汽輪發(fā)電機(jī)組功率振蕩的原因及防范措施

韓振興　黃合敏

摘 要： 汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中功率振蕩一直是一個(gè)難于解決的問(wèn)題，導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)組功率振蕩的主要原因是汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)整定不當(dāng)， 汽輪機(jī)調(diào)速汽門流量特性曲線不匹配，配汽機(jī)構(gòu)問(wèn)題等，結(jié)合幾起典型的汽輪發(fā)電機(jī)組功率振蕩事件，提出有效的防范措施。

關(guān)鍵詞： 汽輪發(fā)電機(jī)組；功率振蕩；防范措施

近年來(lái)，某區(qū)域內(nèi)多個(gè)電廠發(fā)生了汽輪發(fā)電機(jī)組功率振蕩引發(fā)的電網(wǎng)低頻振蕩的不安全事件；通過(guò)事件調(diào)查分析，造成汽輪發(fā)電機(jī)組功率振蕩的主要原因是汽輪機(jī)控制閥門及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)波動(dòng)引起的，下面結(jié)合幾起典型事件，對(duì)引起汽輪發(fā)電機(jī)組功率振蕩的原因進(jìn)行分析，并提出防范措施。

1.幾起典型汽輪發(fā)電機(jī)組功率振蕩事件分析

1.1調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)整定不當(dāng)導(dǎo)致的功率振蕩

1.1.1事件過(guò)程

某電廠#1機(jī)組采用哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的CLN600-24.2/566/566型超臨界凝汽式600MW汽輪發(fā)電機(jī)組，數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）采用EMERSON公司的OVATION分散控制系統(tǒng)，2011年11月19日，該機(jī)組在帶負(fù)荷試運(yùn)階段，進(jìn)行300MW負(fù)荷點(diǎn)制粉系統(tǒng)工況檢驗(yàn)工作，機(jī)組處于DEH功率控制模式下運(yùn)行，15：21：50時(shí)運(yùn)行人員將功率目標(biāo)設(shè)定為310MW，15：22：30時(shí)汽輪機(jī)調(diào)門開(kāi)始波動(dòng)，機(jī)組功率開(kāi)始振蕩，最大峰值達(dá)到465MW，造成電網(wǎng)發(fā)生低頻振蕩，電網(wǎng)500kV交流送出斷面（羅馬線+羅百雙回線+硯崇甲線）波動(dòng)峰峰值達(dá)到276MW，直至DEH檢測(cè)到功率設(shè)定目標(biāo)值與實(shí)際值偏差>10MW，自動(dòng)切除功率控制回路后，15：26：00時(shí)功率波動(dòng)才消除。部分主網(wǎng)500kV線路振蕩曲線如圖1-1：

1.1.2 功率振蕩原因分析

分析功率波動(dòng)數(shù)據(jù)，可以看出，波動(dòng)過(guò)程大致分為三個(gè)過(guò)程，如圖1-2所示：

第一階段：t1-t2（t1=15：23：10，t2=15：23：23）之間為功率波動(dòng)的起振初期，功率波動(dòng)幅度逐漸放大，頻率為0.58Hz，振蕩阻尼-1%。起振前#1機(jī)出力300MW左右，主蒸汽壓力17.2Mpa，DEH投入功率控制模式。15：21：50運(yùn)行人員將目標(biāo)功率從300MW設(shè)為310MW，由于#1機(jī)組DEH功率控制回路PID參數(shù)是按典型機(jī)型特性設(shè)置的，調(diào)節(jié)作用偏強(qiáng)且存在超調(diào)，在較大幅度階躍擾動(dòng)情況下容易產(chǎn)生振蕩，是引起功率波動(dòng)的主要原因。

