安 欣，李續(xù)軍，張亞夫，劉國弼

（西安熱工研究院有限公司， 西安 710032）

國內(nèi)現(xiàn)階段投入商業(yè)運行的國產(chǎn)化300 MW級火電機組絕大部分為亞臨界參數(shù)機組，哈爾濱汽輪機廠（哈汽廠）生產(chǎn)的首臺350 MW超臨界機組已在華能東方電廠和江西瑞金電廠順利投產(chǎn)。由于該機型為哈汽廠自主設(shè)計制造，所以機組的運行特性還有待實際檢驗。

本文對華能東方電廠350 MW超臨界機組50%及100%額定負荷下的甩負荷試驗過程進行分析計算，并就機組的系統(tǒng)設(shè)計和運行提出建議。

1 國產(chǎn)超臨界350 MW汽輪發(fā)電機組簡介

華能東方電廠1、2號汽輪機組型號為CLN 350-24.2/566/566，為一次中間再熱﹑單軸﹑兩缸兩排汽的汽輪機。發(fā)電機及勵磁機采用無刷勵磁，冷卻方式為水-氫-氫。鍋爐采用哈爾濱鍋爐有限公司制造的超臨界壓力、變壓運行燃煤直流爐，鍋爐最大連續(xù)出力（BMCR）1 100 t/h，鍋爐最低穩(wěn)燃負荷（不投油）35%BMCR。

機組設(shè)計8級不調(diào)整回熱抽汽，為常規(guī)的3高4低1除氧器布置方式，分散控制系統(tǒng)DCS選用新華控制工程公司XDPS-400E控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用哈爾濱汽輪機廠自行設(shè)計生產(chǎn)的數(shù)字電液式控制系統(tǒng)，具備103%和110%電超速保護功能。旁路系統(tǒng)采用上海威域達公司制造的35%BMCR容量的高、低壓二級串聯(lián)電動旁路，高低旁路快開﹑快關(guān)時間均為5 s，正常開關(guān)時間為10～15 s。爐側(cè)過熱器出口設(shè)計4個容量為20%BMCR的安全閥以及2個容量為10%BMCR的壓力控制（PCV）閥，再熱器出口設(shè)計5個容量為20%BMCR的安全閥。

甩負荷試驗是考核汽輪機運行特性尤其是調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)特性最直接的方法。甩負荷試驗為機組帶一定的負荷（通常為50%或100%），甩去機組負荷后測取轉(zhuǎn)速變化和振蕩過程，計算相關(guān)動態(tài)特性參數(shù)。甩負荷試驗要求機組在轉(zhuǎn)速波動過程中，汽機超速保護不動作，同時甩50%額定負荷過程中轉(zhuǎn)速動態(tài)超調(diào)量不超過5%額定轉(zhuǎn)速。按照火電機組啟動驗收規(guī)程要求，在新機組整套啟動帶負荷調(diào)試階段應(yīng)完成汽輪機組甩負荷試驗。

2 試驗前準備

2.1 甩負荷預(yù)測器及復(fù)位轉(zhuǎn)速的設(shè)定

甩負荷預(yù)測器（LDA）的功能為發(fā)電機實發(fā)功率大于30%額定負荷時，一旦接到發(fā)電機解列信號，不等轉(zhuǎn)速升至超速保護（OPC）動作值即迅速全關(guān)調(diào)門，從而抑制最高飛升轉(zhuǎn)速。復(fù)位轉(zhuǎn)速為超速過程中轉(zhuǎn)速降至設(shè)定值時OPC電磁閥恢復(fù)動作前狀態(tài)所對應(yīng)的設(shè)定值。

機組采用的兩級旁路，在OPC動作時再熱器可以通過低旁泄壓，盡量延長低旁的開啟時間，將OPC復(fù)位轉(zhuǎn)速設(shè)為3 000 r/min。在LDA保持時間設(shè)置上，參考哈汽引進型亞臨界300 MW機組的甩負荷經(jīng)驗，2臺機組在甩50%負荷時預(yù)設(shè)為2 s。

