康瑞庭，劉國華，唐浩源，張 剛

(華電電力科學(xué)研究院有限公司，呼和浩特 010051)

天津華電南疆熱電有限公司燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組為一套900MW級“二拖一”燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱發(fā)電機組。全廠配置為：2臺PG9371FB型燃氣輪機、2臺燃氣輪發(fā)電機、2臺余熱鍋爐、1臺汽輪機和1臺汽輪發(fā)電機。

汽輪機型號為LNCB320/155-13.02/0.500/565/565型，為三壓、再熱、雙缸、向下排汽、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)用凝汽式汽輪機。

1 試驗?zāi)康?/h2>

甩負荷試驗是在發(fā)電機并網(wǎng)帶負荷情況下，突然拉掉發(fā)電機主斷路器，使發(fā)電機與電力系統(tǒng)解列，觀察機組的轉(zhuǎn)速與調(diào)速系統(tǒng)各主要部件在過渡過程中的動作情況，從而判斷調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性的試驗。

燃氣輪機-汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠符合設(shè)計及運行要求，即在額定工況下發(fā)電機開關(guān)開路機組甩去額定負荷之后，機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)過程應(yīng)能迅速穩(wěn)定，機組的最高轉(zhuǎn)速不超過額定轉(zhuǎn)速的110%，并能有效地控制空負荷3 000 r/min運行，通過測取機組甩負荷后的轉(zhuǎn)速動態(tài)過渡過程特性曲線及各參數(shù)之間的動作關(guān)系曲線，檢查機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的品質(zhì)。

2 試驗前準(zhǔn)備

2.1 旁路邏輯保護確認

2.1.1 高壓旁路閥

1) 快開：無快關(guān)條件且鍋爐主蒸汽壓力>13.8 MPa且無故障。

2) 快關(guān)：高壓旁路減溫水壓力<1 MPa，延時2 s且無故障；高壓旁路后蒸汽溫度>385 ℃且無故障；中壓旁路快關(guān)條件。

3) 超馳開至70%：汽輪機跳閘6 s脈沖且鍋爐主汽壓>7 MPa且無故障；汽輪機發(fā)電機解列6 s脈沖且#1鍋爐主汽壓>7 MPa且無故障。

2.1.2 中壓旁路閥

1) 快開：無快關(guān)條件且鍋爐再熱蒸汽壓力>2.87 MPa且無故障；#1高壓旁路蒸汽控制閥快開。

2) 快關(guān)：凝汽器液位>1 650 mm且無故障；凝汽器壓力>-60 kPa且無故障，測量值為表壓力；#1中壓旁路蒸汽減溫水壓力<1 MPa，延時2 s且無故障；#1中壓旁路凝氣溫度>180 ℃且無故障。

3) 超馳開：汽輪機跳閘6 s脈沖且#2鍋爐再熱汽壓>1.4 MPa且無故障；閥門開至50%；汽輪機發(fā)電機解列6 s脈沖且#2鍋爐再熱汽壓>1.4 MPa且無故障；閥門開至50%。

2.1.3 低壓旁路閥

1) 快開：無快關(guān)條件且鍋爐低壓蒸汽壓力>0.65 MPa且無故障。

2) 快關(guān)：凝汽器液位>1 650 mm且無故障；凝汽器壓力>-60 kPa且無故障，2 s脈沖，測量值為表壓力；低壓旁路蒸汽減溫水壓力<1 MPa且無故障；低壓旁路凝氣溫度>140 ℃且無故障。

3) 超馳開：無快關(guān)條件且汽輪機跳閘6 s脈沖且鍋爐低壓主汽壓力>0.4 MPa且無故障；閥門開至70%；無快關(guān)條件且汽輪機發(fā)電機解列6 s脈沖且鍋爐低壓主汽壓力>0.4 MPa且無故障；閥門開至70%。