第二階段：t2-t3（t2=15：23：23，t3=15：24：35）之間為功率波動(dòng)變化和發(fā)展階段，在t2時(shí)刻DEH檢測(cè)到實(shí)際值與功率設(shè)定目標(biāo)值的偏差>10MW，自動(dòng)切除功率控制回路，但閥控模式下不合理地使調(diào)門開(kāi)度從17.8%躍變?cè)鲋?2.55%，機(jī)組有功功率也由310MW相應(yīng)陡增至485MW，使得電廠對(duì)系統(tǒng)的阻尼水平降低、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性降低，波動(dòng)持續(xù)且在勵(lì)磁系統(tǒng)的作用下呈現(xiàn)弱阻尼特性，波動(dòng)頻率從0.58Hz突變至0.66Hz。

第三階段，t3-t4 （t3=15：24：35，t4=15：26：00）之間為功率波動(dòng)逐漸平息階段，t4時(shí)刻功率波動(dòng)平息。期間DEH處于閥控模式，綜合閥位指令未變，隨著鍋爐主蒸汽壓力繼續(xù)下降，機(jī)組有功隨之逐漸下降，電廠對(duì)系統(tǒng)的阻尼水平逐漸提高，振蕩逐漸平息，振蕩平息的t4時(shí)刻，#1機(jī)組出力為325MW，隨后機(jī)組出力在280-300MW之間運(yùn)行，也未再出現(xiàn)功率波動(dòng)。

1.2 汽機(jī)調(diào)門落入不靈敏區(qū)導(dǎo)致的強(qiáng)迫功率振蕩事件

1.2.1 事件過(guò)程

某電廠#2機(jī)組采用哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N300-16.7/537/537型亞臨界凝汽式300MW汽輪發(fā)電機(jī)組，數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）采用日立公司的HIACS-5000M分散控制系統(tǒng)，2008年4月21日10：26，該機(jī)組帶負(fù)荷148.5MW，主蒸汽壓力16.76MPa，在進(jìn)行“單閥”切換為“順序”閥運(yùn)行過(guò)程中，10：26～10：35期間發(fā)生了機(jī)組功率在121MW～187MW間振蕩，該波動(dòng)頻率為0.36Hz，接近電網(wǎng)中的云南、貴州電網(wǎng)對(duì)廣東電網(wǎng)之間振動(dòng)模式的頻率，引發(fā)主網(wǎng)功率振蕩，最大振幅達(dá)231.9MW。

1.2.2 功率振蕩原因分析

該機(jī)組在10：26～10：35期間，進(jìn)行正常的“單閥”切換為“順序”閥運(yùn)行時(shí)，由于機(jī)組運(yùn)行工況控制不佳，主蒸汽壓力參數(shù)高（16.76MPa），而帶負(fù)荷低（148.51MW），切換過(guò)程中GV閥位給定值落入（39.5～40.5）不靈敏區(qū)，造成高調(diào)門波動(dòng)，導(dǎo)致功率振蕩，最終引發(fā)主網(wǎng)功率振蕩。

1.3 由于調(diào)卡澀導(dǎo)致的功率振蕩

1.3.1事件過(guò)程

某電廠#11機(jī)組采用東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N300-16.7/537/537型亞臨界凝汽式300MW汽輪發(fā)電機(jī)組，數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）采用美國(guó)美卓的MAXDNA分散控制系統(tǒng)，2009年4月8日7點(diǎn)30分，該機(jī)組有功功率248MW，主汽壓力15.94MPa，在進(jìn)行正常的“單閥”切換為“順序”閥操作，切換過(guò)程中7：31：43～7：32：53發(fā)生功率振蕩，最大幅值達(dá)12MW。

1.3.2 功率振蕩原因分析

從閥切換過(guò)程中高調(diào)門指令和反饋趨勢(shì)看，7點(diǎn)31分43秒調(diào)門開(kāi)度指令變化后， #1、2調(diào)門在30%～39%期間有輕微卡澀現(xiàn)象，造成閥門實(shí)際動(dòng)作滯后指令1秒左右，機(jī)組指令與機(jī)組有功功率有偏差，在功率調(diào)節(jié)器反饋調(diào)節(jié)作用下，調(diào)門指令、負(fù)荷波動(dòng)，主汽壓力最大波動(dòng)值為0.15MPa，汽機(jī)高調(diào)門開(kāi)度最大波動(dòng)值分別為#1：8.31%、# 2：8.25%、#3：2.29%、#4：1.58%，功功率最大波動(dòng)值為12MW，到32分53秒機(jī)組穩(wěn)定。

