馬揚(yáng)波

（黃埔發(fā)電廠，廣東 廣州 510100）

1 概述

在汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷的過程中，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)能有效地控制轉(zhuǎn)速飛升，不導(dǎo)致危急保安器動(dòng)作，維持空負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，是對(duì)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的基本要求。常用甩負(fù)荷試驗(yàn)來考核調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能，同時(shí)檢驗(yàn)各輔機(jī)及相關(guān)系統(tǒng)對(duì)甩負(fù)荷的適應(yīng)能力。但甩負(fù)荷是最惡劣的一種工況，涉及到機(jī)、爐、電等系統(tǒng)，對(duì)機(jī)組沖擊較大，具有較大風(fēng)險(xiǎn)，直接影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，有必要進(jìn)行甩負(fù)荷研究［1］。

2 設(shè)備概況

某發(fā)電有限公司#4 600MW超臨界燃煤機(jī)組汽輪機(jī)為N600-24.2/566/566超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)；鍋爐為超臨界螺旋管圈、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、四角切圓燃煤直流爐；發(fā)電機(jī)為QFSN-600-2型定子繞組水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷、鐵芯為氫冷發(fā)電機(jī)。機(jī)組調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)采用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)。旁路系統(tǒng)由瑞士某公司生產(chǎn)，高壓旁路為一路，容量為在額定參數(shù)下能通過30%BMCR的流量。低壓旁路為二路，容量能通過高壓旁路的蒸汽量加減溫水流量約40%BMCR。汽輪機(jī)主要參數(shù)如表1所示。

表1 汽輪機(jī)主要參數(shù)

大容量汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)較小，汽缸的容積時(shí)間常數(shù)較大，在發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速飛升很快，最高轉(zhuǎn)速有可能超過110%額定轉(zhuǎn)速，從而致使汽輪機(jī)發(fā)生遮斷。#4機(jī)組調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)采用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)，設(shè)計(jì)有三道防止汽輪機(jī)超速的保護(hù)，即：103%OPC超速保護(hù)、110%電超速跳閘保護(hù)和機(jī)械超速遮斷系統(tǒng)。危急遮斷控制塊上安裝了2只OPC電磁閥（作用于高壓調(diào)節(jié)汽閥與再熱調(diào)節(jié)汽閥）、4只AST電磁閥（作用于高壓主汽閥與再熱主汽閥）和2只逆止閥。2只OPC電磁閥對(duì)超速保護(hù)（OPC）信號(hào)起反應(yīng)，由DEH控制。如果發(fā)生甩負(fù)荷（超過30%），或者當(dāng)機(jī)組超速到額定值的103%時(shí)，則DEH將給電磁閥約3s的脈沖信號(hào)，將OPC油快速泄放到回油管。調(diào)節(jié)汽閥與再熱調(diào)節(jié)閥將迅速關(guān)閉。止回閥將在OPC泄壓時(shí)保持危急遮斷（AST）母管中的油壓，使主汽閥及再熱主汽閥保持開啟狀態(tài)。DEH來的OPC信號(hào)，使調(diào)節(jié)汽閥及再熱調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，在汽輪機(jī)內(nèi)部的余汽膨脹后，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速將降低。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速稍稍降低后，將切斷電磁閥電源，電磁閥將關(guān)閉。DEH控制調(diào)節(jié)汽閥，調(diào)節(jié)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，再熱調(diào)節(jié)閥將以受控制的速度打開［2］。

3 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

為了保證試驗(yàn)的安全與可靠性，汽輪發(fā)電機(jī)組已經(jīng)整套進(jìn)行了試運(yùn)行考驗(yàn)，能在額定負(fù)荷下長期穩(wěn)定運(yùn)行，振動(dòng)在合格范圍內(nèi)，依次完成閥門嚴(yán)密性試驗(yàn)、電超速試驗(yàn)、機(jī)組OPC超速試驗(yàn)、逆止門試驗(yàn)，且試驗(yàn)合格。

