CN108802609B - 一种考虑核电机组耐受能力的一次调频性能提升试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑核电机组耐受能力的一次调频性能提升试验方法，依次包括现场试验：对实际机组在不同运行工况下，进行一次调频试验、瞬态试验，得到机组在该工况下的功率可调范围；仿真试验：在实际机组的全过程仿真机上，在不同功率平台下设置不同的死区、不等率和调频幅度限幅，记录一回路、二回路系统主要参数，在其正常运行范围内，对死区和调频幅度限幅进行微调。本发明针对不同功率平台进行试验合理设置死区和调频幅度限幅，使核电机组在小频差情况下，通过常规岛汽机的蓄热实现一次调频响应；在大频差情况下，通过调整控制棒动作幅度、速度实现一次调频响应性能达标。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种考虑核电机组耐受能力的一次调频性能提升试验方法。
背景技术
近年来大型核电机组建设步伐日新月异，以某省级电网为例，在建、运行核电机组10台，总的装机容量达到近1100万千瓦，占到该省级电网装机容量的16%~20%。核电机组具有单机容量大、停堆换料时间长等特点，但系统电压和频率的波动、电网故障都会对核电机组产生影响，同样若核电机组发生突然甩负荷、切机等故障，也会对系统电压和频率产生较大冲击。当系统出现故障扰动时，交直流系统相互影响与多直流系统相互影响问题交织在一起，电网稳定问题突出且异常复杂。尤其电网中直流线路故障等情况下的频率电压等的稳定，增加了系统维持安全稳定运行的难度。2015年，我国某个区域电网直流线路双极闭锁，损失功率540万千瓦，区域电网频率最低波动至约49.56Hz。在深度频率波动下，大容量、高参数机组一次调频响应对于电网频率恢复具有重大影响，其一次调频响应性能需引起关注。传统上由于核安全考虑，同时为了最大限度充分消耗核燃料棒能量，核电机组长期处于基荷运行并且一般很少参与调频，这在核电占比较低的电网是可以接受的，但是对于我国某些核电高占比省份而言，核电带基荷不调频运行方式显然是极为不利的。核电机组深度频率扰动下，机组涉网保护动作情况以及电网与核电机组之间的相互影响值得进一步研究。
目前尚无针对核电机组进行耐受性能测试方法及其技术方案，核电机组一次调频性能基本参照常规火电机组进行。同时也无核电机组死区设置、限幅设置依据，基本围绕核安全并采用保守设置。
而实际上，随着核电装机占比逐渐增高，迫切需要解决几个关键问题：
（1）核电机组GRE控制系统调速控制逻辑死区设置过大，导致在电网频率波动时，核电机组不能及时响应电网频率扰动甚至基本不动。如何合理设置汽机调速系统死区、核棒控制系统死区，成为保障核安全及电网频率稳定关键技术难题之一。
（2）根据实际机组试验结果，在核燃料寿期初始阶段，核电机组在非满负荷时，具备正常调频能力。但目前核电机组的设置过于保守，针对升功率设置较小的限幅，导致机组在各功率平台调频限幅均会受到影响。
（3）核电机组（尤其核棒）对频率频繁波动的耐受能力研究不足。在实际电网中，频率可能存在反复波动，当核岛控制系统接收到频率波动信号以后，核棒控制系统也会频繁波动，当核棒钩爪频繁插拔后，钩爪容易出现疲劳，导致机械系统出现故障甚至出现落棒。因此如何合理设置核棒控制系统死区、核电汽机调速系统死区成为关键所在。核棒控制系统死区、汽机调速系统死区合理搭配，使得核棒既能迅速响应大频差频率波动又能躲过小频差频繁波动。
发明内容
针对现有技术中汽机调速系统死区、核电机组一次调频功率限幅不合理导致调频能力不足的问题，本发明提供一种考虑核电机组耐受能力的一次调频性能提升试验方法，满足现场实际安全要求的试验方法，同比例仿真机测试获得核电机组死区设置依据、限幅设置依据，提升一次调频性能。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种考虑核电机组耐受能力的一次调频性能提升试验方法，依次包括：
现场试验：对实际机组在不同运行工况下，进行一次调频试验、瞬态试验，得到机组在该工况下的功率可调范围；