2.防止汽輪發(fā)電機(jī)組功率振蕩的措施

結(jié)合以上案例分析，調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)整定不當(dāng)， 調(diào)門流量特性曲線不能真實(shí)反應(yīng)調(diào)門實(shí)際流量特性，調(diào)速汽門機(jī)械部分故障等是導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)組功率波動(dòng)甚至引發(fā)振蕩的主要因素，應(yīng)從以下幾方面采取措施，防止汽輪發(fā)電機(jī)組功率振蕩事件的發(fā)生：

2.1做好DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)中PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定：

DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)中PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)是決定系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素，新機(jī)調(diào)試和機(jī)組檢修后，只有在PID調(diào)節(jié)器參數(shù)得到良好整定的條件下 ，才能投入DEH控制系統(tǒng)自動(dòng)功能。

機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)鍋爐燃燒不穩(wěn)或調(diào)控不當(dāng)導(dǎo)致蒸汽壓力不穩(wěn)定時(shí)，在這種情況下，因被控對(duì)象特性發(fā)生變化，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果會(huì)變差，容易產(chǎn)生過(guò)調(diào)甚至發(fā)生振蕩，因此有必要在PID調(diào)節(jié)回路上加入必要的閉鎖邏輯，防止振蕩的發(fā)生。

2.2優(yōu)化調(diào)門流量特性曲線

調(diào)門流量特性曲線不能真實(shí)反應(yīng)調(diào)門實(shí)際流量特性，存在所謂的不靈敏區(qū)，容易造成功率波動(dòng)。應(yīng)通過(guò)設(shè)計(jì)階段對(duì)調(diào)速系統(tǒng)特性曲線的校對(duì)，投運(yùn)后和檢修后進(jìn)行閥門流量特性測(cè)試，對(duì)閥門流量特性和重疊度進(jìn)行修正，使修正后的DEH調(diào)門流量特性曲線與機(jī)組實(shí)際流量特性充分結(jié)合，防止DEH自動(dòng)功率控制過(guò)調(diào)，產(chǎn)生功率振蕩。

2.3防止調(diào)速汽門發(fā)生卡澀

應(yīng)嚴(yán)格按照《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》做好防止調(diào)速汽門卡澀的措施，確定詳細(xì)的閥門檢修方案、閥門定期活動(dòng)試驗(yàn)方案、油質(zhì)及汽水品質(zhì)定期化驗(yàn)細(xì)則，檢修中對(duì)調(diào)速系統(tǒng)伺服閥、LVDT， 伺服卡進(jìn)行檢測(cè)，避免引發(fā)調(diào)速汽門卡澀的因素發(fā)生。

2.4增加功率波動(dòng)判斷邏輯，及時(shí)退出DEH自動(dòng)

通過(guò)以上措施可以極大的減少功率振蕩情況的發(fā)生，但仍無(wú)法徹底消除?？梢酝ㄟ^(guò)增加功率波動(dòng)判斷邏輯，通過(guò)干預(yù)，及時(shí)消除功率波動(dòng)，防止引發(fā)電網(wǎng)功率振蕩。如宣威電廠通過(guò)在DCS中增加功率波動(dòng)判斷邏輯，當(dāng)判斷機(jī)組發(fā)生低頻功率振蕩（頻率在0.2～2.5Hz之間，波動(dòng)幅度大于6MW）時(shí)，立即發(fā)出功率波動(dòng)報(bào)警，退出DEH自動(dòng)運(yùn)行方式，有效避免了功率振蕩事件的再次發(fā)生。

3.結(jié)語(yǔ)

汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中功率振蕩一直是一個(gè)難于解決的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)的合理整定，邏輯優(yōu)化， 優(yōu)化流量特性曲線使之與實(shí)際匹配，有效防止調(diào)速汽門發(fā)生卡澀等措施，能有效防止功率振蕩事件的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

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