蘇順亮

（延吉熱電廠，吉林 延吉 133000）

電力作為一種清潔能源， 是當(dāng)前我國大力提倡使用的能源。 電力能源的廣泛使用，為我國當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展做出了較大的貢獻(xiàn)，但是，在電力能源使用過程中，需要保證電能質(zhì)量達(dá)到用戶的要求。電力能源的來源有許多種，但是當(dāng)前我國還是以火力發(fā)電和水力發(fā)電為主，其中，火力發(fā)電時(shí)，依靠的是煤炭等能源燃燒，供熱給水，產(chǎn)生水蒸氣，水蒸氣驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能。 在這個(gè)產(chǎn)生電能的過程中，會(huì)出現(xiàn)電壓波動(dòng)等影響電能質(zhì)量的問題，也即是電力系統(tǒng)的振蕩。

1 電力系統(tǒng)振蕩概述

電力系統(tǒng)振蕩是指電力系統(tǒng)中的某一或者多種電磁參量隨著時(shí)間發(fā)生變化。電力系統(tǒng)振蕩產(chǎn)生的原因主要有：輸電線路的輸送功率比允許的極大功率還要大， 進(jìn)而對(duì)電路系統(tǒng)造成靜態(tài)穩(wěn)定破壞；電網(wǎng)發(fā)生短路故障，切除大容量的發(fā)電、輸電或變電設(shè)備，負(fù)荷瞬間發(fā)生較大突變等造成電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定破壞；電源間非同步合閘未能拖入同步。 電力系統(tǒng)振蕩最嚴(yán)重的后果是引起系統(tǒng)崩潰，輕則導(dǎo)致各設(shè)備無法在額定工況下工作、系統(tǒng)保護(hù)誤動(dòng)作。

筆者所在電力公司曾經(jīng)發(fā)生過一起由于汽輪機(jī)單向閥和順序閥切換過程中產(chǎn)生功率波動(dòng)進(jìn)而造成電網(wǎng)系統(tǒng)振蕩的事故。 事故的具體發(fā)生時(shí)間及情況如下：某電力公司的發(fā)電廠進(jìn)行消缺工作，在消缺工作結(jié)束后，進(jìn)行負(fù)荷的恢復(fù)作業(yè)。 當(dāng)負(fù)荷升至148 兆瓦時(shí)，汽輪機(jī)閥門的運(yùn)行方式為單閥形式，運(yùn)用高壓對(duì)汽門進(jìn)行調(diào)節(jié)， 此時(shí)汽門開度為41%， 主蒸汽壓力為15.34 兆帕，蒸汽溫度為806K，再熱蒸汽壓力為1.73 兆帕，溫度為800K，然后進(jìn)行單閥-順序閥的切換操作。 在切換的過程中，機(jī)組出現(xiàn)了負(fù)荷的波動(dòng)情況，負(fù)荷波動(dòng)在140～168 兆瓦之間。相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)后，立即將目標(biāo)負(fù)荷重新設(shè)置為160 兆瓦，過了5 分鐘又將目標(biāo)負(fù)荷設(shè)置為168 兆瓦。 在4 分鐘之后，完成由單閥向順序閥的切換操作。 此時(shí)，負(fù)荷為170 兆瓦，高壓調(diào)節(jié)汽門閥位于45.37%，主蒸汽壓力為15.3 兆帕，溫度為817K，再熱蒸汽壓力為1.8 兆帕，溫度為794K。在機(jī)組人員進(jìn)行單閥向順序閥切換的過程中，機(jī)組功率出現(xiàn)了持續(xù)的波動(dòng)，此時(shí)電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)了強(qiáng)迫振蕩。

