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(jī)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(duì)銀洲電廠1、2號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組短期內(nèi)出現(xiàn)的3次功率振蕩現(xiàn)象，首先從機(jī)組的運(yùn)行方式以及產(chǎn)生功率振蕩的時(shí)間順序進(jìn)行分析，鎖定振蕩源為1號(hào)機(jī)組；然后從汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)控制卡件內(nèi)部設(shè)置、機(jī)械液壓系統(tǒng)、電液伺服閥、汽輪機(jī)潤(rùn)滑油品質(zhì)等方面逐步排查，最終確定引起機(jī)組功率振蕩的原因是機(jī)組運(yùn)行中更換汽輪機(jī)主油箱潤(rùn)滑油，油擾動(dòng)造成雜質(zhì)懸浮，使多個(gè)機(jī)械部件出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。針對(duì)汽輪機(jī)潤(rùn)滑油品質(zhì)監(jiān)督管理工作，提出禁止機(jī)組運(yùn)行中更換主油箱潤(rùn)滑油、加強(qiáng)濾油工作、嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備定期檢驗(yàn)和維護(hù)等防控措施。實(shí)施處理措施后，機(jī)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(dòng)式伺服閥；汽輪機(jī)潤(rùn)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(hào)發(fā)電機(jī)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(shí)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(shí)孤網(wǎng)運(yùn)行，對(duì)2臺(tái)機(jī)組的功率振蕩原因進(jìn)行排查分析，并采取防控措施。

1機(jī)組設(shè)備概況及系統(tǒng)接線方式

銀洲電廠1、2號(hào)發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)均為青島捷能汽輪機(jī)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(jī)，汽輪機(jī)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(jī)均為山東濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)的50WX18Z-054LLT型無(wú)刷單支發(fā)電機(jī)，額定功率60MW，額定電壓10.5kV；機(jī)組出線通過10kV銀洲甲、乙線接入潢涌變電站。2臺(tái)機(jī)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(jī)組與電網(wǎng)的連接

2雙機(jī)組功率振蕩原因分析

2.1發(fā)電機(jī)組功率振蕩原因分類及其危害

造成發(fā)電機(jī)組功率振蕩的直接因素包括勵(lì)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(jī)配合不當(dāng)，汽輪機(jī)調(diào)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障、異常，汽輪機(jī)DEH以及汽輪機(jī)-鍋爐的單元機(jī)組控制協(xié)調(diào)系統(tǒng)(unitcoordinatedcontrolsystem，CCS)異常，電廠運(yùn)行人員操作不當(dāng)?shù)榷喾矫鎇1]，其中汽輪機(jī)機(jī)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(dāng)?shù)纫l(fā)機(jī)組功率振蕩的比例較大。若機(jī)組的振蕩頻率與系統(tǒng)固有振蕩頻率接近，會(huì)引起系統(tǒng)共振，進(jìn)而引發(fā)電網(wǎng)大幅強(qiáng)迫功率振蕩，危及電網(wǎng)的安全運(yùn)行[2-4]。

2.2第1次機(jī)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(jī)組功率振蕩事件。當(dāng)時(shí)該電廠運(yùn)行方式為：1、2號(hào)發(fā)電機(jī)通過母聯(lián)斷路器QF500A、QF500B并列10kV母線Ⅰ、Ⅱ段運(yùn)行，通過銀洲甲線的斷路器QF521、QF713并網(wǎng)運(yùn)行，銀洲乙線處于檢修狀態(tài)。1號(hào)發(fā)電機(jī)負(fù)荷約39.5MW，2號(hào)發(fā)電機(jī)負(fù)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(jī)運(yùn)行人員認(rèn)為是外界負(fù)荷啟停，作調(diào)整機(jī)組負(fù)荷的操作：1號(hào)汽輪機(jī)增加負(fù)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(hào)汽輪機(jī)增加負(fù)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(dāng)時(shí)1、2號(hào)汽輪機(jī)均有較短時(shí)間的負(fù)荷振蕩，如圖2至圖4所示。

圖2　第1次功率振蕩時(shí)1號(hào)汽輪機(jī)高、低壓調(diào)門信號(hào)

圖3　1號(hào)汽輪機(jī)第1次功率振蕩記錄

圖4　2號(hào)汽輪機(jī)第1次功率振蕩記錄

從圖2至圖3可發(fā)現(xiàn)：1號(hào)汽輪機(jī)高壓調(diào)門指令沒有振蕩現(xiàn)象，而閥位反饋信號(hào)則自發(fā)出現(xiàn)振蕩，從而引起本機(jī)組負(fù)荷振蕩，負(fù)荷振蕩一段時(shí)間且達(dá)到一定強(qiáng)度后引起轉(zhuǎn)速振蕩。從圖4可發(fā)現(xiàn)：2號(hào)汽輪機(jī)是轉(zhuǎn)速先振蕩，再引起功率振蕩。由此可斷定：此次雙機(jī)組功率振蕩事件是1號(hào)機(jī)組先振蕩繼而引發(fā)2號(hào)機(jī)組振蕩的。由于1、2號(hào)機(jī)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(hào)機(jī)組由自身功率振蕩引起電網(wǎng)頻率振蕩后，2號(hào)機(jī)組要拉回電網(wǎng)頻率而與1號(hào)機(jī)組反向動(dòng)作，也形成了功率振蕩。