仿真试验：在实际机组的全过程仿真机上，在不同功率平台下设置不同的死区、不等率和调频幅度限幅，以低频扰动为前提，逐渐增加扰动大小，记录一回路、二回路系统主要参数，当任一主要参数报警时，记录当前机组功率为负向机组功率临界阈值；以高频扰动为前提，逐渐增加扰动大小，记录一回路、二回路系统主要参数，当任一主要参数报警时，记录当前机组功率为正向机组功率临界阈值，根据负向机组功率临界阈值和正向机组功率临界阈值，对死区和调频幅度限幅进行调整。
进一步地，所述现场试验具体包括：
对实际机组在50%和100%负荷下分别进行负荷快速波动试验和负荷慢速波动试验，用于测试一回路、二回路系统主要参数阈值上下限是否合理；所述负荷快速波动试验包括：跳机不跳堆试验、跳堆试验、甩负荷至空载试验和甩负荷至厂用电试验；所述负荷慢速波动试验包括：线性变换试验和负荷阶跃试验；
对实际机组在不同功率平台下进行一次调频试验，对汽轮机调速系统施加频率阶跃扰动，测试在不同扰动下一回路、二回路系统主要参数的变化曲线，确定机组能承受的最大阶跃扰动量。
进一步地，所述仿真试验具体包括：
在仿真机上进行与现场试验相同的负荷快速波动试验和负荷慢速波动试验以及在发电机主变高压侧模拟近距离三相短路接地故障，记录一回路、二回路系统主要参数，与现场试验数据进行对比，得到一回路、二回路系统主要参数的实际阈值上下限；
在机组每个不同功率平台下设置不同的死区、不等率、调频幅度限幅，进行不同阶跃扰动试验，记录一回路、二回路系统主要参数，并将其与一回路、二回路系统主要参数的实际阈值上下限进行对比，对不同功率平台下死区和调频幅度限幅进行微调。
进一步地，阶跃扰动量为±1.8/3.6/7.2rpm。
进一步地，所述仿真试验还包括蓄热测试，具体为：
强制核棒G棒、R棒棒位不变，在二回路系统进行频率阶跃扰动，记录试验过程中核功率、电功率的变化过程，测试在小频差情况下，汽机的蓄热能力是否能满足一次调频要求，并据此调节死区大小。
进一步地，所述仿真试验还包括一回路测试，具体为：
二回路系统不做任何操作，分别强制R棒棒位，进行G棒棒位阶跃和强制G棒棒位，进行R棒棒位阶跃，分别记录一回路系统主要参数的变化曲线，测试在大频差情况下，调整控制棒动作幅度、速度是否能满足一次调频要求，并据此调节调频幅度限幅大小。
进一步地，所述一回路、二回路系统主要参数包括：GRE控制系统流量指令、高调阀门指令及反馈、机组功率、机组转速、汽机主汽压力、调节级前压力、中压进气压力、中排压力、母管蒸汽压力、核岛一回路冷段及热段温度、核岛一回路流量、G棒棒位、R棒棒位、主泵电压、电流和转速、头级蒸汽压力、环路1/2/3冷却剂流量、热段温度和冷段温度、稳压器压力和水位、蒸发器水位、总核功率、中子注量率、SG1温度、流量和压力。
进一步地，所述不同功率平台指50%PN、75%PN和87%PN，PN为电功率基准数值。
与现有技术相比，本发明具有有益效果：
（1）针对不同功率平台进行设备耐受能力测试，从而针对不同功率平台设置不同的调频幅度限制；
（2）通过试验合理设置死区，保障核棒动作安全及电网频率稳定；
（3）调整核电机组在不同功率平台下的死区和调频幅度限幅，在小频差情况下，通过常规岛汽机的蓄热实现一次调频响应；在大频差情况下，通过调整控制棒动作幅度、速度实现一次调频响应性能达标。
附图说明
图1是本发明现场试验内容功能示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
以CPR1000机型试验，一种考虑核电机组耐受能力的一次调频性能提升试验方法，依次包括：
现场试验：对实际机组在不同运行工况下，进行一次调频试验、瞬态试验，得到机组在该工况下的功率可调范围；
主要包括：负荷快速波动试验；负荷慢速波动试验；一次调频试验，录波通道包括：扰动阶跃信号、GRE控制系统流量指令、高调阀门指令/反馈、机组功率、机组转速、汽机主汽压力、调节级前压力、中压进气压力、中排压力、母管蒸汽压力、核岛一回路冷段/热段温度、核岛一回路流量、G棒棒位、R棒棒位、主泵电压/电流/转速、头级蒸汽压力、环路1/2/3冷却剂流量/热段温度/冷段温度、稳压器压力/水位、蒸发器水位、总核功率(实际确认是为总热功率)、中子注量率、SG1温度/流量/压力。
其中负荷快速波动试验包含：跳机不跳堆试验、跳堆试验、甩负荷至空载试验、甩负荷至厂用电试验，以上试验均在100%/50%额定功率平台分别开展；其中负荷慢速波动试验包含：线性变换试验、负荷阶跃试验, 以上试验均在100%/50%额定功率平台分别开展；快速波动试验、慢速波动试验主要目的在于测试上述关键物理量的阈值上限/下限。
