高精度转速卡在某厂机组一次调频中的应用

赵秀峰

（大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂，河北 张家口 075133）

引言

某发电厂共八台320 MW 汽轮发电机组，其中1、2 号机组为东方电气集团生产的高、中、低压缸三缸汽轮发电机组，3～8 号机组为东方电气集团生产的高、中压缸合缸汽轮发电机组。分散控制系统（DCS）和汽轮机数字电液调节系统（DEH）除7 号机组为和利时控制系统外，其他机组均为北京日立控制系统，由于北京日立控制系统DEH 转速设计精度低，无法满足一次调频要求。

1 一次调频参数指标

1.1 转速不等率δ

式中：Nmax为汽轮机空负荷时对应的最大转速；Nmin为额定负荷时对应的最小转速；ne为汽轮机额定转速。

转速不等率越大，一次调频动作时，机组动作的负荷越少，机组稳定性越好，一般不大于6%；转速不等率越小，一次调频动作时，机组动作的负荷越多，机组稳定性越差，一般不低于3%。

我厂一次调频的转速不等率设置为4.5%，机组参与一次调频的负荷调整系数为：

式中：K 为一次调频调整系数，MW/（r·min-1）；Ne为机组额定负荷，取320 MW；δ 为机组转速不等率，取45%；ne为机组额定转速，取3 000 r/min。将数值代入公式计算得K=-2.4MW/（r·min-1）

相当于转速超出死区每分钟变化一转对应机组负荷变化2.4 MW。

1.2 转速死区

一次调频在额定转速附近对转速变化的不灵敏区。

张家口发电厂频率死区设置为±2r/min（±0.033Hz）。

1.3 迟缓率ε

式中：Δn 为同一功率下转速上升最大值与下降最小值之差；ne为汽轮机额定转速。

汽轮机调速系统各部套存在间隙和摩擦使调速系统动作存在迟缓现象，电网频率偏离死区至阀门动作也存迟缓现象。迟缓率越大，说明汽轮机转速变化一次调频动作到调节阀动作时间越大，严重时造成转速震荡，甚至发生频率震荡。

2 华北电网对一次调频的要求

华北电网发电机组参与一次调频管理规定中要求网内机组全程参与一次调频，调频上限为额定负荷的10%，且应满足以下各项要求。

1）15 s 响应指数不小于75%，15 s 响应指数=15 s 内机组实际最大出力调整量/理论最大出力调整量×100%，即一次调频动作至达到75%理论目标负荷的时间应不大于15 s。

2）30 s 响应指数不小于90%，30 s 响应指数=30 s 内机组实际最大出力调整量/理论最大出力调整量×100%，即一次调频动作至达到90%理论目标负荷的时间应不大于30 s。

3）机组持续调频时间内电量贡献指数不小于75%,电量贡献指数=机组一次调频实际贡献电量/理论贡献电量，即在一个调频周期内的积分电量达到理论积分电量的75%。

3 张家口发电厂一次调频现状

张家口发电厂机组一次调频均采用电液控制加协调控制，即DEH+CCS方式实现。DEH 系统内额定转速与汽轮机的实际转速偏差超过设定死区后，通过一次调频函数计算后的阀门指令直接叠加至综合阀位指令动作调门；CCS 通过转差与不等率函数计算后的调频指令叠加至机组实际负荷指令进行补偿，保障一次调频动作时锅炉增加出力，以保证发电机输出功率。

2020 年上半年经电网统计的一次调频动作次数为5 183 次，因每次动作考核三个指标（积分电量、15 s指数、30 s 指数），故参与考核次数为15 549 次，其中不合格次数为6 840 次，正确率为56%，考核电量为13 132.8 MW，考核金额493 万余元。

为了查找一次调频不正确动作原因，分别在机组负荷达到192 MW、240 MW、288 MW 进行了手动设定±4 r/min（±0.067 Hz）和±6 r/min（±0.1 Hz）的一次调频扰动试验，试验结果都比较理想，各个指标的负荷贡献均能够满足一次调频考核要求，由此推断一次调频不合格跟机组本身关系不大。

通过对2020 年大量考核数据的分析，结合机组动作时的各参数，以及一次调频扰动试验结果，我们发现一次调频存在以下问题：

1）一次调频电网考核时刻与机组动作时刻不同步，是导致一次调频不合格的主要原因。机组一次调频动作时，电网未记为考核，电网记录考核时刻机组一次调频未动作，由此也产生了大量无效动作，据统计一台机组一个月的无效动作次数达到1 万余次，给机组安全运行也带来严重威胁。