3.1 閥門嚴(yán)密性試驗(yàn)

在上述基礎(chǔ)上進(jìn)行閥門嚴(yán)密性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 閥門嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可知，機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定3000rpm，試驗(yàn)時(shí)主汽壓力11.7MPa，再熱汽壓1.8MPa，做調(diào)門嚴(yán)密性試驗(yàn)。28min后降到500rpm。調(diào)節(jié)汽門嚴(yán)密性良好。機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定3000rpm，試驗(yàn)時(shí)主汽壓力13Mpa，再熱蒸汽壓力2.1Mpa。主汽門嚴(yán)密性良好。

3.2 超速試驗(yàn)

在閥門嚴(yán)密性試驗(yàn)合格的基礎(chǔ)上，進(jìn)行電超速及OPC超速試驗(yàn)。

試驗(yàn)表明，進(jìn)行103%超速試驗(yàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到3090r/min時(shí)，高、中壓調(diào)節(jié)汽門關(guān)閉。進(jìn)行110%超速試驗(yàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到3298r/min時(shí)，高、中壓主汽門及調(diào)節(jié)汽門關(guān)閉。進(jìn)行機(jī)械超速試驗(yàn)，飛錘動(dòng)作轉(zhuǎn)速均為3253 r/min。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到3090r/min時(shí)，高、中壓調(diào)節(jié)汽門快速關(guān)閉，當(dāng)轉(zhuǎn)速小于3090r/min時(shí)，高、中壓調(diào)節(jié)汽門快速開啟。

3.3 逆止門及其它試驗(yàn)

高壓缸排汽逆止門、各段抽汽逆止門與主汽門聯(lián)動(dòng)正常，關(guān)閉迅速嚴(yán)密。

手動(dòng)及遠(yuǎn)方停機(jī)按鈕試驗(yàn)正常,EH油系統(tǒng)運(yùn)行正常,油質(zhì)檢驗(yàn)合格。潤滑油系統(tǒng)及主機(jī)AOP、TOP、EOP、頂軸油系統(tǒng)、盤車裝置運(yùn)行正常，聯(lián)鎖可靠，處于備用狀態(tài)。低油壓聯(lián)鎖保護(hù)試驗(yàn)合格，油質(zhì)合格。高、低旁系統(tǒng)運(yùn)行正常，動(dòng)作可靠。機(jī)組的DEH功能和靜態(tài)特性、ETS功能、OPC功能試驗(yàn)符合設(shè)計(jì)要求，超速保護(hù)已投入。汽輪機(jī)監(jiān)視儀表投入正常，指示正確，報(bào)警及記憶打印功能符合要求。過熱器、再熱器安全門校驗(yàn)合格，起跳及回座靈活、可靠；PCV閥聯(lián)鎖正常、動(dòng)作可靠。熱工電氣保護(hù)接線正確，動(dòng)作可靠。廠用電源可靠，保安電源自投試驗(yàn)正常；柴油發(fā)電機(jī)自投試驗(yàn)正常、帶負(fù)荷正常。UPS可靠、正常［3］。

3.4 甩負(fù)荷前機(jī)組狀態(tài)

機(jī)組帶600MW負(fù)荷，在CCS方式下運(yùn)行；主汽溫、主汽壓在額定值；發(fā)電機(jī)出口開關(guān)與500kVI母、II母聯(lián)接。

A/B汽泵并列運(yùn)行，電泵投備用；A凝泵運(yùn)行，B凝泵投備用；高、低加投入正常，水位保護(hù)已投入，各抽汽逆止門、高排逆止門聯(lián)鎖投入，高、低旁切手動(dòng)并保持約8%開度，高、低旁減溫水投自動(dòng)；除氧器水位正常，水位控制投自動(dòng)；凝汽器水位正常，真空正常，A、C真空泵運(yùn)行，B、D真空泵備用；潤滑油系統(tǒng)運(yùn)行正常，啟動(dòng)TOP并保持運(yùn)行，全開凝汽器疏水?dāng)U容器減溫水門和低壓缸喉部噴水門。