2.2 主汽門與調(diào)門關(guān)閉時間

靜態(tài)情況下，對1號機組汽門關(guān)閉時間進行測量，見表1。

表1 1號機組自動主汽門及調(diào)門的關(guān)閉時間

2.3 汽門嚴密性和超速試驗

調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)仿真試驗，靜態(tài)試驗、仿真試驗以及轉(zhuǎn)速不等率設(shè)定為4.5%均符合設(shè)計要求。還進行了主汽門、調(diào)門嚴密性試驗，結(jié)果見表2。

1號機超速試驗動作值見表3。2臺機組的機械超速動作值均偏低且低于電超速動作值，在征求哈汽廠家意見后，認為機械超速動作值可以滿足運行要求且暫不調(diào)整。

2.4 熱工保護

表2 嚴密性試驗表

表3 1號機組超速試驗動作轉(zhuǎn)速 r/min

甩負荷前進行了高低加保護、ETS通道、鍋爐PCV閥、熱工以及電氣保護試驗，對鍋爐過熱安全門及再熱安全門分別進行了校驗，確認符合甩負荷的條件。

3 50%甩負荷試驗

3.1 甩負荷前后的運行方式

甩負荷前，軸封、除氧器切至輔汽，啟動電動給水泵，電泵帶負荷，負荷175 MW，甩負荷前爐側(cè)運行3臺磨并提前投入油槍和等離子點火裝置，檢查閉鎖低旁的凝汽器真空，排汽溫度以及減溫水壓力、溫度正常。甩負荷后通風（VV）閥聯(lián)開，迅速減給水至爐側(cè)最小上水量，鍋爐燃燒穩(wěn)定，保證汽機維持 3 000 r/min，根據(jù)機組運行情況決定停機或并網(wǎng)加負荷。汽機側(cè)電動給水泵MFT跳泵保護切除，機爐電大聯(lián)鎖中鍋爐MFT聯(lián)跳汽機保護切除。

3.2 甩負荷后OPC動作過程

甩負荷試驗過程中，OPC動作3次，動作后轉(zhuǎn)速峰值見表4。

表4 OPC動作轉(zhuǎn)速 r/min

3.3 試驗過程

1號機組甩負荷前功率為174.80 MW，轉(zhuǎn)速3 000 r/min，發(fā)電機開關(guān)斷開0.03 s后LDA動作，2 s后，轉(zhuǎn)速飛升至第一飛升轉(zhuǎn)速3 056 r/min，升速率為每分鐘28 r/min，然后開始下降，轉(zhuǎn)速升至第一峰值后經(jīng)16 s降至3 000 r/min，速度變化率為每分鐘3.5 r/min。OPC指令復(fù)位，在中調(diào)門開啟中，經(jīng)過1 s轉(zhuǎn)速最低降至第一最低轉(zhuǎn)速2 992 r/min，調(diào)門開啟3 s后轉(zhuǎn)速飛升至3 090 r/min，轉(zhuǎn)速變化率為每分鐘32 r/min，調(diào)門全關(guān)前中調(diào)門開至40%，全關(guān)1 s后轉(zhuǎn)速升至第二飛升轉(zhuǎn)速3 123 r/min，升至第二飛升轉(zhuǎn)速15 s后，手動開低旁，7 s后轉(zhuǎn)速降至3 000 r/min，OPC復(fù)位，速度變化率為每分鐘5.6 r/min，調(diào)門打開，復(fù)位后2 s，轉(zhuǎn)速最低降至第二最低轉(zhuǎn)速2 991 r/min，經(jīng)過5 s后轉(zhuǎn)速升至3 090 r/min，速度變化率為每分鐘19.8 r/min，此時低旁全開，調(diào)門全關(guān)1 s后轉(zhuǎn)速升至第三飛升轉(zhuǎn)速3 108 r/min，經(jīng)過18 s，轉(zhuǎn)速降至3 000 r/min，速度變化率為每分鐘6 r/min，此時再熱壓力低至0.4 MPa，調(diào)節(jié)系統(tǒng)已經(jīng)可以控穩(wěn)轉(zhuǎn)速，OPC不再動作。試驗過程中轉(zhuǎn)速、壓力及調(diào)門開度的變化趨勢見圖1。

