基于网频信号的高精度一次调频技术研究与应用

基于网频信号的高精度一次调频技术研究与应用

雷浩  胡文

国家能源集团永州发电有限公司  湖南永州  425000

摘要：本文主要介绍了某华中电网区域百万机组一次调频合格率不满足要求的情况，华中区域对一次调频合格率问题的要求，为提升机组一次调频动作性能，避免被考核情况的发生。本文以某2×1000MW超超临界机组一次调频技术研究与应用为例，通过研究使用高精度智能型变送器，并采用网频信号，有效避免信号不同源、采集装置精度差导致的一次调频合格率偏低的问题，确保机组良好的一次调频功能。并经实际应用案例证实了该方案的可行性，为火电机组一次调频优化与改造提供参考意见。

关键词：一次调频、网频信号、合格率、高精度、变送器

Abstract: This article mainly introduces the situation where the qualification rate of one million units in a certain central China power grid region does not meet the requirements for primary frequency regulation, and the requirements for the qualification rate of primary frequency regulation in the central China region. In order to improve the performance of the unit's primary frequency regulation action and avoid the occurrence of being assessed. This article focuses on a certain 2 × Taking the research and application of primary frequency regulation technology for 1000MW ultra supercritical units as an example, by studying the use of high-precision intelligent transmitters and using network frequency signals, the problem of low primary frequency regulation qualification rate caused by different signal sources and poor acquisition device accuracy is effectively avoided, ensuring the good primary frequency regulation function of the unit. The feasibility of this scheme has been confirmed through practical application cases, providing reference opinions for the optimization and transformation of primary frequency regulation of thermal power units.

Keywords:primary frequency regulation, Grid frequency signal，Pass rate，high-precision，Transmitter

1、前言

在现代电力系统中，火电厂运行的特征也赋予了电能质量新的内涵及意义。其中，频率作为电能质量最重要的控制指标之一，对电网机组实施一次调频也是发电厂确保供电质量的一项重要手段，电网的外界负荷变化也会导致电网自身频率发生改变，发电厂按照电网频率变化利用汽轮机调节阀改变机组的进汽流量实现变机组负荷的改变，以使其能够在一定程度上满足电网负荷的需要。

火电机组因一次调频响应电网负荷的不足造成大范围考核事件时有发生。分析认为一是部分电厂采用转速信号作为一次调频的直接参照调节，而转速信号测量存在诸多的不确定，精度较低，调控中心对机组一次调频考核是由PMU装置采集的相电压经过换算所得的频率值。二是部分电厂频率信号波动、准确度低、响应时间慢、负荷响应不同步、电网考核采用的频率信号和火电机组测量信号不同源等影响造成。三是机组实际负荷受锅炉燃烧影响导致机组调节性能跟随不及时造成。采用快速响应高精度频率测量装置采集电网频率可以解决一次调频的信号问题，同时采用与电网同源的频率信号源，提升信号同源性，进一步保证机组安全稳定经济运行。

2、存在问题

根据国家能源局华中监管局《华中区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》的要求：火电机组调频死区控制在±0.033Hz（±2r/min）内，火电机组速度变动率为 4%～5%，火电机组调速系统的迟缓率小于 0.06%。在工程实际应用中经常出现调频幅值不足和迟滞问题导致一次调频合格率偏低产生考核。具体原因如下：

（一）、一次调频逻辑存在死区，火电机组调频死区一般为2r/min，如果按照转速信号，在机组一次调频实际响应中经常出现调频幅值不足和迟滞问题。很多并网机组在实际生产中往往把一次调频函数的死区设置的比±2r/min小，这种做法虽然能提高一次调频的响应速度和幅值，但是因为转速信号本身的误差和摆动，会使机组一次调频动作次数比按规定设置死区的情况下增加数倍以上，造成机组运行不稳定，严重甚至会影响高调阀EH油泄露和LVDT反馈磨损故障等各种问题。

（二）、传统发电机组用变送器，量程一般为45~55Hz，响应时间在240ms -400ms之间，廷时较长，难以满足系统故障快速响应的要求，再加上DEH本身的通道延迟，这就导致控制动作的时间延时已经在几百毫秒以上，由于和应涌流中的非周期分量，易导致测量信号不稳定的问题，难以满足灵活反应的要求。

（三）、一次调频的控制信号主要有两种，一是转速，二是频率，目前部分机组采用了频率信号作为一次调频动作的判据，在实际应用中主要采取发电机组机端的频率信号，通过高精度智能采样装置转换后给DEH和DCS系统使用，发现其与电网侧采样时序上存在一定的偏差，导致一次调频信号不同源问题产生。