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

通過上述對(duì)比分析可判斷，此次雙機(jī)組功率振蕩是由1號(hào)機(jī)組引起的，由于并列運(yùn)行而影響到2號(hào)機(jī)組。

2.3第2次機(jī)組功率振蕩過程

2015-07-20T00:08，銀洲電廠發(fā)生第2次機(jī)組功率振蕩事件。當(dāng)時(shí)該電廠運(yùn)行方式為：1號(hào)發(fā)電機(jī)通過10kV母線Ⅰ段以及銀洲甲線斷路器QF521、QF713上網(wǎng)運(yùn)行，2號(hào)發(fā)電機(jī)通過10kV母線Ⅱ段以及銀洲乙線斷路器QF522、QF736上網(wǎng)運(yùn)行；母聯(lián)斷路器QF500A、QF500B處于熱備用，1、2號(hào)機(jī)組分段并網(wǎng)運(yùn)行。1號(hào)發(fā)電機(jī)負(fù)荷約38.7MW，2號(hào)發(fā)電機(jī)負(fù)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(yùn)行人員認(rèn)為是外界負(fù)荷啟停，作調(diào)整機(jī)組負(fù)荷的操作：1號(hào)汽輪機(jī)增加負(fù)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(hào)機(jī)無(wú)操作。當(dāng)時(shí)僅1號(hào)機(jī)組有較短時(shí)間負(fù)荷振蕩，2號(hào)機(jī)組運(yùn)行正常。

2.4第3次機(jī)組功率振蕩過程

2015-07-22T17：29，銀洲電廠發(fā)生第3次機(jī)組功率振蕩事件。當(dāng)時(shí)兩機(jī)組的運(yùn)行方式與第2次機(jī)組功率振蕩時(shí)一樣，1號(hào)發(fā)電機(jī)負(fù)荷約40.26MW，2號(hào)發(fā)電機(jī)負(fù)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(jī)運(yùn)行人員認(rèn)為是外界負(fù)荷啟停，作調(diào)整機(jī)組負(fù)荷的操作：1號(hào)汽輪機(jī)高壓調(diào)門由61.1%增至62.7%，2號(hào)汽輪機(jī)無(wú)操作。

第3次機(jī)組功率振蕩與第2次類似，僅1號(hào)機(jī)組有較短時(shí)間的功率振蕩，2號(hào)機(jī)組未出現(xiàn)功率振蕩。

2.5第2、3次機(jī)組功率振蕩現(xiàn)象分析

在第2次機(jī)組功率振蕩中，1號(hào)機(jī)組負(fù)荷振蕩約3.18MW，時(shí)間21s；2號(hào)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷正常。在第3次機(jī)組功率振蕩中，1號(hào)機(jī)組負(fù)荷振蕩約1.98MW，時(shí)間20s；2號(hào)機(jī)運(yùn)行負(fù)荷正常。第2、3次功率振蕩均為1號(hào)機(jī)組、2號(hào)機(jī)組分段并網(wǎng)運(yùn)行，兩機(jī)組間相互影響小，1號(hào)機(jī)組產(chǎn)生的功率振蕩對(duì)2號(hào)機(jī)組沒有影響，即只是單機(jī)功率振蕩現(xiàn)象，性質(zhì)上沒有第1次的雙機(jī)功率振蕩嚴(yán)重。

2.6機(jī)組功率振蕩原因排查

通過上述分析確定1號(hào)機(jī)組為振蕩源，接著需要進(jìn)一步查出引起1號(hào)機(jī)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(hào)經(jīng)比例積分調(diào)節(jié)后送到直接驅(qū)動(dòng)式伺服閥(directdriveservovalve，DDV)，改變油口開度，使油動(dòng)機(jī)相應(yīng)地向上或向下運(yùn)動(dòng)。高壓調(diào)門的主要功能是增、減電負(fù)荷，低壓調(diào)門的主要功能是增、減熱負(fù)荷。

為了查出1號(hào)機(jī)組功率振蕩的具體原因，需從汽輪機(jī)液壓系統(tǒng)、DEH及運(yùn)行維護(hù)等方面進(jìn)行分析。首先檢查高壓調(diào)門伺服模塊的跳線設(shè)置，確認(rèn)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(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，確認(rèn)DDV及閥位傳感器工作正常；接著檢查汽輪機(jī)潤(rùn)滑油化驗(yàn)報(bào)告，油質(zhì)污染度為9級(jí)，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(yùn)行油質(zhì)污染度應(yīng)低于8級(jí)，顯然1號(hào)汽輪機(jī)潤(rùn)滑油的污染度已經(jīng)超標(biāo)，不滿足要求。

