程 洋 汪君奇 蔣 威

華能上海石洞口第一電廠運(yùn)行部

0 背景

某電廠裝有4臺(tái)國產(chǎn)第一批300 MW亞臨界燃煤機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)50%鍋爐額定容量的汽動(dòng)給水泵。小機(jī)為單缸、沖動(dòng)、凝汽式、下排汽汽輪機(jī)，共七級(jí)動(dòng)葉，一級(jí)單列調(diào)速級(jí)，六級(jí)壓力級(jí)，無回?zé)嵩O(shè)備，正常運(yùn)行時(shí)汽源來自四抽，啟動(dòng)時(shí)采用鄰機(jī)備汽，兩路汽源壓力相近，機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)無需進(jìn)行汽源切換，排汽進(jìn)入主機(jī)凝汽器。小機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用MEH實(shí)時(shí)控制，抗燃油系統(tǒng)與主機(jī)共用。2021年11月至2022年3月，不到 半年的時(shí)間里發(fā)生了多次給泵A、B流量晃動(dòng)從而引起主給水流量晃動(dòng)情況，給機(jī)組安全運(yùn)行帶來了隱患。本文結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及參考文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)引起給水流量晃動(dòng)因素如下：

1 影響因素

1.1 一次調(diào)頻

由于電能無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模存儲(chǔ)，因此電網(wǎng)需時(shí)刻保持用電和供電的動(dòng)態(tài)平衡，而電網(wǎng)頻率是最直接反映這一平衡狀態(tài)的重要指標(biāo)。當(dāng)頻率上升或下降時(shí)，各并網(wǎng)機(jī)組的一次調(diào)頻首先完成負(fù)荷調(diào)整，然后跟隨電網(wǎng)AGC指令改變負(fù)荷設(shè)定值，從而消除頻率偏差，保證電網(wǎng)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)平衡。在額定轉(zhuǎn)速附近，一次調(diào)頻存在著對(duì)頻率差和轉(zhuǎn)速差的不靈敏區(qū)，稱為一次調(diào)頻死區(qū)［1］，這是因?yàn)樵陬~定值附近，即使電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，也無法避免頻繁波動(dòng)情況。為避免一次調(diào)頻引起調(diào)速系統(tǒng)不必要的動(dòng)作，減少設(shè)備磨損，設(shè)置了該死區(qū)，使頻率在死區(qū)內(nèi)波動(dòng)時(shí)一次調(diào)頻不動(dòng)作。該電廠一次調(diào)頻由CCS和DEH共同實(shí)現(xiàn)，頻率死區(qū)為±2 rpm/min，最大負(fù)荷變化19 MW，一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)CCS側(cè)的負(fù)荷指令與一次調(diào)頻負(fù)荷指令相疊加，同時(shí)一次調(diào)頻負(fù)荷前饋信號(hào)在DEH側(cè)疊加在機(jī)組流量指令上，使汽輪機(jī)高調(diào)門快速動(dòng)作以響應(yīng)頻率的變化［2］。整個(gè)過程中，當(dāng)調(diào)門快速變化時(shí)勢(shì)必引起主汽壓、給水阻力和給水量變化，此外，CCS側(cè)因負(fù)荷指令的改變，給水及燃料量也發(fā)生了改變，在CCS及DEH的共同作用下，給水量發(fā)生晃動(dòng)是必然的，但如果負(fù)荷變化在規(guī)定范圍內(nèi)，且鍋爐燃燒穩(wěn)定，汽機(jī)調(diào)門動(dòng)作正常，則無需擔(dān)心給水不穩(wěn)，因最終會(huì)趨于穩(wěn)定。作為運(yùn)行人員，需正確判斷給水晃動(dòng)是由一次調(diào)頻引起的還是其他因素引起的，以便采取正確措施。如圖1機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)曲線均處于平穩(wěn)狀態(tài)，當(dāng)電網(wǎng)頻率降低時(shí)，一次調(diào)頻動(dòng)作，負(fù)荷指令上升，汽機(jī)調(diào)門開大，主蒸汽壓力降低，給水與壓力反方向變化，實(shí)際負(fù)荷上升，同時(shí)鍋爐加煤加水強(qiáng)化燃燒，電網(wǎng)頻率上升時(shí)動(dòng)作方向與之相反。