風(fēng)煙系統(tǒng)運(yùn)行正常，總風(fēng)量、一次風(fēng)壓正常，鍋爐總聯(lián)鎖投入正常；A、B、C、D、E制粉系統(tǒng)運(yùn)行，F(xiàn)制粉系統(tǒng)備用；過熱器、再熱器減溫水投運(yùn)正常；NWL、HWL1、HWL2投自動(dòng)關(guān)閉，啟動(dòng)分離器水位正常；輔汽切為臨機(jī)供且輔汽母管壓力正常；兩側(cè)主汽管PCV投自動(dòng)。

廠用電已切為啟備變帶；ETS各保護(hù)已投入，發(fā)變組各保護(hù)已正確投入，壓板投入正確，解除發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘聯(lián)鎖主汽門關(guān)閉保護(hù)18LP。

4 甩負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)控制

試驗(yàn)測(cè)取汽輪機(jī)組甩負(fù)荷后的動(dòng)態(tài)過程，考核汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，檢查汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)。檢驗(yàn)汽輪機(jī)甩掉負(fù)荷后，調(diào)速系統(tǒng)能否控制機(jī)組轉(zhuǎn)速，不至使危急遮斷器動(dòng)作跳閘，使轉(zhuǎn)速迅速穩(wěn)定。檢驗(yàn)主、輔設(shè)備對(duì)甩負(fù)荷的適應(yīng)能力［4］。

按下操作臺(tái)上發(fā)變組緊急跳閘按鈕，發(fā)電機(jī)出口開關(guān)斷開，發(fā)電機(jī)負(fù)荷快速降至零，汽機(jī)轉(zhuǎn)速最高升至3133rpm，OPC動(dòng)作，轉(zhuǎn)速最終穩(wěn)定在3000rpm，汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)完全能夠適應(yīng)甩負(fù)荷工況的要求，鍋爐燃燒穩(wěn)定，試驗(yàn)取得成功。

4.1 高、低旁控制

試驗(yàn)前高、低旁切手動(dòng)并保持約8%開度，以防止OPC動(dòng)作高壓調(diào)門及中壓調(diào)門關(guān)閉時(shí)，高、低旁未能及時(shí)打開導(dǎo)致再熱器保護(hù)動(dòng)作而引起鍋爐MFT。試驗(yàn)開始后應(yīng)手動(dòng)快速打開高、低旁閥，控制主、再汽壓在正常范圍，同時(shí)注意高、低旁減溫水動(dòng)作正常，否則手動(dòng)干預(yù)，控制高、低旁閥后溫度在正常范圍內(nèi)，防止因高、低旁閥因閥后溫度高聯(lián)鎖關(guān)閉而導(dǎo)致鍋爐MFT［5］。

4.2 制粉及風(fēng)煙系統(tǒng)控制

試驗(yàn)開始后，立即打閘3臺(tái)磨煤機(jī)，保持A、B磨運(yùn)行，投入4個(gè)角等離子，將A、B磨煤量減至最低穩(wěn)燃煤量30t/h以上，控制好燃料量，使汽溫汽壓在正常范圍內(nèi)。

在打閘3臺(tái)磨煤機(jī)瞬間，爐膛總風(fēng)量及爐膛負(fù)壓將會(huì)大幅波動(dòng)，送引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉控制會(huì)因指令開度與實(shí)際開度偏差過大而跳至手動(dòng)，導(dǎo)致鍋爐總風(fēng)量與爐膛負(fù)壓失控，這時(shí)應(yīng)立即手動(dòng)調(diào)整送、引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開度，控制鍋爐總風(fēng)量與爐膛負(fù)壓在正常范圍內(nèi)，等總風(fēng)量、爐膛負(fù)壓穩(wěn)定后投入送、引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉自動(dòng)控制。

