孤网运行条件下DEH的改造调试分析

【摘 要】孤网运行对于独立电网运行的区域型电厂而言非常重要，而孤网运行重在汽轮机DEH系统频率调节及其稳定性，该文通过乌鲁木齐环鹏有限公司后峡电厂#3、#4和#5三台机组孤网运行系统的顺利改造实例，重点分析孤网调试过程中静态调频特性与自然调频特性区别，通过使用DEH调节系统的最优配置方案，论证了如何避免出现超速停机导致整个孤网崩溃的成功实践。

【关键词】孤网运行；电网调频特性；DEH调节系统

一、引言

孤网是孤立电网的简称，一般泛指脱离大电网的小容量电网。电力建设规程规定，电网中单机容量小于电网总容量8%，当机组发生甩负荷时，不影响电网的正常运行。杭州和利时DEH控制系统具有系统优化、集成度高、应用简便、可靠性高、节能、环保、耐污染等特点。定位精度高、驱动力大、无极调速及快速关闭保护等功能，适用于孤网运行的特点，得到广泛使用。

孤网运行的关键因素如下：

1.如何维持孤网运行的网频稳定；

2.如何进行DEH一次调频能力；

3.如何解决一次调频稳定性和动态响应问题。

二、项目概况

乌鲁木齐环鹏有限公司后峡电厂，现使用武汉汽轮机厂30MW机组两台、12MW机组一台，采用杭州和利时DEH电液调控制系统（MACSV1.1.0，FM系列），组成孤立电网，负责后峡地区工业及民用用电，其中93%电量供后峡电石厂制造冶炼使用。

2011年7月5日，由于外线35KV造成雷电闪击短路，负荷甩空，三台机组均超速3300转。机组由于超速、保护动作―停运，厂用电丢失。另外，乌鲁木齐环鹏有限公司后峡电石厂使用了两台25000KVA的电石炉，与电厂发电机组容量接近，当其发生故障紧急断电情况下，也造成电厂机组大面积甩负荷，所以保证机组在小网运行条件下的事故停机停运造成的恶性事故导致整个区域的电力生产造成不可预估后果，进行孤网改造刻不容缓。

三、电网调频特性

电网中的各机组，一般都有10～12%的过载余量，如果电网中的机组调速系统都正常投入，一旦某机组发生甩负荷，并且该机组的容量为其电网总容量的8%，则电网所失去的功率可暂时由电网中其他机组的过载余量承担；后峡电厂正常工况时由#3～#5机组并列构成总装机72MW的孤网运行，用户负荷为两台单炉容量25000KVA的电石炉，当任一台电炉突甩负荷时，相当于切除电网负荷的50%，远大于8%的要求，必须考虑甩负荷后孤网运行的安全。

孤网运行特性必须先研究电网调频特性，其特点是由负荷控制变为频率控制，频率控制意味着机组转速偏差系统必须具有符合要求的静态特性、良好的稳定性和动态响应特性，保证在负荷变化的情况下自动保持电网频率的稳定，也就是DEH一次调频能力，电网的调频特性就是表针电网负荷变化所引起的电网频率变化的传递关系。

电网动态调频特性，即电网自然调频特性，当机组调速系统不动作时，电网负荷变化量按转动惯量分配到各机组转子上，负载旋转惯量也承担了一部分负荷变化，所有转子转速按同一加速度变化。静态调频特性是机组调速系统一次调频的综合结果。因此，电网频率的稳定性，取决于电网的调频特性。电网利用旋转惯量的蓄能，承担负荷变化进行自然调频；通过机组调速系统的静态特性，利用锅炉的蓄能，承担电网负荷变化，使电网频率变化稳定在静态性规定的偏差范围内，实现一次调频。实际上，也是机组的调速过程，就是通常说的DEH一次调频能力，杭州和利时基本通过DEH机组软件实现一次调频的转速偏差控制如图。

四、DEH孤网控制策略及改进

孤网控制实际上是机组在孤网中正常运行，机组一次调频必须满足孤网中外界负荷变化的要求。孤网运行是汽轮机DEH系统一种特殊运行工况，其实从控制系统角度来看，并没有特别的不同，主要解决的是DEH系统负荷阶跃变化的响应性及稳定性问题。常规DEH系统追求机组运行稳定性，控制精度，忽略其快速响应性。因此，DEH系统实现孤网控制必须采取必要的措施，才能满足技术孤网运行。

孤网调控策略：

1.DEH系统采用的硬件DPU主频要求尽可能快，其转速部分控制人物运算周期必须保证小于100ms，同时保证DPU负荷率最大不超过50%；

2.转速不等率设置在5%左右；

3.减小一次调频死区，取消限幅，保证快速率；

4.以转速加速度测试手段，根据值判断机组运行；

5.增加一次调频模块，减少计算机的运算周期造成的延时特性；

6.通过外增硬件设备，使转速偏差在时间响应周期内加速调节控制手段；

根据以上论述设计如下控制逻辑框图1。

五、DEH系统调控效果

5#机改造后的甩负荷图

后峡电厂热控调速专业人员与北京和利时公司武汉汽轮机厂DEH调试员组成联合工作组，进行改造：

1.对每台机组DEH系统增加一块FM165B一次调频模块，接受FM163模块的转速差值信号，并经放大和微分校正，修正数字量转速与模拟量转速信号偏差，动态补偿信号输出到DEH伺服模块FM146上控制DDV伺服阀的导通能力控制油动机进油量的大小拖动油动机行程量；

2.将FM146A的JP22跳线由2、3短接更改为1、2短接，接受LVDT1直流输入信号减少交流分量导致的干扰窜入；

3.将#5号机组DEH的一次调频硬件模块FM165B内的JP9、JP10跳线由闭合更改为断开，加大1/δ值；

4.调整FM165B模块内的RP3电位器，通过测量FM146A的+14，-14端子的电压，使加速度反馈输出信号电压由-0.97V放大到-2.4V（即将原1：1的比例近似修改为1：2.5）加大动态补偿信号的加速度；

#5号机组在随后的单一机组孤网甩负荷实验50%、油开关不跳闸的情况下，机组转速飞升至3087转/分钟后下降并趋于稳定；在甩100%负荷、油开关不跳闸的情况下，机组转速飞升至3132转/分钟后，迅速下降并趋于稳定。#5机组全负荷甩空情况下DEH控制功能正常，甩负荷试验合格。

事实证明，改造后的DEH机组在发生大范围的甩负荷过程都成功避免了由于机组超速引起的事故。改造前孤网在甩50%负荷情况下就会导致超速3300转/分钟保护动作，改造后甩100%负荷也不会导致这一超速保护动作而崩溃。

六、结论

本文依据所经历的DEH改造及现场调试所遇到的实际情况，都通过了乌鲁木齐环鹏有限公司后峡电厂#3、#4和#5三台机组组成的孤网运行系统的改造实例，重点分析孤网调试过程中静态调频特性与自然调频特性区别，并通过改造加装硬件一次调频装置及调试过程，保证机组大面积甩负荷后 DEH调节系统的优化配置调整，论证了避免如何出现超速停机导致整个孤网崩溃的成功实践，具有很强的推广特性和实用性。