2）绝大部分一次调频动作时，系统转速与额定转速差为2.5 转左右，刚刚越过死区，由于转速在死区边缘，转速离调频函数零点太近，函数零点边缘一次调频动作量不足，导致负荷响应不足或无响应，一次调频负荷贡献量不够。

3）为了节能需求，运行中主汽压力低于额定值，调门开度相对偏大，导致调门节流小，锅炉蓄热能力不足，一次调频动作时，调门开启对进入汽轮机的主汽流量影响小，负荷响应不足，一次调频负荷贡献量不够。

4）一次调频动作时，有时存在AGC 指令与一次调频动作指令相反，导致一次调频贡献负荷被AGC实际负荷抵消。

5）一次调频动作时调门频繁波动，导致抗燃油泵电流波动大，调门抗燃油进油管路振动大，极端情况下造成抗燃油管理接头及焊口断裂，甚至泄露，给系统安全稳定运行带来隐患。

4 高精度转速卡的应用

经过多次分析，我们认为北京日立控制系统有限公司设计的DEH 系统转速精度低，系统转速测量误差较大，存在电网考核时刻，转速未超过死区的情况。通过市场调研每台机组增加了一块高精度转速卡，以提高转速测量精度，同时在高精度转速卡中设定转速死区，当转速超过死区时，直接输出开关量给DEH 系统，减小DEH 系统模拟量判断的系统延时，缩短了一次调频响应时间，有效地解决了一次调频动作与电网考核不一致问题。

认真研究电网一次调频考核规则，逐步掌握了电网的考核规则，针对考核规则，我们对一次调频逻辑进行了优化，增加了一次调频越限动作延时，同时为了保证负荷响应，增加了一次调频动作保持逻辑，通过配套逻辑优化提高了一次调频的正确动作率。同时也大大减少了一次调频的无效动作次数，初步统计2021 年上半年一次调频无效动作次数减少原来的1/3。

转速在超过死区边缘时，由于转速离调频函数零点非常近，一次调频动作量接近于“0”，我们将一次调频函数设置为分段函数，增加小频差时调频动作量，在大频差时保持原有函数，既保证一次调频在转速死区边缘时的一次调频贡献量，又保证在大频差下一次调频动作幅度过大，造成机组运行不稳定。

针对运行中主汽压力低于额定值，增加一次调频压力修正函数，当主汽压力低于额定值时，增加正向修正，加大一次调频动作量，当主汽压力接近额定值时，保持原一次调频动作量，保证压力低于额定值时一次调频的贡献量。同时优化阀门曲线，适当增加阀门重叠度以保证阀门动作对流量和负荷的响应速度。

增加一次调频动作时闭锁AGC 指令回路，当电网频率降低越限时，闭锁减负荷指令回路，当电网频率升高越限时，闭锁涨负荷指令回路，保证一次调频贡献量不被AGC 指令抵消。

摸索电网频率越线时电网统计时刻与机组动作时刻时间差，尽可能使用跟电网统计时刻相符的参数作为一次调频动作条件，必要时增加时间修正和保持回路，保证机组动作与电网统计同步，提高一次调频合格率。

表征频差越线的转速测量值采用多重信号摄取，采用智能逻辑把变化最小的测量值作为参与一次调频的动作条件，避免转速波动造成一次调频频繁动作调门摆动，从而减少抗燃油系统管道的振动。

增加一次调频快动缓回回路，当一次调频动作时，调门快速开启，动作结束后缓慢关闭至实时阀位，既保证了一次调频负荷贡献量，又避免一次调频频繁动作导致负荷波动造成的低频振荡。同时避免一次调频频繁动作导致汽轮机调门频繁开关造成的抗燃油系统管道振动。

5 结语

2021 年上半年一次调频动作6 042 次，参与考核次数为18 126 次，不合格次数3 660 次，正确率79.8%，考核电量7 027.2 MW，考核金额263 万元。

通过增加高精度转速卡和优化逻辑一次调频正确动作率由原来的56%提高到了80%，大大减少了一次调频的考核，同时也减少了一次调频动作次数，保障了汽轮机调速系统的安全，为电网提供了高品质的电力。