2.2 閥門關(guān)閉時間測試

高、中壓調(diào)節(jié)汽閥和高、中壓主汽閥油動機的總關(guān)閉時間t為關(guān)閉過程中的延遲時間t1和關(guān)閉時間t2之和。

表1 閥門關(guān)閉時間測試

2.3 調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性

汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性。動態(tài)穩(wěn)定性、動態(tài)超調(diào)量和過渡時間是衡量汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的基本指標(biāo)。機組投入運行前 ,必須進行甩負荷試驗, 目的是測量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的超調(diào)量,因為過大的超調(diào)量將引起轉(zhuǎn)子的嚴重超速, 危及汽輪機的安全。甩50%負荷時，超調(diào)量φ不應(yīng)超過5%。超調(diào)量的計算為:

3 甩負荷試驗

在試驗前閉鎖高、中、低壓旁路快關(guān)條件，閉鎖高、中、低壓汽包水位低聯(lián)跳燃氣輪機和汽輪機保護，閉鎖3號汽輪發(fā)電機故障聯(lián)跳汽輪機保護。機組退出CCS。

3.1 甩50%負荷

2018年12月15日和16日分別對1號燃氣輪機和2號燃氣輪機及3號汽輪機進行50%甩負荷試驗。1號燃氣輪機負荷167.5 MW ，2號燃氣輪機負荷167.5 MW，3號汽輪機150.8 MW。1號燃氣輪機轉(zhuǎn)速最大飛升值為3 167 r/min,穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min；2號燃氣輪機轉(zhuǎn)速最大飛升為3 168 r/min，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為3 001 r/min。3號汽輪機最大飛升值為3 078 r/min，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min。

通過計算，1、2號燃氣輪機超調(diào)量超限，不具備甩100%負荷的條件。3號汽輪機具備甩100%負荷條件。

3.2 燃氣輪機超調(diào)量超限檢查

燃氣輪機突然甩負荷后，由于燃料行程基準(zhǔn)FSR限制值不合理導(dǎo)致燃氣輪機在甩50%負荷時出現(xiàn)超調(diào)量超限。

燃料行程基準(zhǔn)(FSR)是燃氣輪機控制過程中燃料量值的總出口，在出口處增加小選作用(FSRMIN)，根據(jù)燃氣輪機運行的不同階段，其FSR的值來自不同控制系統(tǒng)的輸入。FSR值的來源主要包括啟動控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、加速控制系統(tǒng)、停機控制系統(tǒng)、手動控制系統(tǒng)。在燃氣輪機突然甩負荷后，抑制超速的主要是加速控制系統(tǒng)。

圖1 燃料行程控制原理圖

加速控制系統(tǒng)將轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)速信號TNH對時間求導(dǎo)，計算出轉(zhuǎn)子角加速度TNHA,若角加速度實測值超過了給定值TNHAR,則減小加速控制FSR值FSRACC，以減小角加速度，直到該值不大于給定值為止。若角加速度值小于給定值，則不斷增大FSRACC，迫使加速控制系統(tǒng)自動退出控制，角加速度為正值時就是轉(zhuǎn)速增加的動態(tài)過程，加速控制系統(tǒng)僅限制轉(zhuǎn)速增加的動態(tài)過程的加速度，對穩(wěn)態(tài)(靜態(tài))不起作用，對減速過程也不起作用。所以加速控制系統(tǒng)其實質(zhì)是角加速度限制系統(tǒng)(FSKMIND6X FSR Corner 6-Shutdown Aux Curve)。在燃氣輪機突然甩去負荷后的過渡過程中，初期轉(zhuǎn)速上升較少，F(xiàn)SRN下降也較少，但此時加速度卻很大，使得FSRACC下降很小，所以此時角加速度限制系統(tǒng)的介入，能夠快速的降低FSR，減小轉(zhuǎn)子動態(tài)超速。同時角加速度限制系統(tǒng)的介入能夠限制燃氣輪機啟動過程中的加速率，以減小熱部件的熱沖擊。

參考第一次甩50%負荷時燃氣輪機轉(zhuǎn)速超調(diào)量，結(jié)合機組啟動的加速率，綜合考慮，決定將1、2號燃氣輪機FSR閥FSKMIND6X系數(shù)從21.7%修改為21%。

