660 MW機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)速飛升過高原因分析

王異成，張 寶，丁陽俊，吳文健

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

660 MW機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)速飛升過高原因分析

王異成，張 寶，丁陽俊，吳文健

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

介紹了某660 MW超超臨界機(jī)組50%甩負(fù)荷試驗(yàn)過程，指出其存在轉(zhuǎn)速飛升偏高的現(xiàn)象，分析認(rèn)為根本原因是高壓調(diào)節(jié)閥閥位控制偏差定值設(shè)定失當(dāng)。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對高壓調(diào)節(jié)閥閥位控制偏差定值的形成與修改進(jìn)行了討論，并指出對該定值的修改應(yīng)格外慎重。

660 MW機(jī)組；甩負(fù)荷；試驗(yàn)；防超速

0 引言

甩負(fù)荷試驗(yàn)是檢驗(yàn)火力發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性的重要試驗(yàn)[1]，其主要目的是檢查汽輪機(jī)DEH（數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)）在甩負(fù)荷瞬間對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的控制能力。甩負(fù)荷后汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的飛升程度取決于以下幾點(diǎn)：

（1）甩負(fù)荷信息判斷是否準(zhǔn)確[2]；

（2）DEH控制器的響應(yīng)速度[3]；

（3）調(diào)節(jié)閥關(guān)閉的速度[4]；

（4）汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動慣量。

當(dāng)然，如果轉(zhuǎn)速飛升達(dá)到了超速保護(hù)動作值，最終超速的嚴(yán)重程度還取決于主汽閥的關(guān)閉速度和汽門嚴(yán)密性。

目前汽輪機(jī)甩負(fù)荷時(shí)防止超速的功能主要有以下3種形式：LDA（甩負(fù)荷預(yù)測）功能[2]、PLU（功率-負(fù)荷不平衡）功能[5]以及KU（負(fù)荷瞬時(shí)中斷控制）或LAW（長甩負(fù)荷）功能[6]。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根據(jù)汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在上述3種形式中選擇1種即可，但無論哪一種形式，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥快速關(guān)閉都是至關(guān)重要的一環(huán)。

1 機(jī)組簡介

上汽-西門子某660 MW超超臨界汽輪機(jī)為單軸、四缸四排汽、八級回?zé)岢槠⒛?，汽輪機(jī)入口參數(shù)為28 MPa（a）/600/620℃，采用40%容量高低壓串聯(lián)旁路，DEH系統(tǒng)采用艾默生公司的OVATION控制系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)、電液轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、高壓抗燃油系統(tǒng)和油動機(jī)控制汽輪機(jī)閥門的開度，實(shí)現(xiàn)對汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的控制。

該機(jī)組甩負(fù)荷后防超速采用KU與LAW功能，原設(shè)計(jì)觸發(fā)邏輯可描述為：

（1）當(dāng)前負(fù)荷為較高負(fù)荷（如90%額定負(fù)荷）時(shí)，如果突然出現(xiàn)負(fù)荷干擾大于負(fù)荷跳變限值（約70%額定負(fù)荷）。

（2）當(dāng)前負(fù)荷為較低負(fù)荷（如60%額定負(fù)荷）時(shí)，則以下條件應(yīng)同時(shí)滿足：

1）實(shí)際負(fù)荷小于2倍廠用電；

2）負(fù)荷控制偏差大于2倍廠用電；

3）實(shí)際負(fù)荷大于負(fù)荷負(fù)向限值。

KU信號使轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制器有效設(shè)定值失效，使控制器輸出為零并暫時(shí)關(guān)閉閥門，如果在TLAW（甩負(fù)荷識別時(shí)間）內(nèi)，上述兩種情況未消失，則系統(tǒng)發(fā)出LAW（甩負(fù)荷信號）。汽輪機(jī)的甩負(fù)荷控制邏輯如圖1所示，以高壓調(diào)節(jié)閥（簡稱高調(diào)閥）1為例，圖中數(shù)值X/Y/Z指邏輯控制器所在站/區(qū)/頁。從圖1中可知觸發(fā)高調(diào)閥1快關(guān)指令的是高調(diào)閥1閥位的控制偏差大于40%，而這個(gè)偏差是由高調(diào)閥1進(jìn)汽流量設(shè)定值（OSFD1）和根據(jù)高調(diào)閥1閥位實(shí)際值反向折算的進(jìn)汽流量值（HFD1）兩者比較生成[7]。