在發(fā)生第1次機(jī)組功率振蕩的當(dāng)日(2015-07-18)，汽輪機(jī)專業(yè)人員正在進(jìn)行潤(rùn)滑油更換工作，采用壓板濾油機(jī)更換1號(hào)汽輪機(jī)主油箱部分潤(rùn)滑油，具體工作時(shí)段為8：30—13：30，這正是發(fā)生第1次功率振蕩的時(shí)段。因板式濾油機(jī)出口至主油箱進(jìn)油壓力高，主油箱油位低，引起主油箱油擾動(dòng)，油箱中底部雜質(zhì)懸浮，通過注油器吸入，進(jìn)入調(diào)速油系統(tǒng)，使DDV進(jìn)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(cuò)油門、反饋滑閥有瞬間卡澀現(xiàn)象，造成1號(hào)機(jī)組功率振蕩，進(jìn)而波及2號(hào)機(jī)組功率振蕩。

在2015-07-20T00：08，因主油箱部分油更換時(shí)間短，油中的雜質(zhì)未完全沉淀，運(yùn)行油中仍存在稍大顆粒雜質(zhì)，使DDV進(jìn)油過濾器濾芯輕微堵塞，調(diào)速部件錯(cuò)油門、反饋滑閥有瞬間卡澀，造成1號(hào)機(jī)組功率振蕩，2號(hào)機(jī)組因與1號(hào)機(jī)組分段運(yùn)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(hào)汽輪機(jī)DDV卡澀而引發(fā)功率振蕩，2號(hào)機(jī)組因與1號(hào)機(jī)組分段運(yùn)行而未受波及。

3機(jī)組功率振蕩問題處理及防控措施

針對(duì)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(jī)組運(yùn)行油品質(zhì)監(jiān)督管理工作。汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中禁止進(jìn)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(dòng)而懸浮，主油箱清理工作須安排在機(jī)組停運(yùn)狀態(tài)下進(jìn)行。

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

c)提級(jí)過濾器濾芯。更換1號(hào)汽輪機(jī)DDV進(jìn)油一、二級(jí)過濾器濾芯，將二級(jí)過濾器濾芯過濾精度由原50μm提級(jí)為20μm。制訂DDV一、二級(jí)過濾器濾芯定期更換制度，每3個(gè)月更換1次，確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

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

采取上述處理措施數(shù)天后，再對(duì)1號(hào)汽輪機(jī)主油箱油取樣檢測(cè)，油質(zhì)指標(biāo)均在合格范圍內(nèi)，1號(hào)機(jī)組運(yùn)行正常，不再出現(xiàn)功率振蕩現(xiàn)象。

4結(jié)束語(yǔ)

本次雙機(jī)組功率振蕩事件反映出電廠專業(yè)人員安全意識(shí)不強(qiáng)，機(jī)組運(yùn)行中更換主油箱潤(rùn)滑油是一大錯(cuò)誤行為；另外也反映出管理人員對(duì)設(shè)備定期檢修、檢驗(yàn)的認(rèn)識(shí)不足，機(jī)組缺少定期檢修和維護(hù)。在實(shí)際工作中，應(yīng)加強(qiáng)管理，嚴(yán)格按規(guī)范對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期檢修和檢驗(yàn)，加強(qiáng)濾油及油品質(zhì)監(jiān)管，并根據(jù)運(yùn)行計(jì)劃停機(jī)檢修，進(jìn)行油箱清理工作；應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行人員的培訓(xùn)工作，對(duì)重要參數(shù)的變化應(yīng)引起足夠的重視，認(rèn)真分析、準(zhǔn)確判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組異常情況并實(shí)施應(yīng)急處理措施。

參考文獻(xiàn)：

[1] 伍宇忠，張曦，朱亞清. 熱工控制系統(tǒng)原因引發(fā)機(jī)組功率振蕩的機(jī)理探討及防控措施[J]. 廣東電力，2013，26(6)：63-68.

WUYuzhong，ZHANGXi，ZHUYaqing.DiscussiononMechanismofUnitPowerOscillationTriggeredbyThermalControlSystemandPrecontrolMeasures[J].GuangdongElectricPower，2013，26(6)：63-68.

[2] 湯涌. 電力系統(tǒng)強(qiáng)迫功率振蕩的基礎(chǔ)理論[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(10)：29-33.

TANGYong.FundamentalTheoryofForcedPowerOscillationinPowerSystem[J].PowerSystemTechnology，2006，30(10)：29-33.

[3] 李兆偉，方勇杰，李威，等. 電力系統(tǒng)強(qiáng)迫功率振蕩研究綜述[J]. 華東電力，2013，41(6)：1188-1193.

LIZhaowei，F(xiàn)ANGYongjie，LIWei，etal.ResearchSurveyofPowerSystemForcedPowerOscillation[J].EastChinaElectricPower，2013，41(6)：1188-1193.

[4] 余一平,閔勇,陳磊. 多機(jī)電力系統(tǒng)強(qiáng)迫功率振蕩穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性分析[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33(22)：5-9.

YUYiping,MINYong,CHENLei.AnalysisofForcedPowerOscillationSteady-stateResponsePropertiesinMulti-machinePowerSystems[J].AutomationofElectricPowerSystems，2009，33(22)：5-9.

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(hào)：TM712

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-290X(2016)05-0038-04

作者簡(jiǎn)介：

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

(編輯李麗娟)