圖1 1號機組轉(zhuǎn)速、壓力及調(diào)門開度變化曲線

4 100%甩負荷試驗

由于電網(wǎng)以及數(shù)據(jù)采集原因，僅對2號機組100%甩負荷試驗情況進行分析。

4.1 甩負荷前后的運行方式

甩負荷前，軸封、除氧器切至輔汽，電動給水泵熱備用，汽動給水泵帶負荷，負荷349 MW，甩負荷前爐側(cè)運行5臺磨并且提前投入油槍和等離子點火裝置，檢查閉鎖低旁的凝汽器真空，排汽溫度以及減溫水壓力溫度正常。甩負荷后VV閥聯(lián)開，迅速減給水至爐側(cè)最小上水量，保證汽機維持3 000 r/min。汽機側(cè)電動給水泵MFT跳泵保護切除，機爐電大聯(lián)鎖中鍋爐MFT聯(lián)跳、汽機保護切除。

4.2 試驗過程

2號機組甩負荷前機組功率349.24 MW，轉(zhuǎn)速3 001 r/min，發(fā)電機開關(guān)斷開瞬間LDA動作，2.7 s后，轉(zhuǎn)速飛升至第一飛升轉(zhuǎn)速3 148 r/min，升速率為每分鐘54 r/min，然后開始下降，轉(zhuǎn)速升至第一峰值后經(jīng)41 s降至3 000 r/min，速度變化率為每分鐘3.6 r/min。轉(zhuǎn)速降至3 000 r/min時OPC指令復(fù)位，在中調(diào)門開啟中，經(jīng)過1.3 s轉(zhuǎn)速最低降至第一最低轉(zhuǎn)速2 995 r/min，0.9 s后調(diào)門開啟，經(jīng)4 s后轉(zhuǎn)速飛升至第二飛升轉(zhuǎn)速3 105 r/min，轉(zhuǎn)速變化率為每分鐘22.4 r/min，升至第二飛升轉(zhuǎn)速5 s后，手動開低旁，20 s后轉(zhuǎn)速降至3 000 r/min，OPC復(fù)位，速度變化率為每分鐘4.2 r/min，復(fù)位后2.6 s，轉(zhuǎn)速最低降至第二最低轉(zhuǎn)速2 992 r/min，此時再熱壓力低至0 MPa，經(jīng)過8 s后轉(zhuǎn)速升至3 019 r/min，速度變化率為每分鐘3.3 r/min，調(diào)節(jié)系統(tǒng)已經(jīng)可以控穩(wěn)轉(zhuǎn)速，OPC不再動作，經(jīng)過13.3 s轉(zhuǎn)速降至3 000 r/min，速度變化率為每分鐘1.4 r/min。

根據(jù)機組試驗記錄對各項甩負荷參數(shù)給出計算結(jié)果，見表5。

表5 甩負荷參數(shù)計算結(jié)果

5 甩負荷試驗過程分析

5.1 旁路系統(tǒng)對甩負荷的影響

國產(chǎn)化超臨界350 MW機組在旁路系統(tǒng)均未設(shè)計旁路熱備用管，在甩負荷前通過手動方式提前暖管，甩負荷后低旁應(yīng)迅速聯(lián)開。在甩負荷試驗過程中，低旁沒有第一時間開啟，在OPC動作2次之后，手動開啟旁路，由于旁路不具備快開功能而開啟過慢，影響再熱器泄壓，導致OPC動作3次。從甩負荷過程中再熱壓力、轉(zhuǎn)速及中調(diào)門開度變化曲線也可以看出，中調(diào)門不能控制轉(zhuǎn)速且低旁沒有第一時間開啟，是OPC動作3次的直接原因。

甩負荷試驗是考核機組在事故突發(fā)情況下調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性能否保證機組的安全性，而實際試驗中機組旁路系統(tǒng)不能熱備用，這就增大了實際工況下突然甩負荷時機組的危險性。曾經(jīng)有機組因為旁路系統(tǒng)沒有熱備用管道，在事故狀態(tài)下聯(lián)鎖快開導致旁路管道振裂。為了能夠真實考核機組在事故狀態(tài)下的安全可靠性，同類型的機組在設(shè)計中應(yīng)考慮旁路系統(tǒng)增加熱備用管道。