4.3 給水流量控制

在直流爐中，當(dāng)運(yùn)行工況發(fā)生大幅波動(dòng)時(shí)，給水流量的控制既是保證機(jī)組正常運(yùn)行的重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)。在100%甩負(fù)荷試驗(yàn)過程中，給水流量要在很短的時(shí)間內(nèi)由約1900t/h減至約650t/h，靠給水自動(dòng)控制是不可能達(dá)到的，這時(shí)應(yīng)立即將A、B汽泵控制切手動(dòng)，手動(dòng)控制兩臺(tái)汽泵的轉(zhuǎn)速，當(dāng)汽泵給水流量低于635t/h時(shí)，汽泵再循環(huán)閥開始動(dòng)作開啟，由于兩臺(tái)汽泵的再循環(huán)閥動(dòng)作特性存在差異，這時(shí)兩臺(tái)汽泵經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“搶水”現(xiàn)象，造成給水流量大幅波動(dòng)，容易因給水流量過低而導(dǎo)致鍋爐MFT。所以這時(shí)應(yīng)手動(dòng)減小任一臺(tái)汽泵轉(zhuǎn)速，退出一臺(tái)汽泵運(yùn)行，并手動(dòng)控制另一臺(tái)汽泵轉(zhuǎn)速，將給水流量降至650t/h左右，在此過程中應(yīng)控制好給水流量下降速度，下降速度太快，可能會(huì)引起鍋爐超溫，下降速度太慢，則可能造成啟動(dòng)分離器水位升高。

4.4 凝汽器水位控制

本廠低旁閥后減溫水及汽泵密封水都來自凝結(jié)水，凝泵跳閘后，汽泵會(huì)因密封水壓力低跳閘，引起給水流量過低導(dǎo)致鍋爐MFT動(dòng)作，同時(shí)低旁閥因閥后減溫水失去而閉鎖關(guān)閉。所以在100%甩負(fù)荷時(shí)，因高低壓旁路門迅速打開，大量的蒸汽進(jìn)入凝汽器，凝汽器壓力短時(shí)間內(nèi)發(fā)生較大的變化，造成凝汽器水位的快速下降；另外凝汽器蒸汽的凝結(jié)量驟然減少，也會(huì)造成凝汽器的水位快速下降，因此應(yīng)快速啟動(dòng)備用凝補(bǔ)水泵，手動(dòng)打開凝汽器補(bǔ)水閥，控制凝汽器水位在正常范圍內(nèi)，防止凝泵因凝汽器水位低低跳閘。

4.5 除氧器水位控制

100%甩負(fù)荷時(shí)，除氧器壓力瞬間會(huì)發(fā)生劇烈變化，將會(huì)使除氧器水位大幅波動(dòng)；另外因給水流量快速減小，也會(huì)使除氧器水位發(fā)生劇變。為了防止因除氧器水位異常對(duì)設(shè)備帶來危害，必須要控制好除氧器水位，必要時(shí)可將除氧器上水主、副調(diào)閥切手動(dòng)控制。除氧器上水流量太小時(shí)應(yīng)手動(dòng)打開凝泵再循環(huán)閥，防止凝泵因流量低保護(hù)跳閘。

5 甩負(fù)荷結(jié)果

5.1 甩50%負(fù)荷

50%甩負(fù)荷試驗(yàn)狀態(tài)為：機(jī)組負(fù)荷300MW，給水流量740t/h，A、B、D、E四臺(tái)磨運(yùn)行，燃料量118t/h，汽機(jī)門前壓力15.6MPa，機(jī)組跳閘后最高升至16.92MPa，B、D、E三臺(tái)磨跳閘，A磨在等離子方式保持運(yùn)行，煤量34t/h。