圖1 高調(diào)閥1快關(guān)邏輯示意

2 甩負(fù)荷試驗(yàn)過程

機(jī)組按規(guī)定進(jìn)行甩50%額定負(fù)荷試驗(yàn)，過程如下：試驗(yàn)前主汽溫度495℃，主汽壓力16.53 MPa，再熱蒸汽溫度503℃，再熱蒸汽壓力2.343 MPa。甩負(fù)荷倒計(jì)時(shí)10 s，5 s各停1臺磨煤機(jī)，“甩負(fù)荷”口令發(fā)出，斷開發(fā)電機(jī)并網(wǎng)開關(guān)，以此時(shí)為計(jì)時(shí)點(diǎn)，27 ms轉(zhuǎn)速開始飛升，2.388 s達(dá)到瞬時(shí)最高轉(zhuǎn)速3 126 r/min，26.37 s轉(zhuǎn)速首次回到3 000 r/min，35.17 s轉(zhuǎn)速達(dá)到最低2 957 r/min，48.17 s轉(zhuǎn)速開始穩(wěn)定在3 000 r/min；55 ms高調(diào)閥1（CV1）、高調(diào)閥2（CV2）分別從33%和35%開度開始關(guān)，3.597 s后全關(guān)，32.42 s CV1/CV2開始打開，40.52 s分別開到5.2%和4.3%；97 ms中壓調(diào)節(jié)閥（簡稱中調(diào)閥）1（IV1）、中調(diào)閥2（IV2）同時(shí)從100%開度往下關(guān)，507 ms全關(guān)。上述過程曲線如圖2所示，試驗(yàn)所用高速數(shù)據(jù)采集儀采樣頻率為1 000次/s。

甩負(fù)荷試驗(yàn)導(dǎo)則[1]規(guī)定，凝汽式汽輪機(jī)甩50%負(fù)荷后，若瞬時(shí)最高轉(zhuǎn)速超過105%額定轉(zhuǎn)速，則應(yīng)中斷試驗(yàn)，查明原因。這次試驗(yàn)中瞬時(shí)最高轉(zhuǎn)速達(dá)到3 126 r/min，雖然沒有超出3 150 r/min，但與同類型機(jī)組相比，此次甩50%負(fù)荷試驗(yàn)瞬時(shí)最高轉(zhuǎn)速明顯偏高[3，8-10]，具體如表1所示。

圖2 50%甩負(fù)荷試驗(yàn)曲線

表1 同類型機(jī)組甩50%負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)

另參照DL/T 711-1999《汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)試驗(yàn)導(dǎo)則》中所述方法，根據(jù)50%甩負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)，取蒸汽容積時(shí)間常數(shù)0.2 s，轉(zhuǎn)子飛升時(shí)間常數(shù)8 s，甩負(fù)荷后調(diào)門關(guān)閉延時(shí)0.1 s、凈關(guān)閉時(shí)間0.4 s估算，該機(jī)組50%甩負(fù)荷最高轉(zhuǎn)速應(yīng)為3 094 r/min，比實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果低。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

圖3為該類型機(jī)組典型的甩負(fù)荷曲線。將圖2與其比較可以發(fā)現(xiàn)，圖2中，汽輪機(jī)甩50%負(fù)荷后，高調(diào)閥只有調(diào)節(jié)關(guān)小的過程，而沒有快速關(guān)閉的過程，由此可初步判斷CV1/CV2沒有快關(guān)動作、只有調(diào)節(jié)關(guān)動作，是導(dǎo)致此次甩50%負(fù)荷試驗(yàn)轉(zhuǎn)子瞬時(shí)最高轉(zhuǎn)速偏高的直接原因。

通過查看試驗(yàn)過程曲線與DEH控制邏輯，發(fā)現(xiàn)高調(diào)閥快關(guān)電磁閥在甩負(fù)荷后并沒有接收到快關(guān)指令，原因是在42/3/33邏輯頁（見圖1）中觸發(fā)C20、從而觸發(fā)高調(diào)閥快關(guān)指令的“高調(diào)閥閥位控制偏差大于40%”邏輯條件沒有滿足。對比同類型機(jī)組，該定值一般取20%～25%，即觸發(fā)C20的邏輯為“高調(diào)閥閥位控制偏差大于20%～25%”，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)折算，將定值改為25%后，50%甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)C20會觸發(fā)，由此可確保甩負(fù)荷后高調(diào)閥快關(guān)動作。

圖2分析發(fā)現(xiàn)，甩負(fù)荷試驗(yàn)過程中雖然DEH系統(tǒng)沒有觸發(fā)C20指令，但是從42/3/28出來的高調(diào)閥的進(jìn)汽設(shè)定值發(fā)往位于42/3/33的高調(diào)閥閥位控制器，進(jìn)行調(diào)節(jié)關(guān)，控制邏輯如圖4所示。

圖3 典型的負(fù)荷試驗(yàn)曲線

圖4 CV1調(diào)節(jié)關(guān)邏輯

可以看到，2個(gè)高調(diào)閥分別從33%和35%的開度調(diào)節(jié)關(guān)到全關(guān)，需3.542 s；將邏輯修改為“高調(diào)閥閥位控制偏差大于25%”后，進(jìn)行100%甩負(fù)荷試驗(yàn)，2個(gè)高調(diào)閥分別從66.3%和67.0%開度快關(guān)，只需297 ms，相差3.245 s。如果100%甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)DEH控制邏輯仍為“高調(diào)閥閥位控制偏差大于40%”，試驗(yàn)過程中高調(diào)閥沒有快關(guān)，此時(shí)2個(gè)高調(diào)閥開度比甩50%負(fù)荷時(shí)大了近1倍，調(diào)節(jié)關(guān)需要更多的時(shí)間，瞬時(shí)最高轉(zhuǎn)速極有可能超過3 300 r/min，引發(fā)超速保護(hù)動作。

