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摘要： 某CPR1000机组自调试运行以来，汽轮发电机组并网初始负荷与设计值有偏差较大的情况，使反应堆发生了堆芯过冷的情况，影响机组的安全运行。本文通过对并网初始负荷偏差的原因进行分析，并给出了对应的解决方案。

关键词： 汽轮机；并网；初始负荷

中图分类号：TM623.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）13-0049-02

0 引言

某CPR1000机组采用额定功率为1089MW、1500r/min、单轴一次中间再热三缸四排汽凝汽式冲动汽轮机组。自调试运行以来，汽轮机组历次并网初始负荷与设计值额定功率5%存在较大偏差，且每次并网后的初始负荷也不相同。在#1机组的历次并网过程中，最大初始负荷与最小初始负荷差值达到79MW。由于机组并网时，一回路处于较低负荷的稳定状态，并网后汽轮机蒸汽指令增加使机组带5%额定功率的最小负荷，因此，当并网初始负荷较大时，一回路有过冷引起安注的风险。在一号机组孤岛并网试验时，就曾发生反应堆堆芯过冷的情况。因此，汽轮发电机组并网初始负荷与设计值有偏差较大的问题，影响并网阶段的机组安全运行（表1）。

1 并网初始负荷偏差产生原因

影响汽轮发电机组并网后初始负荷的因素包括汽轮机进汽流量、主蒸汽压力、主蒸汽温度、励磁电压等，在比较历次并网时的各项参数时，主蒸汽温度和励磁电压均保持不变，主蒸汽压力变化较小，与机组负荷直接相关的汽轮机蒸汽流量变化较大。在历次并网参数中，并网初始负荷最大时的汽轮机蒸汽流量需求达到9.2%，最小时的汽轮机蒸汽流量需求仅4.0%，因此，并网时的汽轮机蒸汽流量需求差异是并网后初始负荷偏差的主要因素。

汽轮机的控制原理如图1所示。并网时的汽轮机总蒸汽流量需求fSD包括三个部分：汽轮机1500RPM的理论蒸汽流量需求F（x）、转速偏差控制的蒸汽流量需求F（t）和并网后的最小负荷蒸汽流量需求C，其传递函数如下：

式中，1500RPM理论蒸汽流量需求F（x）为4%，最小负荷蒸汽流量需求C为5%，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，e（t）为汽机转速偏差。主蒸汽流量传递函数中，仅转速偏差控制部分的蒸汽流量需求F（t）是变化值。汽轮机同期并网的过程如下：汽轮机达到额定转速1500RPM后，投入发电机同期装置开始进行发电机同期控制，同期装置根据发电机出口的电压、频率，向汽轮机调速系统发送增速或减速脉冲来控制汽轮机转速从而控制发电机机端电压和频率，调速系统每收到一个调速脉冲（增速或减速），即对汽轮机目标转速进行±0.04%（0.6rpm）的调节。当发电机机端电压和频率满足并网条件时，发电机负荷开关动作并网，机组带最小负荷运行。

在发电机同期的过程中，发电机对汽轮机的转速控制处于开环控制，即调速过程中无论汽轮机是否达到设定转速，只要发电机并网条件满足即进行并网。因此，发电机并网时主蒸汽流量需求的偏差主要是同期过程中，汽轮机转速调整引起蒸汽流量需求变化导致。

2 控制策略优化思路

为了减小发电机并网时的主蒸汽总流量需求偏差，从总蒸汽流量计算过程来看，有以下几种解决策略。

2.1 减小转速偏差PI调节的蒸汽流量变化

转速偏差PI调节参数的主要任务是并网前调节蒸汽流量以保持汽轮机转速稳定，并网后响应电网频率变化，参与电网一次调频。当前的转速偏差计算PI参数经过了调试期间转速扰动、一次调频响应等试验的验证，优化的空间较小。由于汽轮机转速不等率的限制，参数调整范围很小。由于转速偏差存在的必然性，虽然可以通过调节PI参数可以减小蒸汽流量变化，但是无法彻底消除。

2.2 减小发电机同期调节汽轮机转速的影响

发电机同期并网允许条件中的频率整定值为+0.15Hz，即当发电机频率比电网高0-0.15Hz范围内允许并网。而历次发电机并网瞬间，发电机频率分布在50Hz至50.06Hz范围内，电网频率分布在49.97Hz至49.99Hz范围内，即发电机每次并网其转速均大于电网同步转速，且均在并网条件设计的整定值范围内。同期装置均频系数为0.3，即每2.85s周期中有0.3s的高电平脉冲，调速命令发出的周期为2.85s。但是当机组转速对应的极端电压频率与系统电压频率过于接近时，为了摆脱同频状态，同期装置按照每秒一个脉冲发出增速脉冲。根据现场记录，发电机同期时，汽轮机转速控制响应时间大于3秒。为减小发电机同期调节汽轮机转速的影响，同期装置调速脉冲应大于3秒，以减小调速指令累加引起的蒸汽流量累加。在发电机同期装置中，均频系数是可以调整的，但是摆脱同频的脉冲周期无法调整。因此，通过调节同期装置的均频系数可以减小同期时的汽轮机转速偏差对应的蒸汽流量变化，但是无法彻底消除，也不能避免摆脱同频时的调速周期影响。

2.3 减小总蒸汽需求变化

并网时的总蒸汽需求包括汽轮机1500RPM的理论蒸汽流量需求、转速偏差控制的蒸汽流量需求和并网后的最小负荷蒸汽流量需求，转速偏差控制的蒸汽流量需求因转速偏差调节的需要是无法避免的，1500RPM的理论蒸汽流量需求是固定，如果调整并网后的最小负荷蒸汽流量需求，使转速偏差控制的蒸汽流量需求和并网后的最小负荷蒸汽流量需求之和保持不变，则可以使并网时的总蒸汽需求稳定。在同期过程中，转速偏差最大为1500RPM*±0.15/50=±4.5RPM，4.5RPM的理论蒸汽流量需求仅占1500RPM的理论蒸汽流量需求的千分之三，因此，可以将并网时的最小负荷与转速偏差控制的蒸汽流量需求合为5%，并网时的总蒸汽需求即为9%，相应的并网初始负荷值保持稳定，不会出现较大偏差，此时的并网时的汽轮机总蒸汽流量需求fSD：

以上三种策略进行比较，在减小发电机并网时的主蒸汽总流量需求偏差的效果上，策略三的效果优于策略一盒策略二；方案实施、验证难度策略二和策略三优于策略一；综合比较，使用策略三能够较好地解决并网初始负荷偏差大的问题。

3 结束语

并网初始负荷偏差大的问题，是设计中未考虑转速偏差控制、同期调节汽轮机转速等因素对并网时的总蒸汽需求影响引起，将并网时的汽轮机主蒸汽需求计算公式由变化值改为恒定值，能够使并网时的主蒸汽需求稳定，并网初始负荷不会出现较大偏差，降低机组并网阶段的运行风险，是一种简单、易于工程实现的控制策略优化。

参考文献：

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