1000MW 核电机组一次调频性能试验研究

余前军

（中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300）

0.引言

随着核电机组装机容量在电网所占比例日益提升，核电机组的一次调频能力也越来越受到关注。但由于核电其潜在的放射性危害，必须时刻将核安全放在首位。因此，在开展核电机组一次调频相关工作时，必须同时兼顾一次调频性能及核电机组运行安全的要求。本文以方家山核电机组作为研究对象，详细阐述了该机组一次调频逻辑和参数调整优化过程及试验开展的情况，在保证机组运行安全情况下，为电网运行安全出力。

1.一次调频基本原理

一次调频是指并网机组在外界负荷、电源变化引起电网频率改变时，网内机组根据自身静态特性改变机组功率，以减少电网频率改变幅度。主要应对电网随机性快速负荷变化时引起的电网频率波动。

一次调频动作时机组功率变化量为：

△f：额定频率和实际频率偏差；

K：调差系数，即不等率；

fn：额定频率；

△P：功率变化；

P：额定功率。

方家山核电 1089MW 汽轮发电机组为东方电气集团供货、采用阿尔斯通技术的半速机。正常功率运行期间，汽机的目标转速与实际转速测量值的转速偏差作为电网频率的偏差，经过一次调频转速死区逻辑判断，与不等率比例系数相除后，产生了机组一次调频分量K △F。一次调频分量K △F 与当前目转速空转修正值求和后产生转速控制所需蒸汽流量，转速控制所需蒸汽流量与当前负荷设定值BC 值求和后进行加速度修正产生当前功率蒸汽流量需求值作为汽机控制指令。此外，机组一次调频分量K △F 还参与了功率调节系统（RGL）的控制，K △F 所换算出的汽机需求变化功率，在RGL 系统中进行死区判断后，根据公式输出RGL 对应的核功率调节需求，控制G 组棒位的动作，最终调整核功率。

2.一次调频参数设置

根据华东电网《华东区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》和《华东区域发电厂并网运行管理实施细则》，以下简称“两个细则”对核电机组一次调频相关要求，方家山机组一次调频参数配置如下：

（1）频率控制死区50±△fsq，50±0.067Hz；

（2）调差系数，核电机组不大于6%；

（3）最大负荷限幅，核电机组最大负荷限幅为额定有功出力的±3%。

根据方家山机组运行技术规格书中对于反应堆功率的规定设置了当堆芯热功率超过 102%Pn 时，由核功率闭锁一次调频正向动作，以确保反应堆安全。

3.一次调频试验结果及分析

3.1 一次调频技术参数设置见表1

表1 方家山 2号机组一次调频技术参数设置

3.2 一次调频试验（以100%工况为例）

2018年4月28日，方家山2号机组在100%PN、90%PN、80%PN 三个电功率工况点开展了±3r/min(±0.1Hz)、±3.9r/min(±0.13Hz)、±4.8r/min(±0.16Hz)一次调频动态扰动性能试验，检测机组一次调频能力。试验开始前，确认机组常规岛及核岛侧一次调频功能正常投入，由电厂热控人员将汽轮机实际转速信号切换至模拟转速回路，并保持1500r/min 不变。机组各运行重要参数稳定半小时后，模拟汽轮机转速信号，实施阶跃变化扰动试验。机组各响应指标见表2。

3.3 2 号机组一次调频性能分析

从以上的统计数据可以看出，三种工况下，一次调频响应及稳定时间均满足指标要求；一次调频在 60s 内的积分电量均能达到所需一次调频电量的 60%，满足电网对一次调频积分电量的要求。

表2 2号机组深度调频动态响应指标统计

4.一次调频动作情况分析

2019 年5 月23 日11 时54 分37 秒 电 网 频 率 突 降 至49.935Hz，11 时54 分40 秒电网频率继续降至49.894Hz，后续频率逐步抬升，至11 时54 分47 秒，频率回升至49.933Hz。

11 时54 分39 秒一次调频指令触发，汽机调门逐步开大，负荷逐步升高。当电网频率回升时，机组一次调频负荷指令并未减小，继续维持调频指令最大值，至11 时55 分10 秒时，一次调频负荷指令开始逐步恢复，一次调频动作持续时间约1 分15 秒。调频动作期间，汽机调门持续开大，负荷持续升高，汽机调门由56.2%最高开至约65.5%，机组负荷由1079.8MW 最高升至1098.5MW，表现出了较为优良的一次调频性能。

5.结语

按照华东电网“两个细则”要求，方家山1、2 号机组在三种工况下参与电网一次调频动态指标均满足：

（1）一次调频响应时间小于3s；

（2）一次调频稳定时间不小于1min；

（3）一次调频负荷响应速度应满足：机组达到75%目标负荷的时间应不大于15s，达到90%目标负荷的时间应不大于30s。

1、2 号机组在100%工况下，响应一次调频要求增负荷时，汽机调门迅速打开至指令上限65%，到达75%及90%的目标负荷响应时间满足指标要求，但受限于汽机调门指令上限限值，机组的最终负荷出力与一次调频所需达到的目标负荷存在一定偏差，属机组正常响应。

根据方家山1、2 号机组试验结论及2019 年7 月11日方家山机组两次一次调频动作情况分析，方家山2 台机组一次调频参数设置符合电网要求，机组一次调频动作正常，动作过程中机组调节性能良好，所有的参数变化都在设计范围内，参数变化稳定。输出的积分电量整体达到优秀。充分证明核电机组参与电网一次调频的工作思路是正确的，同时在探索核电机组一次调频能力的工作中取得了良好的阶段性成果。