雙機組功率振蕩原因分析及防控措施

陳華忠

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州510080)

雙機組功率振蕩原因分析及防控措施

陳華忠

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州510080)

摘要：針對銀洲電廠1、2號汽輪發(fā)電機組短期內(nèi)出現(xiàn)的3次功率振蕩現(xiàn)象，首先從機組的運行方式以及產(chǎn)生功率振蕩的時間順序進行分析，鎖定振蕩源為1號機組；然后從汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng)控制卡件內(nèi)部設(shè)置、機械液壓系統(tǒng)、電液伺服閥、汽輪機潤滑油品質(zhì)等方面逐步排查，最終確定引起機組功率振蕩的原因是機組運行中更換汽輪機主油箱潤滑油，油擾動造成雜質(zhì)懸浮，使多個機械部件出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。針對汽輪機潤滑油品質(zhì)監(jiān)督管理工作，提出禁止機組運行中更換主油箱潤滑油、加強濾油工作、嚴格執(zhí)行設(shè)備定期檢驗和維護等防控措施。實施處理措施后，機組未出現(xiàn)功率振蕩現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：功率振蕩；數(shù)字式電液控制系統(tǒng)；直接驅(qū)動式伺服閥；汽輪機潤滑油

銀洲電廠為東莞市潢涌銀洲紙業(yè)有限公司的自備電廠，1、2號發(fā)電機組于2015年7月18—22日共發(fā)生了3次功率振蕩事件，3次功率振蕩的持續(xù)時間分別為45s、21s、20s。為防止引發(fā)電網(wǎng)低頻振蕩，電力調(diào)度部門要求該電廠暫時孤網(wǎng)運行，對2臺機組的功率振蕩原因進行排查分析，并采取防控措施。

1機組設(shè)備概況及系統(tǒng)接線方式

銀洲電廠1、2號發(fā)電機組的汽輪機均為青島捷能汽輪機股份有限公司生產(chǎn)的C50-8.83/0.785型50MW抽汽凝汽式汽輪機，汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(digitalelectro-hydrauliccontrolsystem，DEH)；發(fā)電機均為山東濟南發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)的50WX18Z-054LLT型無刷單支發(fā)電機，額定功率60MW，額定電壓10.5kV；機組出線通過10kV銀洲甲、乙線接入潢涌變電站。2臺機組出線與電網(wǎng)的連接如圖1所示。

圖1　銀洲電廠發(fā)電機組與電網(wǎng)的連接

2雙機組功率振蕩原因分析

2.1發(fā)電機組功率振蕩原因分類及其危害

造成發(fā)電機組功率振蕩的直接因素包括勵磁系統(tǒng)缺陷、異常，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(powersystemstabilization，PSS)缺陷、異常，鍋爐與汽輪機配合不當，汽輪機調(diào)門執(zhí)行機構(gòu)故障、異常，汽輪機DEH以及汽輪機-鍋爐的單元機組控制協(xié)調(diào)系統(tǒng)(unitcoordinatedcontrolsystem，CCS)異常，電廠運行人員操作不當?shù)榷喾矫鎇1]，其中汽輪機機械液壓系統(tǒng)異常、熱控系統(tǒng)一次調(diào)頻邏輯和參數(shù)設(shè)置不當?shù)纫l(fā)機組功率振蕩的比例較大。若機組的振蕩頻率與系統(tǒng)固有振蕩頻率接近，會引起系統(tǒng)共振，進而引發(fā)電網(wǎng)大幅強迫功率振蕩，危及電網(wǎng)的安全運行[2-4]。

