18 200MW汽轮机组一次调频的设计[1].doc

2008年全国发电厂热工自动化专业会议论文集200MW汽轮机组一次调频的设计苏瑞祥 童宇红（国电吉林热电厂吉林132027 ）摘要：介绍了吉林热电厂200MW汽轮机组一次调频控制逻辑和参数设置，通过几种不同投入方式的分析，表明“CCSDEH”方式的调节性能较好，是目前投入一次调频功能的最优方式。关键词：一次调频 CCS DEH引言为了保证电网的安全经济运行，提高电能质量和电网频率的控制水平，迅速消除由于电网负荷变化而引起的频率波动，我厂200MW汽轮机组进行一次调频的投入。国电吉林热电厂11号机组锅炉为哈尔滨锅炉厂制造的670t/h亚临界中间再热自然循环汽包锅炉，中储式制粉系统；汽轮机为哈尔滨汽轮机厂制造的C145/N200-130/535/535型亚临界一次中间再热单抽双缸双排汽凝汽式汽轮机；DCS系统是西屋公司的OVATION控制系统，DEH是新华公司的XDPS400型控制系统。机组一次调频功能是指当电网频率超出规定的正常范围后，电网频率的变化将使电网中参与一次调频的各机组调速系统根据电网频率的变化自动地增加或减小机组的功率，从而达到新的平衡，并且将电网频率的变化限制在一定的范围内。一次调频功能是维护电网稳定的重要手段，吉林热电厂11号机组在CCS系统、DEH系统中分别设计有一次调频功能。1 一次调频主要技术指标一次调频的主要技术指标有：转速不等率、调频死区、调频负荷范围。一次调频转速不等率定义为：=(nmax-nmin) n0100%式中nmax、nmin机组空负荷、满负荷对应的速度，r/min；n0机组额定转速，r/min。转速不等率是反映机组调频能力的重要指标，既反映了机组一次调频能力的强弱，又表明了稳定性的好坏。转速不等率越大，机组对电网的调频能力越小，机组运行越稳定；转速不等率越小，机组对电网的调频能力越强，但机组运行的稳定性差。调频死区的设置主要是为了防止电网频率在小范围内波动时汽机调门的不必要的频繁动作，调频过于灵敏，不利于设备的安全运行。另外，为了保持一次调频时机组的稳定和机组的实际调频能力及设备的安全，还需要对调频负荷进行限幅，防止一次调频动作时机组出现过负荷的情况1。根据东北电网发电机组一次调频调度管理暂行规定要求，结合吉林热电厂的实际情况，一次调频的调节死区设置为：2r/min；转速不等率为：5%；一次调频的最大功率为：额定功率的8%即16MW；一次调频负荷响应滞后时间：1秒，和上述参数对应的调频负荷特性曲线如图1所示。02-2-200200150-150频差对应的功率（MW）频差对应的转速（r/min）16-16-1414图1频差调频负荷特性曲线函数关系如下表f(x)：频差对应的转速（r/min）-150-14-2214150频差对应的功率（MW）-20-160016202 一次调频的的实现方法11号机组在DEH系统和CCS系统分别设计有一次调频功能，彼此相互独立，因电网频率信号的精度较低，故一般取汽轮机转速作为被调节量。在一次调频的投入方式上作了如下设计：在DEH操作中设置“一次调频”按钮，机组并网稳定运行后由操作员投入一次调频功能，此时如CCS为自动方式，则CCS侧一次调频功能自动投入。下面分别对DEH、CCS系统的一次调频逻辑进行分析。2.1 DEH系统一次调频转速图2 DEH系统一次调频控制逻辑图F1(x)0调频投切负荷给定值T功率回路调节级压力回路阀门管理程序调门开度指令DEH系统一次调频控制逻辑图如图2所示，F1(X)为频差调频负荷特性曲线。一次调频时频差对应的负荷经限速率（5MW/min）后与负荷给定值叠加，经功率回路、调节级压力回路和阀门管理程序的修正后作为汽轮机调门的开度指令控制调节阀的开度改变机组负荷，直到电网频率恢复正常。DEH系统一次调频的优点是动作迅速，能快速响应调频，缺点是调节品质较差，不利于机组的稳定运行。如果DEH系统功率回路和调节级压力回路没有投入，则一次调频为纯比例调节，调节结果与机组运行参数及调门的流量特性有关，实际负荷的变化与调频负荷目标值必然会存在一定偏差。2.2 CCS系统一次调频转速值F1(X)0调频投切负荷目标值T协调回路机组负荷指令F2(X)F3(X)主汽压力设定值图3 CCS系统一次调频控制逻辑图CCS系统一次调频控制逻辑图如图3所示。在CCS自动的情况下CCS系统一次调频才能投入，调频负荷与来自AGC给定或操作员给定的机组目标负荷分别经限速率（5MW/min）后叠加，再经过高、低限幅后作为机组负荷给定值，分别送汽机主控制器和锅炉主控制器，汽机主控制器输出指令控制汽轮机负荷，锅炉主控制器调整燃料和风量维持主汽压力等参数的稳定。图3中F1(X)的作用与参数和DEH侧完全相同，不同之处在于CCS系统中一次调频负荷的计算是以机组目标负荷为参考基准，而DEH中一次调频负荷的计算是以实际负荷为参考基准。F2(X)、F3(X)仅仅是根据主汽压力设定值不同的负荷附加的修正值。CCS系统一次调频的优点是机组运行较稳定，但对调频负荷的响应较慢,不能快速响应电网频率的变化。2.3 DEH+CCS一次调频对DEH、CCS各种一次调频的分析，合理的一次调频方法应由CCS系统的频率校正(调频)功能及DEH系统的调频功能两部分一起作用来完成。DEH系统和CCS系统同时投入一次调频，机组处于CCS方式运行，当频率变化时，调频负荷指令经汽轮机调门快速响应利用锅炉蓄热以满足电网一次调频负荷的要求，此时DEH侧一次调频是纯比例的有差调节，负荷变化量取决于主汽压及调门的流量特性。同时CCS侧一次调频回路产生的调频负荷指令一方面通过改变DEH给定值来改变机组实际负荷；另一方面改变锅炉的燃烧与机组实际负荷相适应，以维持机组运行参数（主汽压）的稳定。DEH侧一次调频方式动作时间最短，但有一定的超调，在功率回路没投入时还存在一定的负荷偏差；CCS侧一次调频方式动作时间最长，负荷变化较缓慢，主汽压较稳定；“CCSDEH”方式一次调频具有以上两种方式的优点，一次调频响应迅速，机组主汽压较稳定。3 总结发电机组一次调频是涉网安全稳定运行的重要设施，是发电机组并网运行必备条件之一，同时也是并网发电厂安全性评价的一项重要指标。一次调频的投入对电