2 單閥-順序閥切換介紹

汽輪機(jī)主要依靠蒸汽進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速與蒸汽量的多少息息相關(guān)，因此，要想控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，就需要控制蒸汽的量。 汽輪機(jī)進(jìn)行蒸汽量管理時(shí)依靠的是閥門，而閥門的操作有單閥操作和順序閥操作。 單閥操作的優(yōu)點(diǎn)是在進(jìn)行蒸汽量的調(diào)節(jié)時(shí)， 所有的調(diào)節(jié)閥都是全開狀態(tài)， 采取的進(jìn)汽方式是全周進(jìn)汽。 這樣能夠使蒸汽輪機(jī)獲得勻速的蒸汽量，因而汽輪機(jī)能夠平穩(wěn)地升溫并運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣的過程熱應(yīng)力小。 但是單閥操作還是存在一種缺點(diǎn)，就是節(jié)流損失大，不經(jīng)濟(jì)。 順序閥操作主要是為了滿足機(jī)組并未滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)， 減少采用單閥操作時(shí)帶來的節(jié)流損失，但是用這種方式控制機(jī)組進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，升溫加熱過程并不均勻，容易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。

單閥操作與順序閥操作剛好能夠克服彼此的缺點(diǎn)， 因此，結(jié)合汽輪機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行過程的不同特點(diǎn)， 采取單閥和順序閥相結(jié)合的操作，能夠有效提高汽輪機(jī)發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益和電力質(zhì)量。這個(gè)組合方式就是汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)，采用單閥操作，待機(jī)組完成升溫過程后，再采用順序閥對(duì)負(fù)荷進(jìn)行控制，從而完成汽輪機(jī)節(jié)流調(diào)節(jié)和噴嘴調(diào)節(jié)的快速切換， 能較好地解決汽輪機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行過程中的均熱要求與部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性的沖突。

對(duì)于新的汽輪機(jī)組，為了使其能夠膨脹均勻，保證運(yùn)行的安全性， 汽輪機(jī)的生產(chǎn)廠家一般是規(guī)定新機(jī)組在投產(chǎn)半年內(nèi)必須使用單閥方式運(yùn)行， 在機(jī)組運(yùn)行半年之后才切換為順序閥運(yùn)行方式。

3 單閥-順序閥切換造成功率波動(dòng)的原因

3.1 閥門流量曲線

閥在切換過程中，如果同時(shí)進(jìn)行部分閥開大和部分閥關(guān)小的操作，而且開大閥增加的流量等于關(guān)小閥門所減少的流量，這時(shí)，在閥的切換過程中不會(huì)有蒸汽流量的變化，汽輪機(jī)就會(huì)在穩(wěn)定的負(fù)荷處運(yùn)行，不造成電網(wǎng)的擾動(dòng)。 但是，由于閥門在切換過程中， 各個(gè)閥的開大關(guān)小操作是依據(jù)各閥門的流量特性曲線決定的，流量特性曲線基本上采用汽輪機(jī)的生產(chǎn)廠家提供的曲線。而廠家提供的曲線是一定理想狀態(tài)下的，由于汽輪機(jī)安裝過程、地點(diǎn)等不一致，各組閥的流量特性曲線容易發(fā)生變化。 如果閥門流量特性曲線與實(shí)際的閥的流量特性不一致， 則會(huì)造成閥切換過程中相同負(fù)荷指令下蒸汽流量不一樣， 這樣就容易引起汽輪機(jī)組的負(fù)荷出現(xiàn)大幅度波動(dòng)。

3.2 切換時(shí)蒸汽參數(shù)變化

在進(jìn)行閥的切換操作時(shí)，如果蒸汽的參數(shù)，尤其是主蒸汽的壓力偏高，會(huì)造成進(jìn)行閥門的調(diào)節(jié)操作時(shí)，開啟閥位小，此時(shí)容易出現(xiàn)閥位波動(dòng)較小而負(fù)荷波動(dòng)較大的現(xiàn)象。另外，主蒸汽壓力高容易使流量特性曲線與實(shí)際的流量產(chǎn)生嚴(yán)重的偏離， 會(huì)進(jìn)一步加重負(fù)荷的波動(dòng)。

3.3 閥的切換時(shí)間

當(dāng)前，國內(nèi)的單閥-順序閥切換過程一般耗時(shí)2～3 分鐘，或者5～10 分鐘。如果切換時(shí)間過短，則在閥的切換過程中，相當(dāng)于在同樣的時(shí)間內(nèi)，流量需要改變更大，則需要閥門動(dòng)作迅速，這樣容易產(chǎn)生負(fù)荷波動(dòng)。