一次调频试验：分别在50%、75%、87%额定功率平台上，在汽机调速系统控制逻辑转速输入处，施加转速/频率阶跃扰动，测试在不同频率扰动下，核岛、常规岛相关物理量变化趋势，观察其是否会超过各自上下限值，以确定机组能承受的频率阶跃最大扰动量。
仿真试验：在实际机组的全过程仿真机上，在不同功率平台下设置不同的死区、不等率和调频幅度限幅，以低频扰动为前提，逐渐增加扰动大小，记录一回路、二回路系统主要参数，当任一主要参数报警时，记录当前机组功率为负向机组功率临界阈值；以高频扰动为前提，逐渐增加扰动大小，记录一回路、二回路系统主要参数，当任一主要参数报警时，记录当前机组功率为正向机组功率临界阈值，根据负向机组功率临界阈值和正向机组功率临界阈值，对死区和调频幅度限幅进行调整。
具体包括：
①不同功率平台下的频率扰动测试，分别在核电机组50%、75%、87%额定功率平台下，进行±1.8/3.6/7.2rpm频率阶跃扰动试验；
②在仿真机上进行与现场试验相同的负荷快速波动试验和负荷慢速波动试验，先使得机组运行在相应的功率平台100%、50%，保持各个通道数值稳定，然后根据核电操作规程依次开展跳机不跳堆、跳堆等试验，获取相应通道数据，与现场试验数据进行对比，得到一回路、二回路系统主要参数的实际变化上限以及下限，所有测试包括：
1）50%、100%功率平台跳机不跳堆；
2）50%、100%功率平台跳堆；
3）50%、100%功率平台线性变换（核功率与电功率之间的关系）；
4）50%、100%功率平台负荷阶跃；
5）50%、100%功率平台甩空载；
6）50%、100%功率平台甩负荷直至厂用电。
③模拟电网的大故障现象，观察电网大故障对于核电机组一二回路的影响，在发电机主变高压侧模拟近距离三相短路接地故障；直接记录跳机情况下的核岛、常规岛等物理量的变化过程；
④选取典型功率平台（50%、75%、87%额定功率平台），设置不同死区、不等率、限幅等环节，开展不同频率阶跃扰动（±1.8/3.6/7.2rpm）下的测试，，具体测试所设定/修改的内容如表1所示，
表1
| 序号 | 死区/rpm | 不等率/% | 调频幅度限幅/% |
| 1 | ±2 | 3 | ±6 |
| 2 | ±2 | 4 | ±6 |
| 3 | ±2 | 5 | ±6 |
| 4 | ±2 | 3 | ±10 |
| 5 | ±2 | 4 | ±10 |
| 6 | ±2 | 5 | ±10 |
| 7 | ±2 | 3 | -6、+2 |
| 8 | ±2 | 4 | -6、+2 |
| 9 | ±2 | 5 | -6、+2 |
| 10 | -4.5、+37.5 | 3 | ±6 |
| 11 | -4.5、+37.5 | 4 | ±6 |
| 12 | -4.5、+37.5 | 5 | ±6 |
| 13 | -4.5、+37.5 | 3 | ±10 |
| 14 | -4.5、+37.5 | 4 | ±10 |
| 15 | -4.5、+37.5 | 5 | ±10 |
| 16 | -4.5、+37.5 | 3 | -6、+2 |
| 17 | -4.5、+37.5 | 4 | -6、+2 |
| 18 | -4.5、+37.5 | 5 | -6、+2 |
⑤蓄热测试，主要记录主汽压力、调节级压力、高排、再热器、中排（低进）、低排等压力值、温度、流量数值；在二回路进行频率阶跃扰动，同时通过强制方式使得核功率尽量不变化即强制核棒G棒、R棒的棒位不变。观察试验过程核功率、电功率等物理量变化过程。测试在小频差情况下，汽机的蓄热能力是否能满足一次调频要求，并据此调节死区大小。
⑥一回路测试，核岛控制棒阶跃扰动，二回路控制不做任何操作，记录试验过程。
通过分别强制G棒、R棒棒位，在仿真机实现仅G棒阶跃（棒位阶跃1步、2步、4步等）情况下的核功率扰动，记录机组功率、调节级压力、中压缸压力等常规岛物理量的变化趋势；记录G棒棒位、一回路冷段/热段温度、一回路流量等核岛物理量的变化趋势。
在仿真机实现仅R棒阶跃（棒位阶跃1步、2步、4步等）情况下的核功率扰动，记录数据同上。测试仅通过手动操纵核棒基础上，机组具备多大一次调频能力，能够达到多大调频幅度（机组功率）。测试在大频差情况下，调整控制棒动作幅度、速度是否能满足一次调频要求，并据此调节调频幅度限幅大小。