5.2 啟動方式的選擇及對甩負荷的影響

DEH啟動方式中既有高壓缸啟動方式，又有高中壓缸啟動方式，配置兩級旁路的東方電廠機組雖然采用了不帶旁路而僅在爐側(cè)設(shè)計5%BMCR啟動疏水旁路的高壓缸啟動方式，但其并不適合該方式。首先，從經(jīng)濟性上考慮，高壓缸啟動方式在沖轉(zhuǎn)過程所需的時間比高中壓缸聯(lián)合啟動的時間長。其次，采用高壓缸啟動方式，在汽機掛閘狀態(tài)下，旁路一直處于切除狀態(tài)，因此旁路不能與高中壓缸并聯(lián)運行，其超壓溢流功能得不到充分發(fā)揮。最后，由于在汽機掛閘狀態(tài)低旁無法投入自動且無法使用，因此在事故工況下（甩負荷）或者沖轉(zhuǎn)前再熱器會保持干燒，影響再熱器的壽命。正是基于以上各點，建議后續(xù)投產(chǎn)的超臨界350 MW機組，如果設(shè)計有兩級旁路，應(yīng)采用高中壓缸聯(lián)合啟動方式。

機組雖然設(shè)計了兩級旁路，但是仍采用高壓缸啟動方式，中調(diào)門不參與轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，在甩負荷過程中再熱器泄壓過慢是造成轉(zhuǎn)速二次飛升即最大飛升轉(zhuǎn)速的直接原因?？紤]到高壓缸啟動方式下再熱壓力與轉(zhuǎn)速二次飛升的關(guān)系，復(fù)位轉(zhuǎn)速還可以在保證低壓保安油壓的前提下適當下放，延長再熱器泄壓時間。此外由于系統(tǒng)配置了兩級旁路，因此可以考慮在今后的啟動過程中采用高中壓缸聯(lián)合啟動方式，這樣不但保證旁路投入自動在第一時間聯(lián)開，而且能夠在掛閘狀態(tài)下充分發(fā)揮兩級旁路的功能。

5.3 甩負荷試驗方法的選擇

測功法作為一種新的甩負荷試驗方法，雖然上世紀90年代末才被引入我國，但是由于其安全簡捷，已經(jīng)在國內(nèi)一些機組上得到應(yīng)用。測功法在最高飛升轉(zhuǎn)速的計算過程中，需要用到轉(zhuǎn)子的真實轉(zhuǎn)動慣量，而常規(guī)法能夠考核整個甩負荷過程的動態(tài)特性，并對轉(zhuǎn)動慣量給出真實的計算值。東方電廠機組由于是該類型首批機組，無論從獲得轉(zhuǎn)子真實轉(zhuǎn)動慣量角度或者從考核機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)特性方面，均要求采用常規(guī)法進行試驗。

今后投產(chǎn)的同類型機組進行甩50%負荷試驗，可采用常規(guī)法檢驗機組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性，對于甩100%負荷試驗，則可采用常規(guī)法所計算得到的轉(zhuǎn)動慣量或者本文所計算的轉(zhuǎn)動慣量，選擇測功法進行。

6 結(jié)論

通過機組50%及100%甩負荷試驗和對甩負荷試驗各項參數(shù)的計算，初步掌握了350 MW超臨界機組甩負荷工況下的運行特性和DEH控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性。試驗結(jié)果證明，汽機調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠很好地控制機組轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)品質(zhì)良好；LDA延時設(shè)置為2 s，復(fù)位轉(zhuǎn)速設(shè)定為3 000 r/min，經(jīng)過甩負荷試驗證明上述參數(shù)均可以完成甩負荷試驗的要求，而且有效抑制了一次轉(zhuǎn)速飛升的峰值。不足之處是在高壓缸啟動方式下，中調(diào)門無法參與控制轉(zhuǎn)速且旁路無法投自動，手動開啟低旁時間過慢導致OPC動作3次。

建議在今后技改項目中增加旁路熱備用管道，以保障機組運行的安全性。

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