某核电厂一次调频仿真试验时跳机问题分析与处理

陈信仁　赵东阳　姚水永

【摘 要】一次调频对电网稳定性至关重要，因此电网要求并网机组需具备一次调频能力。某核电厂汽轮发电机采用负荷闭环控制和压力控制两种控制模式共同进行汽轮机发电功率控制，试验发现当汽轮机处于负荷闭环控制模式下，若一次调频幅度超过3%时，将引起汽轮机快速甩负荷至零，并跳机。本文对此问题进行分析并提出修改方案。

【关键词】一次调频;核电厂;跳机;限制

中图分类号： TM623文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）15-0043-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.15.020

The Analyze And Solution Of Turbine Trip Problem During The Primary Frequency

Simulation Test Of One Nuclear Power Plant

CHEN Xin-ren ZHAO Dong-yang YAO Shui-yong

（China Nuclear Power Engineering Co.，Shenzhen Guangdong 518124，China）

【Abstract】As primary frequency control is essential to the stable of grid，so the power plant which connected to the grid should have the capability of primary frequency control.it is found that during primary frequency control test of one nuclear power plant，if the amplitude of primary frequency is over 3%，the turbine of the nuclear power plant will be tripped.This paper analyze the reason and give the solution.

【Key words】Primary frequency;Nuclear Power plant;Turbine trip;Limitation

0 引言

一次调频维持电网稳定性至关重要，随着国内核电机组的增多，电网对核电机组参与一次调频的需求也日趋紧迫，要求核电机组必须进行一次调频试验。某核电厂采用CRP压水堆技术，汽轮机类型为ALSTOM三缸四排气、中间再热冲动凝汽式半转速汽轮机，额定功率1087MWe，调节系统采用ALSTOM P320 V2系统。在进行一次调频仿真试验时，发现当一次调频幅度大于3%时，会引起汽轮机快速甩负荷至零功率，最终逆功率保护动作跳机。本文对此汽轮机的一次调频控制逻辑进行分析，并找出问题的原因及提出了修改方案。

1 汽轮机功率控制原理分析

汽轮机的功率控制系统主要用于控制汽轮机的功率，通过逻辑计算得出目标功率所需的蒸汽需求量，从而驱动汽轮机转动并发电。如图1所示整个控制逻辑由两部分组成，负荷控制回路和压力限制保护回路。正常情况下，由负荷控制回路计算总的蒸汽需求量，压力限制保护回路用于异常工况下限制汽轮机功率。

1.1 负荷控制回路

负荷控制回路包含开环控制模式和闭环控制模式。当处于闭环控制模式时，设定目标功率值后，测量实际功率值，两者偏差经过PID运算后得出负荷回路蒸汽需求量。当处于开环控制模式时，设定目标功率值直接轉换为蒸汽需求量。

1.2 压力限制回路

根据弗留格而公式，汽轮机首级进汽压力与汽轮机主蒸汽流量成线性关系[1]，因此可以通过控制汽轮机首级进汽压力进而控制汽轮机功率。因此为保证汽轮机功率控制稳定，ALSTOM额外设计了压力限制回路，用于当负荷控制回路出现异常时，控制汽轮机功率。其控制原理为：正常情况下，压力测量值应低于压力设定值，此时压力控制回路不运算，负荷控制回路的输出上限为负荷回路蒸汽需求量加3%。当负荷回路出现运算异常，导致压力测量值高于压力设定值时，压力控制回路经过PID运算计算出压力回路蒸汽需求量，并作为负荷控制回路的输出上限，从而限制汽轮机功率上升，起到保护汽轮机作用。

1.3 一次调频控制原理

当电网的用电负荷和发电负荷需求不平衡时，将会产生电网网频波动，偏移额定频率50HZ，因此当网频出现偏差时，需要调整并网机组的发电功率，以重新达到电网供需平衡。一次调频的控制原理为将汽轮机控制系统监测到的网频偏差，按照与电网协定的调频死区和调频幅度，转换成一次调频幅度，汽轮机控制系统将换算出的一次调频幅度转换成蒸汽需求量，进而改变汽轮机功率，从而协助电网消除网频偏差。当负荷回路处于闭环控制模式时，一次调频幅度经过PID闭环运算，可精确响应调频需求。当负荷回路处于开环控制模式时，直接将一次调频幅度转换成蒸汽需求量，也可响应调频需求。

2 一次调频试验过程现象分析

根据上述控制原理描述，为进行一次调频能力验证，需要手动模拟网频偏差，检查调频死区设置是否正确，检查网频偏差与一次调频幅度的转换关系是否正确。在试验过程中，发现当汽轮机处于负荷闭环控制模式下，一次调频幅度超过3%时，将引起汽轮机快速甩负荷至零，进而引起逆功率保护动作跳机。理论上，一次调频幅度为3%时，电功率变化率为32.6MWe，对于汽轮机而言，即功率阶跃变化32.6MWe。对于ALSTOM此型号汽轮机，根据技术规格书，至少能够承受10%负荷阶跃变化，而不会引起汽轮机异常跳机。

进一步分析发现，当引入超过3%的一次调频幅度时，压力限制回路计算出的蒸汽需求量会快速变化至零，因压力限制回路的蒸汽需求量是负荷控制回路的输出上限，导致负荷控制回路的输出也变成零，因此导致最终的总的蒸汽需求量变成零，引起汽轮机功率快速下降至零。其具体过程分析如下，试验前汽轮机稳定在500MW运行状态，一次调频贡献度为零，负荷回路PID的输出A为50%，因为压力限制回路未投入运算，此时压力限制回路的输出=负荷回路蒸汽需求量+3%=B+3%=A+3%=53%，当引入4%的一次调频幅度后，各个控制回路的蒸汽需求量变化如表1。

3 问题分析

当压力限制回路不投用时，压力限制回路采用当前的负荷回路蒸汽需求量加上3%作为负荷回路的上限输出，避免干扰负荷回路的正常运算，但从表1可以看出，当一次调频幅度超过3%时，将引起压力限制回路的自减少过程，导致压力限制回路的蒸汽需求量逐渐降低至零，从而导致跳机。因此发生此问题的原因为压力限制回路的3%这个参数设置不正确。

4 修改方案

根据与电网的协定，核电厂一次调频幅度不超过10%，因此将压力限制回路的参数由3%修改为10%，再进行试验后，发现一次调频功能响应正常。但是将参数修改为10%后，将引发新问题为，当参数是3%时，压力限制的初始输出为负荷回路蒸汽量加3%，当修改为10%后，若负荷回路出现异常，当压力限制回路投用后，初始输出变为负荷回路蒸汽量加10%，将引起压力限制回路的调节滞后。为解决此问题，最终修改方案如图2，当压力限制回路投入时候，将初始输出值设置为当前负荷回路蒸汽需求量，保证压力限制功能的快速。

5 结语

一次调频功能是汽轮机控制逻辑的基本功能，同时由于汽轮机控制逻辑复杂，为保护汽轮机，除正常调节功能外，往往会设计各种限制功能，因此需要全盘考虑诸如调节参数、阈值参数、限制参数等参数的一致性。

【参考文献】

[1]李勇.汽轮机主蒸汽流量在线监测方法研究[J].热力发电，2011，40（4）：34.