圖1 電網(wǎng)頻率引起的機(jī)組動(dòng)作

1.2 減溫水

機(jī)組過熱器減溫水取自高加出口給水母管，再熱器減溫水取自給泵中間抽頭，給水調(diào)節(jié)取消了給水調(diào)門調(diào)節(jié)給水量的方法，采用改變給泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)，減少了節(jié)流損失。理論上由于過熱器與再熱器減溫水取水點(diǎn)原因，其用量與給水晃動(dòng)有關(guān)，但實(shí)際運(yùn)行中，因減溫水均需通過調(diào)門控制且對(duì)汽溫只是微調(diào)，不會(huì)出現(xiàn)大開大合情況，用量不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)頻繁波動(dòng)。該電廠的幾次流量晃動(dòng)均未發(fā)現(xiàn)減溫水與給水晃動(dòng)的相關(guān)關(guān)系。如圖2所示，2022年2月22日14 h28 min，給泵B發(fā)生了流量晃動(dòng)，晃動(dòng)前過熱器及再熱器減溫水量較為平穩(wěn)，即使在給泵B晃動(dòng)后，減溫水量也只是平穩(wěn)波動(dòng)，可見因減溫水總量及調(diào)門的作用，減溫水與給水流量晃動(dòng)無明顯關(guān)系。

1.3 給泵控制系統(tǒng)不穩(wěn)

圖2 給泵與減溫水量關(guān)系

圖3 小機(jī)MEH的轉(zhuǎn)速控制方式

小機(jī)MEH有“轉(zhuǎn)速自動(dòng)”“轉(zhuǎn)給水”“軟手操”三種控制方式（見圖3）。在“轉(zhuǎn)速自動(dòng)”時(shí)，運(yùn)行人員可直接輸入轉(zhuǎn)速目標(biāo)值來改變小機(jī)轉(zhuǎn)速，也可點(diǎn)擊“轉(zhuǎn)速增”“轉(zhuǎn)速減”按鈕來改變目標(biāo)值，一般在小機(jī)啟動(dòng)時(shí)用得較多?！稗D(zhuǎn)給水”控制相當(dāng)于遙控方式，即小機(jī)MEH接收鍋爐DCS發(fā)出的給泵轉(zhuǎn)速指令，再生成小機(jī)調(diào)門開度指令進(jìn)行給水調(diào)節(jié)?！稗D(zhuǎn)速自動(dòng)”和“轉(zhuǎn)給水”控制方式均為閉環(huán)控制，即伺服卡需根據(jù)DPU指令輸出值A(chǔ)與反饋值P進(jìn)行比較再輸出最終指令，見圖4?！败浭植佟笨刂茷殚_環(huán)控制，即伺服卡內(nèi)部指令保持不變，通過外部手動(dòng)點(diǎn)擊“閥位增”或“閥位減”來改變小機(jī)轉(zhuǎn)速。需注意的是，手動(dòng)狀態(tài)下伺服系統(tǒng)仍然監(jiān)視汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速等重要保護(hù)，一旦保護(hù)被觸發(fā)，輸出指令將關(guān)閉調(diào)門。由上可知，控制系統(tǒng)的正常對(duì)給水流量的穩(wěn)定起到了重要的作用。實(shí)際運(yùn)行中引起控制系統(tǒng)不穩(wěn)定的是LVDT和伺服閥這兩個(gè)設(shè)備。

1）LVDT

LVDT（直線位移傳感器）是油動(dòng)機(jī)行程的位置反饋，是閉環(huán)控制的重要組成部分，其工作環(huán)境惡劣，對(duì)安裝要求較高，雖采取雙通道配置以解決單通道故障時(shí)導(dǎo)致調(diào)門全開的安全隱患，但在實(shí)際運(yùn)行中仍多次發(fā)生LVDT卡澀變形、支撐架脫落等故障［3］。當(dāng)發(fā)生LVDT卡澀時(shí)，位返不再靈敏，DCS指令不斷變化以消除偏差，給水流量隨之晃動(dòng)。導(dǎo)致LVDT卡澀的原因主要有安裝時(shí)同心度不符合要求、高溫環(huán)境使部件發(fā)生變形等。支架脫落則是更為惡化的工況，此時(shí)位返固定在一定值，與實(shí)際產(chǎn)生偏差，小機(jī)轉(zhuǎn)速指令會(huì)不斷增加或減少（增減方向視位返與指令的差值，正值增加，負(fù)值減少），易引發(fā)鍋爐斷水及小機(jī)超速保護(hù)動(dòng)作，給機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行帶來重大安全隱患。因此在實(shí)際工作中，LVDT支架與油動(dòng)機(jī)采取剛性連接，防止抖動(dòng)脫落，巡檢也將此點(diǎn)作為巡檢點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)消缺，運(yùn)行人員第一時(shí)間將MEH由自動(dòng)或遙控模式切為軟手操，直接改變閥位開度來調(diào)節(jié)給水。

