張 強(qiáng)，孫 博，張 英，王 行，刁云鵬，于曉輝，陳國勇，張來星

(1.通化熱電有限責(zé)任公司，吉林 通化 134000；2.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，貴陽 550000；3. 國家能源集團(tuán)吉林龍華白城熱電廠，吉林 白城 137000；4. 國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)春 130021；5. 國網(wǎng)吉林省電力有限公司，長(zhǎng)春 130028)

負(fù)荷異常波動(dòng)會(huì)影響機(jī)組的安全運(yùn)行和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。某發(fā)電廠裝有2×210 MW超高壓燃煤供熱機(jī)組，汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限公司生產(chǎn)的GG160/N210-12.75/535/535型超高壓、一次再熱、單軸、雙缸雙排汽、雙抽式汽輪機(jī)。該廠2號(hào)機(jī)組于2019年6月進(jìn)行了大修，大修后由于燃燒煤質(zhì)多變，機(jī)組一直處于閥控方式運(yùn)行。2020年6月10日，2號(hào)機(jī)組再次啟動(dòng)并網(wǎng)，汽輪機(jī)并網(wǎng)后機(jī)組多次發(fā)生負(fù)荷突增及突降的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 事件現(xiàn)象及原因分析

1.1 事件現(xiàn)象

自2020年6月10日2號(hào)機(jī)組汽機(jī)并網(wǎng)后，機(jī)組出現(xiàn)多次負(fù)荷波動(dòng)，選取2020年6月19日負(fù)荷波動(dòng)情況對(duì)事件進(jìn)行分析，2號(hào)機(jī)組負(fù)荷突增及突降時(shí)，機(jī)組參數(shù)變化曲線見圖1，1、2、3為高壓調(diào)節(jié)閥GV2、GV3、GV4閥位輸出，4為主蒸汽流量，5為閥前壓力，6為GV3閥后壓力，7為GV2閥后壓力，8為機(jī)組負(fù)荷。

機(jī)組波動(dòng)期間，處于單閥控制閥控方式運(yùn)行。運(yùn)行人員以2 MW/min的速率改變數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(digital electro-hydraulic control system,DEH)機(jī)組綜合閥位指令進(jìn)行升負(fù)荷操作，在緩慢升負(fù)荷的過程中，機(jī)組出現(xiàn)20 MW左右的升負(fù)荷階躍，隨即運(yùn)行人員又以2 MW/min的速率進(jìn)行減負(fù)荷操作，機(jī)組又出現(xiàn)了了20 MW左右的降負(fù)荷階躍。負(fù)荷突增及突降期間，綜合閥位指令及各閥門開度未見明顯變化，但4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥門的后壓力均發(fā)生了變化，機(jī)組所有功率測(cè)點(diǎn)正常，負(fù)荷最大降幅達(dá)21.3 MW。

圖1 2號(hào)機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)時(shí)相關(guān)參數(shù)變化趨勢(shì)

1.2 負(fù)荷波動(dòng)原因排查

通過調(diào)取機(jī)組歷史曲線，從機(jī)組負(fù)荷突變過程中主要運(yùn)行參數(shù)變化規(guī)律看，一方面每次負(fù)荷突變均包括兩個(gè)階段，分別為負(fù)荷突增和負(fù)荷突降，存在對(duì)應(yīng)關(guān)系；另一方面，在突變過程中各高壓調(diào)節(jié)閥門閥位指令及反饋未發(fā)現(xiàn)明顯變化，但在負(fù)荷突增過程中主蒸汽壓力小幅度降低，調(diào)節(jié)級(jí)壓力明顯升高，而在隨后負(fù)荷突降過程中主蒸汽壓力小幅度升高，調(diào)節(jié)級(jí)壓力明顯降低，表明汽輪機(jī)進(jìn)汽量實(shí)際發(fā)生了突變[1]。基于以上兩方面分析，初步判斷一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)閥門存在機(jī)械故障，可能為預(yù)啟閥行程過大或者傳動(dòng)部件配合間隙不合理。

1.2.1 多個(gè)調(diào)節(jié)閥門同時(shí)出現(xiàn)故障

機(jī)組主蒸汽控制原理示意圖見圖2，圖中MSV為高壓主蒸汽閥。機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)的過程中，GV1至GV4調(diào)節(jié)閥門后的壓力均出現(xiàn)了不同程度的波動(dòng)，如果4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥門同時(shí)出現(xiàn)問題，則最可能的原因?yàn)椋篋EH控制器與所有高壓調(diào)節(jié)門的伺服卡件之間的通訊發(fā)生了中斷故障；DEH控制站的主副控制器進(jìn)行的切換；DEH控制器發(fā)生故障，控制器停止工作。

圖2 機(jī)組主蒸汽控制原理示意圖

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)DEH的控制器運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，并調(diào)取事件期間4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥的歷史曲線，發(fā)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行期間各調(diào)節(jié)閥都存在著微小的波動(dòng)，并不存在控制器掃描中斷、所有的信號(hào)未同時(shí)出現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)無微小波動(dòng)呈直線運(yùn)行的狀態(tài)，由此可以排除DEH控制器及通訊等方面故障，排除4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥同時(shí)出現(xiàn)故障的可能性[2]。