4 抑制單閥-順序閥切換過程負(fù)荷波動(dòng)的方法

4.1 測(cè)定機(jī)組實(shí)際流量特性曲線

流量特性曲線與實(shí)際流量的不一致是導(dǎo)致閥門切換過程中機(jī)組產(chǎn)生負(fù)荷波動(dòng)的根本原因， 也是目前閥切換過程中最難避免的。 要想抑制汽輪機(jī)組在閥切換過程中的波動(dòng)，可以采取的辦法是，首先在安裝好的汽輪機(jī)組中通過閥門試驗(yàn)，獲取調(diào)節(jié)氣閥的升程-流量特性曲線，獲得順序閥控制狀態(tài)下閥門的最佳重疊度，然后依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)閥門管理程序中閥門流量特性曲線、重疊度等進(jìn)行優(yōu)化。

4.2 控制方式和參數(shù)選取要適宜

在汽輪機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行中，可以在現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合以下方式對(duì)負(fù)荷波動(dòng)進(jìn)行控制：（1）投入功率回路或調(diào)節(jié)級(jí)壓力回路。 采取這樣的操作方式， 整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)使用的機(jī)組均受到有功率反饋的閉環(huán)系統(tǒng)的控制，能夠保證功率穩(wěn)定。（2）蒸汽參數(shù)要保證合適。在閥的切換過程中，蒸汽參數(shù)宜小不宜大，參數(shù)小時(shí)則閥開，大不容易造成大的負(fù)荷波動(dòng)。

4.3 切換時(shí)間合適

在汽輪機(jī)組單閥-順序閥切換過程中， 如果閥的切換時(shí)間適當(dāng)?shù)匮娱L，則系統(tǒng)中每一控制周期內(nèi)閥門變化量較小，負(fù)荷的波動(dòng)也較小。 同時(shí)，切換時(shí)間的延長，功率回路和調(diào)節(jié)級(jí)壓力同路的調(diào)節(jié)作用使負(fù)荷擾動(dòng)變得更小， 能有效消除閥切換時(shí)機(jī)組負(fù)荷的大幅波動(dòng)。

4.4 操作方式

在進(jìn)行單閥-順序閥切換時(shí)， 汽輪機(jī)采用的控制系統(tǒng)有投入?yún)f(xié)調(diào)控制、投入功率回路和調(diào)節(jié)級(jí)壓力回路幾種方式。 其中投入?yún)f(xié)調(diào)控制是對(duì)閥位進(jìn)行控制， 控制閥門的開度對(duì)機(jī)組功率和機(jī)前壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)， 這樣的調(diào)節(jié)方式容易使閥門的流量特性曲線與實(shí)際流量特性產(chǎn)生較大的差異，進(jìn)而容易引起擾動(dòng)。 而用投入功率回路和調(diào)節(jié)級(jí)壓力回路方式進(jìn)行閥的切換時(shí)， 則能保持功率的給定值穩(wěn)定不變。 即使閥門的流量特性曲線與實(shí)際不一致， 由于功率回路和調(diào)節(jié)級(jí)壓力回路的自動(dòng)校正功能使流量值變得穩(wěn)定，功率也能恢復(fù)到穩(wěn)定過程，用這樣的控制方式進(jìn)行閥的切換不會(huì)造成較大的功率振蕩。

5 結(jié)語

電能是當(dāng)前使用量最大、對(duì)我國社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義的能源，電力公司需要做好電能的供給工作，這其中就包括供給的電能的質(zhì)量必須要高。 對(duì)于汽輪機(jī)組發(fā)電過程中出現(xiàn)的負(fù)荷波動(dòng)，必須采取正確的方法予以解決，這樣才能為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)做出更大的貢獻(xiàn)。

[1]文賢馗，鄧彤天，于東.汽輪機(jī)單閥-順序閥切換造成電力系統(tǒng)振蕩分析[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2009，02:56-58.

[2]盛鍇，劉復(fù)平，劉武林.汽輪機(jī)閥門流量特性對(duì)電力系統(tǒng)的影響及其控制策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，07:104-109.

[3]汪濤，王向群.700MW 機(jī)組汽輪機(jī)單閥切順序閥優(yōu)化分析[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2010，04:116-119.