2.2第1次機組功率振蕩過程及現(xiàn)象分析

2015-07-18T10：24，銀洲電廠發(fā)生第1次機組功率振蕩事件。當時該電廠運行方式為：1、2號發(fā)電機通過母聯(lián)斷路器QF500A、QF500B并列10kV母線Ⅰ、Ⅱ段運行，通過銀洲甲線的斷路器QF521、QF713并網(wǎng)運行，銀洲乙線處于檢修狀態(tài)。1號發(fā)電機負荷約39.5MW，2號發(fā)電機負荷約47.3MW。廠聯(lián)絡(luò)線有吸送網(wǎng)電的情況，廠內(nèi)用電設(shè)備有啟?，F(xiàn)象。汽輪機運行人員認為是外界負荷啟停，作調(diào)整機組負荷的操作：1號汽輪機增加負荷，高壓調(diào)門閥位控制指令由60%增至68%，低壓調(diào)門閥位控制指令由38%增至44%；2號汽輪機增加負荷，高壓調(diào)門閥位控制指令由62.4%增至63.8%，低壓調(diào)門閥位控制指令由58.2%增至62.2%。當時1、2號汽輪機均有較短時間的負荷振蕩，如圖2至圖4所示。

圖2　第1次功率振蕩時1號汽輪機高、低壓調(diào)門信號

圖3　1號汽輪機第1次功率振蕩記錄

圖4　2號汽輪機第1次功率振蕩記錄

從圖2至圖3可發(fā)現(xiàn)：1號汽輪機高壓調(diào)門指令沒有振蕩現(xiàn)象，而閥位反饋信號則自發(fā)出現(xiàn)振蕩，從而引起本機組負荷振蕩，負荷振蕩一段時間且達到一定強度后引起轉(zhuǎn)速振蕩。從圖4可發(fā)現(xiàn)：2號汽輪機是轉(zhuǎn)速先振蕩，再引起功率振蕩。由此可斷定：此次雙機組功率振蕩事件是1號機組先振蕩繼而引發(fā)2號機組振蕩的。由于1、2號機組并于同一10kV母線段，相距很近，且均投入了一次調(diào)頻功能，因此1號機組由自身功率振蕩引起電網(wǎng)頻率振蕩后，2號機組要拉回電網(wǎng)頻率而與1號機組反向動作，也形成了功率振蕩。

查控制系統(tǒng)歷史記錄：1號機組功率振蕩時段是10：24：59—10：25：31，振蕩時間32s，最高振蕩幅值3.67MW；2號機組功率振蕩時段為10：25：09—10：25：29，振蕩時間20s，最高振蕩幅值2.54MW。2號機組振蕩時間延后1號機組10s，結(jié)束時間提前1號機組2s，振蕩時間比1號機組短12s，振幅小于1號機組。

通過上述對比分析可判斷，此次雙機組功率振蕩是由1號機組引起的，由于并列運行而影響到2號機組。

2.3第2次機組功率振蕩過程

2015-07-20T00:08，銀洲電廠發(fā)生第2次機組功率振蕩事件。當時該電廠運行方式為：1號發(fā)電機通過10kV母線Ⅰ段以及銀洲甲線斷路器QF521、QF713上網(wǎng)運行，2號發(fā)電機通過10kV母線Ⅱ段以及銀洲乙線斷路器QF522、QF736上網(wǎng)運行；母聯(lián)斷路器QF500A、QF500B處于熱備用，1、2號機組分段并網(wǎng)運行。1號發(fā)電機負荷約38.7MW，2號發(fā)電機負荷約25.97MW。廠聯(lián)絡(luò)線有吸送網(wǎng)電情況，廠內(nèi)用電設(shè)備有啟?，F(xiàn)象。在此期間運行人員認為是外界負荷啟停，作調(diào)整機組負荷的操作：1號汽輪機增加負荷，高壓調(diào)門閥位控制指令由67.7%增至71.3%，低壓調(diào)門閥位控制指令由23.2%增至25.6%；2號機無操作。當時僅1號機組有較短時間負荷振蕩，2號機組運行正常。