3、技术路线

（1）从一次调频的相关文献和国家标准，了解一次调频过程对所需要的一次调频装置的基本需求，以及挖掘一次调频装置需求的提升。比如死区的范围，而实际情况下会有误差等，对调节有利的必然是又快速又稳定的装置。

（2）通过相关文献继续研究，研究频率信号在调节中的作用，和功率信号在调节中的作用等。

（3）对快速响应高精度频率测量装置的频率和功率的准确度、响应时间，进行状态序列测试；对频率和功率抗干扰能力进行故障波形回放试验，最终也归并装置的频率和功率同步能力。

（4）从电网和电源侧研究一次调频同源性问题，降低不同源导致的信号时序偏差，提高动作合格率。

（5）对一次调频装置应用效果进行预计及使用评估。

4、治理方案

4.1治理思路

1.对PD6900-A型智能功率变送器逻辑优化

（1）、保护切换依据

通过在原有智能变送器基础上，分别取主变高压侧保护PT和测量PT，作为智能变送器双PT输入回路（测量侧PT与保护侧PT）。因该智能变送器作为调频专用变送器，因此不输入CT回路。

正常情况下两侧PT同时在计算测量，取哪个PT信号送4-20mA，由程序逻辑判断选择决定（当电压波动量不大时，固定取测量侧PT输出，当电压波动大时，取保护侧PT输出）。其装置逻辑判断能够实现快速响应，响应时间为微秒级，4-20mA输出信号感觉不到微秒级的切换，因此频率输出可以实现无缝切换。

当发现PT断线或者慢熔故障时，立即将故障侧数据闭锁，取正常一侧的功率信号送4-20mA输出。同时由输出报警信号。

（2）PT断线判据逻辑优化

PT断线的判据作修改如下：

（1） 正序电压小于20V。

（2）负序电压U2大于8V。

（3）取消相电流>0.05In判别。

报警条件：任意一侧PT满足以上任一条件，延时10s发PT断线报警信号，故障消失后，延时10s信号自动返回。

但在该种方式下，存在的问题，就是当PT三相电压同时降低时，变送装置不会判别PT断线，但是此时频率依然使用的是故障电压频率，输出频率也会发生失真，不能够达到故障时PT断线闭锁一路输出要求，因此需要再逻辑内引入PT慢熔来判别PT断线。

图1 修改后PT断线逻辑

（3）引入PT慢熔逻辑条件

PT慢融原理主要是通过比较两组PT的相间电压幅值、正序电压、负序电压或零序电压、负序电流的方式来判断PT断线。

①两个线电压差大于Uset1（3V）且正常侧线电压与额定线电压差小于Uset2(3V)。（见下图）

②负序电压差大于Uset4（3V），且故障侧负序电压较大。（慢熔逻辑见下图2）

图2 PT慢熔逻辑图

2.更改变送器输出频率接线

为解决一次调频频率同源问题，主要对变送器的输入和输出通道进行重新规划，取主变高压侧两路PT电压作为新变送器电压输入端，将原有输出端至DEH频率4-20mA接线更改至新变送器输出通道，以此实现一次调频同源问题。

4.4试验过程

1、试验过程。

通过继电保护仪输入两路不同电压，模拟测量和保护PT输入回路，随后模拟PT断线和慢熔故障，观察装置动作记录及电压采样情况，并使用录波仪录波4-20mA输出频率是否实现无缝切换。

2、实验数据及结果。

（1）PT试验数据及记录

模拟PT单相断线

图3 单相断线时频率输出录波波形

模拟PT两相断线

图4  两相断线时频率输出录波波形

模拟PT三相同时断线

图5 三相同时断线时频率输出录波波形

5、结论

综合以上分析，可得出结论，在永州电厂两台机组一次调频同源改造过程中，通过对变送器参数逻辑进行重新定义和优化后，3台智能变送器输出频率要求满足一次调频使用要求。同时，通过新型智能变送器能够及时发现二次回路存在的问题，提高设备管理效率和水平。

参考文献：

[1]

作者简介：

雷浩，男，陕西省合阳县人，工程师，主要从事火力发电厂继电保护、变配电、电动机检修工作，邮箱：12101525@ceic.com，联系电话：19576605383

胡文，男，湖南宁乡县人，工程师，主要从事火力发电厂电气设备技术管理工作。