參數(shù)修改后，再一次甩50%負荷，1號燃氣輪機轉(zhuǎn)速最大飛升值為3 126 r/min，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min；2號燃氣輪機轉(zhuǎn)速最大飛升值為3 127 r/min，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min。

通過計算，1號燃氣輪機、2號燃氣輪機、3號汽輪機均具備甩100%負荷。

3.3 甩100%負荷

2019年2月25日機組整體甩負荷，1號燃氣輪機負荷315.8 MW，2號燃氣輪機負荷321.9 MW，3號汽輪機305.1 MW；超速保護定值為3 300 r/min。機組甩負荷后1號燃氣輪機最大轉(zhuǎn)速3 257 r/min，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速3 001 r/min；2號燃氣輪機最大轉(zhuǎn)速3 258 r/min，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速3 001 r/min ；3號汽輪機最大轉(zhuǎn)速3 167 r/min，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速3 000 r/min。均未觸發(fā)超速保護。

機組甩負荷后，高、中壓調(diào)節(jié)汽門快速關(guān)閉，機組轉(zhuǎn)速由最高轉(zhuǎn)速向下降低的時候，汽輪機高壓主蒸汽壓力由12.25 MPa最高升至13.28 MPa；汽輪機高壓主蒸汽溫度由557.3 ℃最高升到558.6 ℃；汽輪機中壓主蒸汽壓力由2.542 MPa最高升至3.542 MPa；汽輪機中壓主蒸汽溫度由561.1 ℃最高升到563.7 ℃；汽輪機低壓主蒸汽壓力由0.454 MPa最高升至0.549 MPa；汽輪機低壓主蒸汽溫度由296.4 ℃最高升到297.1 ℃；各安全門均未動作。各主、輔機工作狀況良好，運行調(diào)整快速得當(dāng)，主汽溫度、再熱蒸汽溫度沒有大幅下降。

4 存在問題及處理

3號汽輪發(fā)電機組100%甩負荷試驗時，聯(lián)軸器、SSS離合器短軸及離合器受到?jīng)_擊時，聯(lián)軸器聯(lián)接螺栓及中間墊片止口同時失去定位作用，造成聯(lián)軸器發(fā)生相對位移，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子不平衡,造成晃度增大、軸系振動超標(biāo)。經(jīng)過對連接對輪螺栓的緊固和軸系增加配重等一系列處理措施的實施，3號汽輪機各軸瓦振動正常，無超標(biāo)現(xiàn)象，機組運行穩(wěn)定。

4.1 汽輪機振動超標(biāo)現(xiàn)象

2019年2月25日，機組100%甩負荷試驗前，1號燃氣輪機負荷315.4 MW、2號燃氣輪機負荷314.3 MW、3號汽輪機負荷292.2 MW，“二拖一”總負荷921.9 MW，3號汽輪機各瓦軸振正常，均在報警值125 μm以下，最大軸振103.9 μm，位于2瓦Y方向。

2月25日21：20，經(jīng)市調(diào)批準(zhǔn)，開始進行機組100%甩負荷試驗。21:21:39，1號發(fā)電機解列，21:21:44，2號發(fā)電機解列，21:21:51，3號發(fā)電機解列，3號汽輪機最高轉(zhuǎn)速3 165 r/min，定速3 000 r/min時，1X軸振156.7 μm、1Y軸振131.9 μm、2X軸振220 μm、2Y軸振286 μm、3X軸振208 μm、3Y軸振215 μm， 3號汽輪機跳閘停機。之后在2月26日02:30、2月26日 17:34、2月27日18：18、2月28日17：34對3號汽輪機沖車4次，1Y、2X、2Y、3X、3Y軸振在126 μm～286 μm之間，振動值均在報警值以上。