1.2.2單個(gè)閥門出現(xiàn)故障

通過調(diào)取機(jī)組歷次負(fù)荷波動(dòng)時(shí)機(jī)組負(fù)荷、主蒸氣流量、主汽壓力、各閥后壓力、綜合閥位指令、閥門位置反饋情況的歷史曲線，可以發(fā)現(xiàn)機(jī)組每次負(fù)荷波動(dòng)時(shí)都存在共同的現(xiàn)象：每一次負(fù)荷突變均包括兩個(gè)過程，一次負(fù)荷的突增必然對(duì)應(yīng)著一次負(fù)荷的突降，而且是有且只有一次對(duì)應(yīng)，即一次負(fù)荷突增后若不出現(xiàn)負(fù)荷突降，便不會(huì)出現(xiàn)下一次的負(fù)荷突增；一次負(fù)荷突降后，若不出現(xiàn)負(fù)荷突增，便不會(huì)出現(xiàn)下一次的負(fù)荷突降。

20206月19日2號(hào)機(jī)組負(fù)荷突增及突降時(shí)各主要參數(shù)見表1。

表1 負(fù)荷突增及突降前后各主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)

通過觀察每次負(fù)荷波動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)閥門閥后壓力數(shù)據(jù)的變化可知：GV1、GV4在負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，閥后壓力變化幅度基本一致；GV2、GV3閥后壓力變化差別很大，其中GV2閥后壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于GV1、GV4,同時(shí)，GV3的壓力變化幅度介于GV2和GV1、GV4之間。

在機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，伴隨著自己升降負(fù)荷的運(yùn)行操作，由于機(jī)組綜合閥位指令變化速率較小，負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，綜合閥位指令及各閥門開度未見明顯變化，但機(jī)組負(fù)荷卻發(fā)生了大幅度突變，由此可以推斷出是調(diào)節(jié)閥體機(jī)械結(jié)構(gòu)部分出現(xiàn)了問題。通過分析負(fù)荷波動(dòng)時(shí)GV1至GV4閥后壓力的變化幅度，基本可以判斷出故障的閥門為GV2，為此進(jìn)行了單個(gè)閥門的線性試驗(yàn)。

為了進(jìn)一步明確事件原因，分別對(duì)GV1、GV2、GV3、GV4進(jìn)行了閥門活動(dòng)試驗(yàn)，具體試驗(yàn)方法為：首先將機(jī)組調(diào)整為單閥控制閥控方式運(yùn)行，維持機(jī)前壓力穩(wěn)定；然后分別對(duì)GV1、GV2、GV3、GV4以1%變化速度從當(dāng)前閥位開至100%，再以相同變化速度關(guān)至當(dāng)前開度，試驗(yàn)過程分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段：主蒸汽流量在470 t/h以下時(shí)閥門活動(dòng)試驗(yàn)情況見圖3；第二階段：主蒸汽流量在470 t/h以上時(shí)閥門活動(dòng)試驗(yàn)情況見圖4，圖中1、2、3、4分別為GV1、GV2、GV3、GV4閥位輸出，5為主蒸汽流量，6為閥前壓力，7為GV3閥后壓力，8為GV2閥后壓力，9為機(jī)組負(fù)荷。

圖3 主蒸汽流量在470 t/h以下時(shí)各閥門活動(dòng)試驗(yàn)情況

圖4 主蒸汽流量在470 t/h以上時(shí)各閥門活動(dòng)試驗(yàn)情況

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，主蒸汽流量在470 t/h以下時(shí)，只2號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥活動(dòng)過程中發(fā)生了負(fù)荷突增及突降各一次；而主蒸汽流量在470 t/h以上時(shí)，各高壓調(diào)節(jié)閥活動(dòng)過程中均發(fā)生了負(fù)荷突變情況。每次負(fù)荷突變時(shí)GV2閥后壓力變化量明顯高于GV3閥后壓力變化量，由此可確認(rèn)GV2存在機(jī)械故障。在主蒸汽流量較大時(shí)，任一高壓調(diào)節(jié)閥門的活動(dòng)都會(huì)引起負(fù)荷波動(dòng)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查及閥門活動(dòng)試驗(yàn)，分析認(rèn)為GV2存在機(jī)械故障，使實(shí)際進(jìn)汽量發(fā)生突變，可能為預(yù)啟閥行程過大或者傳動(dòng)部件配合間隙不合理，在變負(fù)荷過程中主蝶閥浮動(dòng)引起進(jìn)汽量突變進(jìn)而造成負(fù)荷波動(dòng)，需要利用停機(jī)檢修機(jī)會(huì)對(duì)GV2解體檢查加以進(jìn)一步驗(yàn)證。

2 防負(fù)荷波動(dòng)處理

由于機(jī)組不具備停機(jī)檢修的機(jī)會(huì)，不能夠?qū)V2進(jìn)行解體檢修，從而不能夠從根源上解決負(fù)荷的波動(dòng)。根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行方式和運(yùn)行需求，給出兩種在線處理的措施。

a.機(jī)組目前的運(yùn)行方式為單閥控制閥控方式，在單閥運(yùn)行方式不變的前提下，由熱工人員對(duì)GV2進(jìn)行強(qiáng)制關(guān)閉的操作，從而避免機(jī)組GV2參與負(fù)荷調(diào)節(jié)。

b.機(jī)組目前順序閥的運(yùn)行閥序?yàn)镚V1→GV2→GV3→GV4，建議將機(jī)組閥序修改為GV1→GV3→GV4→GV2，減少GV2的調(diào)節(jié)，從而避免負(fù)荷波動(dòng)情況的發(fā)生。

3 結(jié)論

閥門故障引起機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)的事件在機(jī)組運(yùn)行期間時(shí)有發(fā)生，伴隨著閥門脫落等故障，機(jī)組閥門流量特性曲線會(huì)發(fā)生偏移和變化，從而導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷的大幅波動(dòng)。通過對(duì)負(fù)荷波動(dòng)前后歷時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，最終確定故障閥門，同時(shí)通過對(duì)每一個(gè)閥門的拉閥試驗(yàn)，驗(yàn)證了對(duì)故障情況的確認(rèn)。