50%甩負(fù)荷試驗(yàn):初始轉(zhuǎn)速n0＝3000r/min；最高轉(zhuǎn)速nmax＝3083r/min；轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)超調(diào)量：100%＝2.77%。

在甩50%額定負(fù)荷試驗(yàn)中，最高轉(zhuǎn)速nmax＝3083r/min，轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)超調(diào)量φ＝2.77%低于5%。作為甩100%負(fù)荷試驗(yàn)的預(yù)備性試驗(yàn)，甩50%額定負(fù)荷試驗(yàn)初步考驗(yàn)了汽輪機(jī)組調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。甩50%負(fù)荷轉(zhuǎn)速飛升曲線如圖2所示。

圖2 甩50%負(fù)荷轉(zhuǎn)速飛升曲線

從試驗(yàn)的結(jié)果來看，甩50%額定負(fù)荷后，最高轉(zhuǎn)速3083r/min離103%OPC保護(hù)值3090r/min還有7r/min的余量，轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)超調(diào)量φ為2.77%＜5%，機(jī)組具備進(jìn)行正式甩100%額定負(fù)荷條件。

5.2 甩100%負(fù)荷

甩100%額定負(fù)荷工況時(shí)，把機(jī)組穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速非常困難，需鍋爐控制系統(tǒng)和旁路控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合、快速響應(yīng)。2007年1月30日11：58，機(jī)組在CCS方式，帶600MW負(fù)荷，主汽溫、主汽壓在額定值；發(fā)電機(jī)出口經(jīng)5021、5022、5023開關(guān)與500kVI母、II母聯(lián)接。試驗(yàn)前高、低旁切手動(dòng)并保持約8%開度，以防止OPC動(dòng)作高壓調(diào)門引起鍋爐MFT。初始轉(zhuǎn)速n0＝3000r/min；最高轉(zhuǎn)速nmax＝3149r/min；轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)超調(diào)量×100%＝4.97%。

4號(hào)機(jī)組100%甩負(fù)荷過程曲線如圖3所示。

圖3 甩100%負(fù)荷轉(zhuǎn)速飛升曲線

汽輪機(jī)在數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）和轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的控制下，其最高動(dòng)態(tài)飛升轉(zhuǎn)速為3149r/min，與使危急保安器或電超速保護(hù)（電氣危急遮斷ETS）的動(dòng)作轉(zhuǎn)速比較，有相當(dāng)大的余量，轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)超調(diào)量φ＝4.97%，汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性良好。

6 結(jié)論

該600MW超臨界直流爐機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)的成功，證明了汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性及汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)是合格的，能有效地控制甩負(fù)荷后的汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速飛升，主輔設(shè)備也完全具備機(jī)組100%甩負(fù)荷的適應(yīng)能力。甩負(fù)荷試驗(yàn)涉及面廣，存在較大風(fēng)險(xiǎn)，甩負(fù)荷的整個(gè)過程中，機(jī)組和輔機(jī)系統(tǒng)能夠維持正常運(yùn)行，機(jī)組和各配套輔機(jī)及系統(tǒng)對(duì)甩負(fù)荷工況的適應(yīng)能力較強(qiáng)。該試驗(yàn)分析可為同類型機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)提供經(jīng)驗(yàn)。

［1］國家電力公司.防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求.北京：中國電力出版社，2001.

［2］中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)試驗(yàn)導(dǎo)則DL／T 711－1999.

［3］馮偉忠.大機(jī)組實(shí)現(xiàn)快速甩負(fù)荷的現(xiàn)實(shí)性和技術(shù)分析［J］.動(dòng)力工程，2008，28（4）：532－536.

［4］張寶，徐熙瑾，沈全義.甩負(fù)荷預(yù)測(cè)功能失效時(shí)的甩負(fù)荷試驗(yàn)［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2006，48（2）：124－126.

［5］孫海軍.600MW超臨界機(jī)組測(cè)功法甩負(fù)荷試驗(yàn)分析［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2007，49（5）.