4.2 汽輪機振動超標(biāo)現(xiàn)象處理過程

2019年3月8日，汽輪機缸溫降至180 ℃后，在悶缸狀態(tài)下，每間隔30 min盤車180°，拆除2號軸承箱上蓋，實測高壓轉(zhuǎn)子與SSS離合器聯(lián)軸器最大晃度為0.30 mm(安裝時的原始數(shù)據(jù)0.01 mm)，聯(lián)軸器24條聯(lián)結(jié)螺栓伸長量經(jīng)測量有6條螺栓伸長量不足安裝標(biāo)準(zhǔn)，最大偏差0.18 mm，高壓轉(zhuǎn)子偏心最大為30 μm。鑒于上述實際情況，以及安裝時的聯(lián)軸器螺栓、中間軸銷孔和高中壓轉(zhuǎn)子銷孔的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，決定拆卸聯(lián)軸器螺栓并重新緊固。螺栓緊固時，聯(lián)軸器連接螺栓伸長量在原設(shè)計基礎(chǔ)上增加20%，增加后伸長量為0.47～0.50 mm，擰緊力矩為3 936 N· m。按照上述技術(shù)數(shù)據(jù)對聯(lián)軸器進行了拆卸和復(fù)裝，并恢復(fù)軸承箱，復(fù)裝后實測發(fā)電機和高中壓轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)子對輪最大晃度為0.02 mm，中間軸和高中壓轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器的高中壓轉(zhuǎn)子對輪最大晃度為0.03 mm、短軸對輪最大晃度為0.04 mm、對輪墊片最大晃度為0.04 mm，高壓轉(zhuǎn)子偏心58～63 μm 。

3月14日汽輪機再次沖轉(zhuǎn)2次，2號軸振最大180 μm，停機，盤車投入。

3月15日～3月21日在悶缸狀態(tài)下，分別在汽輪機中壓轉(zhuǎn)子2號軸瓦處的平衡盤同一相位、1號軸瓦處的平衡盤同一相位、2號軸瓦處的聯(lián)軸器聯(lián)接螺栓緊固螺帽上、在SSS離合器短軸的配重槽內(nèi)加裝配重塊。再次進行3號汽輪機沖車，軸系最大振動3X=138 μm。

3月25日，1號燃氣輪機發(fā)電機組進行進項試驗，3號汽輪發(fā)電機組帶負荷后軸系振動穩(wěn)定，最大振幅穩(wěn)定在2Y=112 μm。

2019年4月28日，168小時試運結(jié)束時，1X=78 μm、1Y=69 μm、2X=48 μm、2Y=30 μm、3X=109 μm、3Y=69 μm、4X=48 μm、4Y=44 μm、5X=64 μm、5Y=67 μm、6X=89 μm、6Y=83 μm、7X=26 μm、7Y=15 μm、8X=38 μm、8Y=12 μm，軸系振動皆在報警值以下。機組運行穩(wěn)定。

4.3 汽輪機振動超標(biāo)現(xiàn)象總結(jié)

3號汽輪發(fā)電機組100%甩負荷試驗時，聯(lián)軸器、SSS離合器短軸及離合器受到?jīng)_擊時，聯(lián)軸器聯(lián)接螺栓及中間墊片止口同時失去定位作用，造成聯(lián)軸器發(fā)生相對位移，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子不平衡，造成晃度增大、軸系振動超標(biāo)。汽輪機廠家同意對其不合格聯(lián)接螺栓和相關(guān)配件進行擇機更換。