2.4第3次機組功率振蕩過程

2015-07-22T17：29，銀洲電廠發(fā)生第3次機組功率振蕩事件。當時兩機組的運行方式與第2次機組功率振蕩時一樣，1號發(fā)電機負荷約40.26MW，2號發(fā)電機負荷約38.41MW，電廠聯(lián)絡(luò)線有吸送網(wǎng)電的情況，廠內(nèi)用電設(shè)備有啟?，F(xiàn)象。汽輪機運行人員認為是外界負荷啟停，作調(diào)整機組負荷的操作：1號汽輪機高壓調(diào)門由61.1%增至62.7%，2號汽輪機無操作。

第3次機組功率振蕩與第2次類似，僅1號機組有較短時間的功率振蕩，2號機組未出現(xiàn)功率振蕩。

2.5第2、3次機組功率振蕩現(xiàn)象分析

在第2次機組功率振蕩中，1號機組負荷振蕩約3.18MW，時間21s；2號機組運行負荷正常。在第3次機組功率振蕩中，1號機組負荷振蕩約1.98MW，時間20s；2號機運行負荷正常。第2、3次功率振蕩均為1號機組、2號機組分段并網(wǎng)運行，兩機組間相互影響小，1號機組產(chǎn)生的功率振蕩對2號機組沒有影響，即只是單機功率振蕩現(xiàn)象，性質(zhì)上沒有第1次的雙機功率振蕩嚴重。

2.6機組功率振蕩原因排查

通過上述分析確定1號機組為振蕩源，接著需要進一步查出引起1號機組功率振蕩的具體原因。

銀洲電廠的DEH包括電子控制設(shè)備系統(tǒng)和液壓調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)。伺服控制系統(tǒng)的工作原理是閥位控制信號經(jīng)比例積分調(diào)節(jié)后送到直接驅(qū)動式伺服閥(directdriveservovalve，DDV)，改變油口開度，使油動機相應(yīng)地向上或向下運動。高壓調(diào)門的主要功能是增、減電負荷，低壓調(diào)門的主要功能是增、減熱負荷。

為了查出1號機組功率振蕩的具體原因，需從汽輪機液壓系統(tǒng)、DEH及運行維護等方面進行分析。首先檢查高壓調(diào)門伺服模塊的跳線設(shè)置，確認伺服模塊參數(shù)設(shè)置正確；然后檢查高壓調(diào)門給定與反饋的實際運行數(shù)據(jù)，確認DDV及閥位傳感器工作正常；接著檢查汽輪機潤滑油化驗報告，油質(zhì)污染度為9級，而按照廠家設(shè)備技術(shù)規(guī)范要求，調(diào)速系統(tǒng)DDV正常運行油質(zhì)污染度應(yīng)低于8級，顯然1號汽輪機潤滑油的污染度已經(jīng)超標，不滿足要求。

在發(fā)生第1次機組功率振蕩的當日(2015-07-18)，汽輪機專業(yè)人員正在進行潤滑油更換工作，采用壓板濾油機更換1號汽輪機主油箱部分潤滑油，具體工作時段為8：30—13：30，這正是發(fā)生第1次功率振蕩的時段。因板式濾油機出口至主油箱進油壓力高，主油箱油位低，引起主油箱油擾動，油箱中底部雜質(zhì)懸浮，通過注油器吸入，進入調(diào)速油系統(tǒng)，使DDV進油過濾器濾芯輕微堵塞，調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)部件DDV閥芯、錯油門、反饋滑閥有瞬間卡澀現(xiàn)象，造成1號機組功率振蕩，進而波及2號機組功率振蕩。

在2015-07-20T00：08，因主油箱部分油更換時間短，油中的雜質(zhì)未完全沉淀，運行油中仍存在稍大顆粒雜質(zhì)，使DDV進油過濾器濾芯輕微堵塞，調(diào)速部件錯油門、反饋滑閥有瞬間卡澀，造成1號機組功率振蕩，2號機組因與1號機組分段運行而未受波及。同樣，第3次功率振蕩也是由于油中雜質(zhì)未完全沉淀，造成1號汽輪機DDV卡澀而引發(fā)功率振蕩，2號機組因與1號機組分段運行而未受波及。

