jī)組負(fù)荷超過(guò)一次調(diào)頻死區(qū)向正確調(diào)頻方向變化。

b.運(yùn)行機(jī)組參與一次調(diào)頻的穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)小于60 s，即在60 s內(nèi)機(jī)組一次調(diào)頻產(chǎn)生最大負(fù)荷。

c.運(yùn)行機(jī)組參與一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)速度在15 s內(nèi)達(dá)到75%目標(biāo)負(fù)荷，在30 s內(nèi)達(dá)到90%目標(biāo)負(fù)荷。

d.運(yùn)行機(jī)組參與一次調(diào)頻的死區(qū)應(yīng)該不大于±2 r/min(±0.033 Hz)。

e.參與一次調(diào)頻的負(fù)荷變化幅度不小于±10%額定負(fù)荷。

3 一次調(diào)頻試驗(yàn)分析

3.1 一次調(diào)頻實(shí)現(xiàn)方式

當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，正常工況下機(jī)組處于協(xié)調(diào)方式或AGC方式運(yùn)行，此時(shí)一次調(diào)頻功能由DEH控制系統(tǒng)和CCS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速差或者頻差超過(guò)一次調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)時(shí)，一次調(diào)頻信號(hào)由DEH控制系統(tǒng)直接作用在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門(mén)指令上，使機(jī)組負(fù)荷快速響應(yīng)一次調(diào)頻需求，同時(shí)CCS側(cè)的負(fù)荷設(shè)定值也疊加一次調(diào)頻信號(hào)，使機(jī)組負(fù)荷和主蒸汽壓力維持穩(wěn)定，并發(fā)出與DEH側(cè)一次調(diào)頻動(dòng)作方向相同的指令作用到汽輪機(jī)調(diào)節(jié)門(mén)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、快速的一次調(diào)頻功能[9-10]。其原理如圖1所示。

圖1 一次調(diào)頻控制原理

3.2 試驗(yàn)方法及過(guò)程

該新建燃?xì)忮仩t機(jī)組運(yùn)行的負(fù)荷控制方式為AGC控制方式，汽輪機(jī)閥門(mén)運(yùn)行方式為單閥。試驗(yàn)時(shí)機(jī)組退出AGC控制方式，處于CCS控制方式，試驗(yàn)工況在60%額定負(fù)荷、75%額定負(fù)荷、90%額定負(fù)荷下進(jìn)行。

將機(jī)組穩(wěn)定在需要的試驗(yàn)工況負(fù)荷下，在工程師站手動(dòng)改變一次調(diào)頻測(cè)量轉(zhuǎn)速偏差值，分別施加±4 r/min、±6 r/min、±17 r/min 的轉(zhuǎn)速偏差擾動(dòng)，持續(xù)60 s后，手動(dòng)將測(cè)量轉(zhuǎn)速偏差值恢復(fù)為零，同時(shí)記錄該一次調(diào)頻動(dòng)作過(guò)程中的機(jī)組有功功率、調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度、主蒸汽壓力、轉(zhuǎn)速差等各項(xiàng)參數(shù)；待機(jī)組負(fù)荷、壓力等運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定后，繼續(xù)試驗(yàn)，直至該負(fù)荷工況下各個(gè)轉(zhuǎn)速差擾動(dòng)試驗(yàn)結(jié)束，調(diào)整機(jī)組負(fù)荷至下一個(gè)試驗(yàn)工況，重復(fù)以上試驗(yàn)步驟；直至所有負(fù)荷工況結(jié)束，恢復(fù)系統(tǒng)至試驗(yàn)前狀態(tài)。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

在該新建燃?xì)忮仩t機(jī)組60%額定工況下進(jìn)行試驗(yàn)，強(qiáng)制機(jī)組轉(zhuǎn)速2994 r/min，并記錄機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作過(guò)程中的數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)速偏差-6 r/min一次調(diào)頻試驗(yàn)曲線

由圖2可知，一次調(diào)頻死區(qū)2 r/min，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速不等率為5%，理論測(cè)試在-6 r/min的頻差負(fù)荷為2.67 MW，實(shí)際測(cè)試功率由一次調(diào)頻動(dòng)作前的60.12 MW升到一次調(diào)頻動(dòng)作穩(wěn)定后的64.69 MW，實(shí)際動(dòng)作頻差負(fù)荷為4.57 MW，實(shí)際調(diào)頻負(fù)荷是理論調(diào)頻負(fù)荷的171.2%。機(jī)組實(shí)際負(fù)荷越過(guò)一次調(diào)頻動(dòng)作負(fù)荷后，仍繼續(xù)增加調(diào)頻負(fù)荷，調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度也一直增大，說(shuō)明實(shí)際負(fù)荷動(dòng)作是一次調(diào)頻理論調(diào)頻負(fù)荷1.71倍。發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)異常后，查閱汽輪機(jī)主控設(shè)定值歷史記錄數(shù)據(jù)為65.24 MW，說(shuō)明一次調(diào)頻動(dòng)作后CCS側(cè)汽輪機(jī)主控疊加2次一次調(diào)頻頻差負(fù)荷，導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)不合格，危害機(jī)組安全，不利于電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。經(jīng)研究后在線修改CCS側(cè)一次調(diào)頻邏輯，刪除一次調(diào)頻頻差函數(shù)并在線下裝該邏輯，重新進(jìn)行試驗(yàn)。

繼續(xù)進(jìn)行各工況下不同轉(zhuǎn)速差的一次調(diào)頻試驗(yàn)，檢查一次調(diào)頻動(dòng)作并核實(shí)機(jī)組動(dòng)作調(diào)頻負(fù)荷，記錄機(jī)組相關(guān)參數(shù)，包括有功功率、調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度、主蒸汽壓力、汽包水位，在相同轉(zhuǎn)速偏差工況下，使機(jī)組能夠穩(wěn)定運(yùn)行。在釋放強(qiáng)制轉(zhuǎn)速信號(hào)時(shí)，要避免汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生偏差，保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

試驗(yàn)結(jié)果表明，機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間均小于3 s，滿足一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間要求；在第15 s時(shí)機(jī)組調(diào)頻負(fù)荷均達(dá)到該工況下理論調(diào)頻負(fù)荷的75%以上，滿足一次調(diào)頻調(diào)整幅度要求；機(jī)組進(jìn)行60 s一次調(diào)頻調(diào)整后，機(jī)組實(shí)際調(diào)頻負(fù)荷達(dá)到理論調(diào)頻負(fù)荷90%以上，滿足一次調(diào)頻負(fù)荷調(diào)整幅度偏差的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)某電廠新建燃?xì)忮仩t機(jī)組開(kāi)展一次調(diào)頻在線試驗(yàn)，一次調(diào)頻各考核指標(biāo)均滿足規(guī)程要求，可以發(fā)揮其一次調(diào)頻功能。

由于該機(jī)組首次投運(yùn)未進(jìn)行過(guò)一次調(diào)頻試驗(yàn)，為保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定對(duì)其進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)十分必要。在試驗(yàn)中可以檢查其一次調(diào)頻功能的正確性,并掌握該機(jī)組一次調(diào)頻性能，為該電廠參與電網(wǎng)一次調(diào)頻提供有力的數(shù)據(jù)支撐。