聯(lián)軸器聯(lián)接螺栓孔徑過大失去定位作用。2017年11月份，現(xiàn)場安裝時發(fā)現(xiàn)高壓轉(zhuǎn)子與SSS離合器短軸聯(lián)軸器聯(lián)接螺栓孔錯口最大0.2 mm，造成現(xiàn)場穿裝螺栓無法進行，汽輪機廠派人到現(xiàn)場用D=59 mm的鉸刀擴孔處理，擴孔后的中間軸聯(lián)軸器銷軸孔徑為D=59.05～59.1 mm，高中壓轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器銷孔為D=59.05～59.1 mm。同時安裝單位在絞刀擴孔前，依據(jù)設(shè)備廠家提供的《汽輪機安裝說明書》及安裝圖紙先行進行聯(lián)軸器聯(lián)接螺栓的二次加工，加工后的連接螺栓直徑為D=58.93～58.94 mm，致使中間軸和高中壓轉(zhuǎn)子的聯(lián)軸器銷孔孔徑與連接螺栓直徑的差值超標(biāo)，鉸孔后的差值為0.11～0.16 mm，而設(shè)計值為0.04～0.06 mm；同時繼續(xù)使用二次加工后的螺栓；另外聯(lián)軸器螺栓安裝時緊力增加5%。為補償聯(lián)軸器聯(lián)接螺栓與螺栓孔間隙增大造成限位功能的缺失，聯(lián)軸器螺栓安裝時緊力增加5%，以增加聯(lián)軸器端面摩擦力，提升聯(lián)軸器不產(chǎn)生相對位移工況下傳遞力矩的能力，但實際情況是增加5%的螺栓緊力，無法抵御在非正常工況下聯(lián)軸器需要承受的力矩，在甩100%負荷試驗時，聯(lián)軸器所傳遞的力矩大于聯(lián)軸器端面摩擦力，造成高壓轉(zhuǎn)子與SSS離合器短軸聯(lián)軸器產(chǎn)生徑向位移，使聯(lián)軸器晃度達到0.28 mm，汽輪機轉(zhuǎn)子中心發(fā)生變化，新的軸系不平衡產(chǎn)生，使汽輪機2號軸承軸振增加，波及1號、3號軸承軸振也隨之增加。

高壓轉(zhuǎn)子與SSS離合器短軸聯(lián)軸器中間墊片止口失去定位作用。通過查閱試運數(shù)據(jù)，3號汽輪機甩50%負荷試驗前軸系振動為優(yōu)，試驗后軸系振動數(shù)據(jù)惡化，超出合格標(biāo)準(zhǔn)；3號汽輪機進行100%甩負荷試驗后，振動嚴重超標(biāo)。通過對比分析，機組甩50%負荷試驗時，高壓轉(zhuǎn)子與SSS離合器短軸聯(lián)軸器受到的沖擊力小于機組甩100%負荷試驗時的沖擊力，高壓轉(zhuǎn)子與SSS離合器短軸聯(lián)軸器、中間墊片產(chǎn)生的相對位移小于機組甩100%負荷試驗時的相對位移，從而也說明在汽輪發(fā)電機組非正常工況時，軸系受到?jīng)_擊時，振動的惡化程度隨沖擊力的變化而變化，即在恒定螺栓緊固力的工況下，沖擊力越大，軸系中心產(chǎn)生的變化也越大。在高壓轉(zhuǎn)子與SSS離合器短軸聯(lián)軸器的中間墊片失去限位的情況下，通過增加聯(lián)接螺栓緊力，進而增大端面摩擦力是無法平衡突變工況下力矩的陡增。

聯(lián)軸器中間墊片孔徑過大失去定位作用。因高壓轉(zhuǎn)子與SSS離合器短軸聯(lián)軸器中間墊片存在較大(0.75 mm)偏心，隨后進行了返廠擴孔二次處理，致使中間墊片同時失去聯(lián)軸器螺栓定位作用，造成在100%甩負荷試驗時發(fā)生位移，進而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子不平衡。

5 結(jié)語

通過對天津華電南疆熱電有限公司燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組進行50%甩負荷試驗，發(fā)現(xiàn)了1號燃氣輪機、2號燃氣輪機角加速度限制系統(tǒng)限制值設(shè)置不合理，通過修改該定值，使得1號燃氣輪機、2號燃氣輪機在100%甩負荷后轉(zhuǎn)速能夠快速回落到3 000 r/min，不發(fā)生超速保護動作，保持全速空載運行。3號汽輪機在100%甩負荷后，發(fā)現(xiàn)了2瓦振動嚴重超標(biāo)現(xiàn)象，在處理過程中發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器螺栓不合格等重大隱患。通過本次機組甩負荷試驗，為整個機組在今后的安全穩(wěn)定奠定了良好的基礎(chǔ)。同時在本次機組甩負荷過程中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性良好，超速保護不動作，動態(tài)過程迅速平穩(wěn)。