通过本发明的试验方法调整核电机组在不同功率平台下的死区和调频幅度限幅，在小频差情况下，通过常规岛汽机的蓄热实现一次调频响应；在大频差情况下，通过调整控制棒动作幅度、速度实现一次调频响应性能达标。这样，既保证了核岛核棒无需频繁动作、也保证了大频差情况下机组功率响应能力。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种考虑核电机组耐受能力的一次调频性能提升试验方法，其特征在于，依次包括：
现场试验：对实际机组在不同运行工况下，进行一次调频试验、瞬态试验，得到机组在该工况下的功率可调范围；
仿真试验：在实际机组的全过程仿真机上，在不同功率平台下设置不同的死区、不等率和调频幅度限幅，以低频扰动为前提，逐渐增加扰动大小，记录一回路、二回路系统主要参数，当任一主要参数报警时，记录当前机组功率为负向机组功率临界阈值；以高频扰动为前提，逐渐增加扰动大小，记录一回路、二回路系统主要参数，当任一主要参数报警时，记录当前机组功率为正向机组功率临界阈值，根据负向机组功率临界阈值和正向机组功率临界阈值，对死区和调频幅度限幅进行调整。
2.根据权利要求1所述的一次调频性能提升试验方法，其特征在于，所述现场试验具体包括：
对实际机组在50%和100%负荷下分别进行负荷快速波动试验和负荷慢速波动试验，用于测试一回路、二回路系统主要参数阈值上下限是否合理；所述负荷快速波动试验包括：跳机不跳堆试验、跳堆试验、甩负荷至空载试验和甩负荷至厂用电试验；所述负荷慢速波动试验包括：线性变换试验和负荷阶跃试验；
对实际机组在不同功率平台下进行一次调频试验，对汽轮机调速系统施加频率阶跃扰动，测试在不同扰动下一回路、二回路系统主要参数的变化曲线，确定机组能承受的最大阶跃扰动量。
3.根据权利要求2所述的一次调频性能提升试验方法，其特征在于，所述仿真试验具体包括：
在仿真机上进行与现场试验相同的负荷快速波动试验、负荷慢速波动试验以及在发电机主变高压侧模拟近距离三相短路接地故障，记录一回路、二回路系统主要参数，与现场试验数据进行对比，得到一回路、二回路系统主要参数的实际阈值上下限；
在机组每个不同功率平台下设置不同的死区、不等率、调频幅度限幅，进行不同阶跃扰动试验，记录一回路、二回路系统主要参数，并将其与一回路、二回路系统主要参数的实际阈值上下限进行对比，对不同功率平台下死区和调频幅度限幅进行微调。
4.根据权利要求3所述的一次调频性能提升试验方法，其特征在于，阶跃扰动量为±1.8/3.6/7.2rpm。
5.根据权利要求1所述的一次调频性能提升试验方法，其特征在于，所述仿真试验还包括蓄热测试，具体为：
强制核棒G棒、R棒棒位不变，在二回路系统进行频率阶跃扰动，记录试验过程中核功率、电功率的变化过程，测试在小频差情况下，汽机的蓄热能力是否能满足一次调频要求，并据此调节死区大小。
6.根据权利要求1所述的一次调频性能提升试验方法，其特征在于，所述仿真试验还包括一回路测试，具体为：
二回路系统不做任何操作，分别强制R棒棒位，进行G棒棒位阶跃和强制G棒棒位，进行R棒棒位阶跃，分别记录一回路系统主要参数的变化曲线，测试在大频差情况下，调整控制棒动作幅度、速度是否能满足一次调频要求，并据此调节调频幅度限幅大小。
7.根据权利要求1所述的一次调频性能提升试验方法，其特征在于，所述一回路、二回路系统主要参数包括：GRE控制系统流量指令、高调阀门指令及反馈、机组功率、机组转速、汽机主汽压力、调节级前压力、中压进气压力、中排压力、母管蒸汽压力、核岛一回路冷段及热段温度、核岛一回路流量、G棒棒位、R棒棒位、主泵电压、电流和转速、头级蒸汽压力、环路1/2/3冷却剂流量、热段温度和冷段温度、稳压器压力和水位、蒸发器水位、总核功率、中子注量率、SG1温度、流量和压力。
8.根据权利要求1所述的一次调频性能提升试验方法，其特征在于，所述不同功率平台指50%PN、75%PN和87%PN，PN为电功率基准数值。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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