3機組功率振蕩問題處理及防控措施

針對上述產(chǎn)生功率振蕩的具體原因，采取如下處理辦法及防控措施：

a)完善機組運行油品質(zhì)監(jiān)督管理工作。汽輪發(fā)電機組運行中禁止進行主油箱換油工作，避免油箱底部沉淀的大顆粒雜質(zhì)因主油箱油擾動而懸浮，主油箱清理工作須安排在機組停運狀態(tài)下進行。

b)加強汽輪發(fā)電機組濾油工作。采用板式濾油機連續(xù)濾油，每4h更換濾紙。

c)提級過濾器濾芯。更換1號汽輪機DDV進油一、二級過濾器濾芯，將二級過濾器濾芯過濾精度由原50μm提級為20μm。制訂DDV一、二級過濾器濾芯定期更換制度，每3個月更換1次，確保機組穩(wěn)定運行。

d)加強透平油的監(jiān)督管理工作。每周進行油質(zhì)分析，每季度油樣外檢，并對DDV進油濾網(wǎng)進行定期切換、清洗。

采取上述處理措施數(shù)天后，再對1號汽輪機主油箱油取樣檢測，油質(zhì)指標均在合格范圍內(nèi)，1號機組運行正常，不再出現(xiàn)功率振蕩現(xiàn)象。

4結(jié)束語

本次雙機組功率振蕩事件反映出電廠專業(yè)人員安全意識不強，機組運行中更換主油箱潤滑油是一大錯誤行為；另外也反映出管理人員對設(shè)備定期檢修、檢驗的認識不足，機組缺少定期檢修和維護。在實際工作中，應(yīng)加強管理，嚴格按規(guī)范對設(shè)備進行定期檢修和檢驗，加強濾油及油品質(zhì)監(jiān)管，并根據(jù)運行計劃停機檢修，進行油箱清理工作；應(yīng)加強運行人員的培訓(xùn)工作，對重要參數(shù)的變化應(yīng)引起足夠的重視，認真分析、準確判斷，及時發(fā)現(xiàn)機組異常情況并實施應(yīng)急處理措施。

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AnalysisonReasonsforPowerOscillationofDoubleUnitsandPre-controlMeasures

CHENHuazhong

(ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510080,China)

Abstract：In allusion to three times of power oscillation in short period of No.1 and No2. steam turbine generators of Yinzhou power plant, this paper firstly analyzes running modes of units and time sequences of producing power oscillation and determines the oscillation source for No.1 unit. Secondly, it investigates gradually several aspects including internal settings of control modules of the digital electro-hydraulic control system (DEH), mechanical hydraulic system, electro-hydraulic servo valve, quality of steam turbine lubricating oil, and so on. Finally it determines reasons for causing power oscillation of units are changing lubricating oil in the main oil tank of steam turbine and oil disturbance causing impurities suspend which may result in bites of multiple mechanical components. In view of supervision and management on quality of lubricating oil of the steam turbine, it proposes pre-control measures such as prohibiting changing lubricating oil in the main oil tank when the unit is running, strengthening oil filtering, strictly implementing fixed overhaul and maintenance for equipments, and so on. After adopting these measures, there have no power oscillation observed in units.

Key words：power oscillation; digital electro-hydraulic control system (DEH); direct drive servo value (DDV); steam turbine lubricating oil

收稿日期：2015-12-28

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.05.008

中圖分類號：TM712

文獻標志碼：B

文章編號：1007-290X(2016)05-0038-04

作者簡介：

陳華忠(1970), 男，廣東化州人。高級工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事自動控制系統(tǒng)調(diào)試、涉網(wǎng)試驗及技術(shù)監(jiān)督工作。

(編輯李麗娟)