將原C20觸發(fā)邏輯修改為“高調(diào)閥閥位控制偏差大于25%”邏輯后，進(jìn)行100%甩負(fù)荷試驗(yàn)，汽輪機(jī)最高轉(zhuǎn)速為3 191 r/min，過程曲線如圖5所示，與同類型機(jī)組基本一致。

需要說明在甩負(fù)荷試驗(yàn)前，機(jī)組由于鍋爐水冷壁溫度出現(xiàn)高報(bào)警點(diǎn)，試驗(yàn)時(shí)主蒸汽參數(shù)偏低、調(diào)閥開度比正常時(shí)偏大，高調(diào)閥關(guān)小過程比同類型機(jī)組用時(shí)長，這會使甩負(fù)荷后的轉(zhuǎn)速飛升略偏大。

4 調(diào)節(jié)閥快關(guān)觸發(fā)條件的討論

從之前討論可知，C20觸發(fā)調(diào)節(jié)閥快關(guān)邏輯中的定值選取十分關(guān)鍵，直接影響到甩負(fù)荷后汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，該值取為25%，被諸多機(jī)組的甩負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果證明是可靠的。為了解決LVDT（調(diào)節(jié)閥線性位移變送器）跳變造成的調(diào)節(jié)閥快關(guān)問題，有的發(fā)電廠將該定值進(jìn)行放大，分析后認(rèn)為，如此并不影響流量偏差大時(shí)的調(diào)節(jié)閥快關(guān)保護(hù)功能[11]，這一做法值得商榷[7]。

造成高調(diào)閥閥位控制偏差大途徑有2種，一是反饋突增，二是指令流量值銳減。LVDT故障時(shí)的情況屬于前一種情況，而甩負(fù)荷工況屬于后一種情況。實(shí)際上，即使只對第一種情況，準(zhǔn)確選取高調(diào)閥閥位控制偏差定值也是有難度的，原因是負(fù)荷、主蒸汽壓力以及高調(diào)閥開度三者之間存在依存關(guān)系[12]，即使在同一負(fù)荷下，主蒸汽壓力不同時(shí)，高調(diào)閥的開度也差別較大，根據(jù)某一負(fù)荷與主蒸汽壓力確定出來的調(diào)節(jié)閥開度，并由此得到的高調(diào)閥閥位控制偏差定值是無法適應(yīng)所有工況條件的，比如當(dāng)運(yùn)行主蒸汽壓力增大時(shí)，之前所設(shè)定的值就會偏小，也就不能防止LVDT故障時(shí)的調(diào)節(jié)閥快關(guān)。

甩負(fù)荷工況發(fā)生時(shí)，高調(diào)閥的指令流量值會銳減，此時(shí)高調(diào)閥閥位控制偏差定值偏大時(shí)，高調(diào)閥同樣不會快關(guān)。此時(shí)該定值的選取也有一定難度，基于以上相同理由，并考慮到甩負(fù)荷發(fā)生后，高調(diào)閥會有調(diào)節(jié)關(guān)的動作，不能根據(jù)某一個(gè)工況下高調(diào)閥在甩負(fù)荷之前瞬間開度來確定該定值。因此，對該定值的修改要慎重。

5 結(jié)語

高調(diào)閥閥位控制偏差定值設(shè)定失當(dāng)，是造成機(jī)組50%甩負(fù)荷后轉(zhuǎn)速飛升過高的根本原因。高調(diào)閥閥位控制偏差定值的選取直接影響到甩負(fù)荷后汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，對該定值的修改應(yīng)格外慎重，如有可能應(yīng)得到相關(guān)設(shè)備供應(yīng)商的首肯，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證。近年來，部分機(jī)組在DEH系統(tǒng)改型后，在甩負(fù)荷防超速功能相關(guān)關(guān)鍵定值的選取上存在一定隨意性，給安全生產(chǎn)帶來隱患，應(yīng)引起足夠重視。

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（本文編輯：陸 瑩）

Cause Analysis on High Rotation Speed Rising of 660 MW Units in Load Shedding Test

WANG Yicheng，ZHANG Bao，DING Yangjun，WU Wenjian
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces 50%load shedding process of 660 MW ultra-supercritical units and indicates the high rotation speed rising.The paper believes the reason is inappropriate valve position control deviation settings of high pressure governing valve.In accordance with production practicality，the paper discusses formation and correction of valve position control deviation settings of high pressure governing valve and indicates that special attention to the correction of the settings must be paid.

660 MW units；load shedding；test；overspeed prevention

TK267

B

1007-1881（2015）09-0046-04

2015-07-15

王異成（1975），男，碩士，工程師，主要從事電力基建調(diào)試技術(shù)和管理工作。