2)伺服閥

圖4 MEH閉環(huán)控制

圖5 伺服閥工作原理

如圖5所示，伺服閥收到DEH閥位開大指令時(shí)，力矩馬達(dá)帶動(dòng)可動(dòng)銜鐵順時(shí)針偏移，擋板向左移動(dòng)，左側(cè)噴嘴噴油受阻使閥芯左側(cè)油壓升高，閥芯向右移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)反饋桿向右彎曲，油口A、B接通，高壓EH油通過油口A、B進(jìn)入油動(dòng)機(jī)開大調(diào)門，當(dāng)調(diào)門閥位反饋信號(hào)與DEH發(fā)出的指令信號(hào)一致時(shí)，力矩馬達(dá)失電，可動(dòng)銜鐵復(fù)位，擋板回中間，左右噴油量相等，閥芯兩側(cè)油室壓力相等，閥芯在反饋桿應(yīng)變力作用下，向左移動(dòng)回到中間位置，同時(shí)關(guān)閉油口A，調(diào)門達(dá)到新的平衡點(diǎn)。同理，伺服閥收到DEH閥位關(guān)小指令時(shí),力矩馬達(dá)帶動(dòng)可動(dòng)銜鐵逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，擋板向右移動(dòng)，右側(cè)噴嘴噴油受阻使閥芯右側(cè)油壓升高，閥芯向左移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)反饋桿向左彎曲，油口B、C接通，高壓EH油通過油口B、C排油，調(diào)門在彈簧力作用下關(guān)小，當(dāng)閥位反饋信號(hào)與DEH發(fā)出的指令信號(hào)一致時(shí)，力矩馬達(dá)失電，可動(dòng)銜鐵復(fù)位，擋板回中，左右噴油量相等，閥芯兩側(cè)油室壓力相等，閥芯在反饋桿應(yīng)變力的作用下向右移動(dòng)回位，同時(shí)關(guān)閉油口C，調(diào)門達(dá)到新的平衡點(diǎn)［4］。由伺服閥工作原理可知，在一次調(diào)頻及機(jī)組調(diào)峰工況下，伺服閥時(shí)刻接受DCS指令，不斷開大或關(guān)小調(diào)門以改變給水流量，伺服閥一旦故障，給水流量將變得不穩(wěn)定。運(yùn)行中常見的伺服閥故障主要有：EH油油質(zhì)惡化，雜質(zhì)附著于閥芯，使閥芯的往復(fù)運(yùn)動(dòng)受阻；過濾器堵塞，進(jìn)出油不暢，使閥反應(yīng)遲鈍，響應(yīng)降低；閥芯機(jī)械磨損。發(fā)生以上情況時(shí)需停泵將伺服閥取下交專業(yè)廠家進(jìn)行清洗或更換。

2 結(jié)論

以上是機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)與給水量波動(dòng)有關(guān)的因素，除減溫水外，一次調(diào)頻、LVDT、伺服閥是比較常見的因素，某電廠從2021年11月至2022年3月發(fā)生的幾次晃動(dòng)均與LVDT及伺服閥有關(guān)，最終通過調(diào)整LVDT連接或更換伺服閥得到解決。而運(yùn)行人員在發(fā)現(xiàn)LVDT故障或懷疑伺服閥卡澀時(shí)應(yīng)第一時(shí)間采取措施，將給泵控制切換到軟手操進(jìn)行開環(huán)控制，同時(shí)暫停變負(fù)荷以減少故障泵的調(diào)節(jié)。