國(guó)能寧夏鴛鴦湖發(fā)電有限公司 呂國(guó)

1 機(jī)組概況及邏輯設(shè)置

1.1 機(jī)組概況

東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的某1100MW 等級(jí)汽輪機(jī)為超超臨界間接空冷凝汽式汽輪機(jī)，設(shè)有八級(jí)回?zé)岢槠?，配置單臺(tái)的汽動(dòng)給水泵，用于機(jī)組的正常運(yùn)行及啟動(dòng)。旁路系統(tǒng)采用40%BMCR容量的高、低壓旁路系統(tǒng)，兩根主汽管道引出后匯合成一路進(jìn)入高壓旁路，經(jīng)減溫減壓后接至再熱冷段蒸汽管道，減溫水取自高壓加熱器入口。低壓旁路從熱再熱蒸汽兩根管分別接出，經(jīng)減溫減壓后接至凝汽器，低旁減溫水取自凝結(jié)水系統(tǒng)。汽輪機(jī)DEH系統(tǒng)采用ABB Symphony Plus控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)具有可靠性高、兼容性強(qiáng)、冗余合理的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制器的特點(diǎn)。

1.2 汽輪機(jī)甩負(fù)荷邏輯設(shè)置

甩負(fù)荷工況下，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉過(guò)程中，流入的新蒸汽和積聚在汽缸、管道等腔室內(nèi)的蒸汽會(huì)繼續(xù)膨脹做功進(jìn)而引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速飛升[1]。由于大容量高參數(shù)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)較小，而汽缸的容積時(shí)間常數(shù)較大[2]。在發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速飛升較快，若僅依靠轉(zhuǎn)速反饋?zhàn)饔?，最高轉(zhuǎn)速極有可能超過(guò)額定轉(zhuǎn)速110%，發(fā)生汽輪機(jī)折斷。

具體甩負(fù)荷超速限制邏輯為：當(dāng)負(fù)荷在額定負(fù)荷的15%～40%區(qū)間時(shí)，甩負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作，DEH 加速度繼電器動(dòng)作，立即關(guān)閉中壓調(diào)節(jié)閥，同時(shí)將目標(biāo)轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)置為3000r/min，轉(zhuǎn)速下降后，中壓調(diào)節(jié)閥恢復(fù)至伺服閥控制，最終使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速，以便事故消除后能夠迅速并網(wǎng)。當(dāng)負(fù)荷超過(guò)40%額定負(fù)荷時(shí)，甩負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作，DEH 功率-負(fù)荷不平衡繼電器動(dòng)作，迅速關(guān)閉高壓調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥，同時(shí)將目標(biāo)轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)置為3000r/min，一段時(shí)間后，高壓調(diào)節(jié)閥和中壓調(diào)節(jié)閥恢復(fù)至伺服閥控制，最終使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速，以便事故消除后能迅速并網(wǎng)。

2 機(jī)組甩試驗(yàn)?zāi)康募胺椒ǖ倪x取

甩負(fù)荷試驗(yàn)可以在甩負(fù)荷過(guò)程中，測(cè)取動(dòng)態(tài)過(guò)程中調(diào)速的過(guò)渡曲線，驗(yàn)證調(diào)節(jié)系統(tǒng)和超速保護(hù)控制系統(tǒng)OPC 的品質(zhì)，計(jì)算特征值和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。試驗(yàn)期間可以同步測(cè)取發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電壓靜差率和電壓調(diào)差率等重要數(shù)據(jù)。

甩負(fù)荷試驗(yàn)方法包括常規(guī)法和測(cè)功法。在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)考核試驗(yàn)、機(jī)組新投產(chǎn)或調(diào)節(jié)系統(tǒng)重大改造后的機(jī)組應(yīng)該規(guī)定采用常規(guī)法進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)，已獲得軸系轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的機(jī)組可以采用測(cè)功法進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)。常規(guī)法甩負(fù)荷是指拉開(kāi)發(fā)電機(jī)出口雙開(kāi)關(guān)后，機(jī)組與電網(wǎng)解列，甩去全部或部分負(fù)荷的情況下，記錄曲線測(cè)測(cè)取汽輪機(jī)動(dòng)態(tài)特征參數(shù)。測(cè)功法相比常規(guī)法相對(duì)簡(jiǎn)單，在機(jī)組不與電網(wǎng)解列，突然關(guān)閉汽輪機(jī)進(jìn)汽閥的情況下，測(cè)取發(fā)電機(jī)有功功率變化的過(guò)渡過(guò)程，經(jīng)計(jì)算獲得轉(zhuǎn)速飛升曲線。

對(duì)比兩種方法，常規(guī)法試驗(yàn)更準(zhǔn)確直觀，但試驗(yàn)準(zhǔn)備工作量大，對(duì)系統(tǒng)要求嚴(yán)格，機(jī)組預(yù)備性試驗(yàn)必須達(dá)到要求。而測(cè)功法試驗(yàn)無(wú)須與電網(wǎng)解列，試驗(yàn)簡(jiǎn)潔安全，并且試驗(yàn)可直接進(jìn)行，它對(duì)預(yù)備性試驗(yàn)要求不是十分嚴(yán)格，本文以常規(guī)法甩負(fù)荷為例進(jìn)行研究探討。

3 甩負(fù)荷試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)步驟及結(jié)果分析。

常規(guī)法甩負(fù)荷試驗(yàn)分為甩50%負(fù)荷及甩100%負(fù)荷兩部分。機(jī)組甩50%額定負(fù)荷后汽輪機(jī)最高飛升轉(zhuǎn)速不超過(guò)105%額定轉(zhuǎn)速，并能維持機(jī)組空負(fù)荷運(yùn)行。機(jī)組甩100%額定負(fù)荷后汽輪機(jī)最大飛升轉(zhuǎn)速應(yīng)不使機(jī)械超速和電超速保護(hù)動(dòng)作，并能維持機(jī)組空負(fù)荷運(yùn)行。

3.1 甩負(fù)荷試驗(yàn)準(zhǔn)備

兩次試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作要求及檢查工作大致相同。甩負(fù)荷試驗(yàn)前，除需滿足機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)導(dǎo)則試驗(yàn)條件中規(guī)定的38 條外，還需要注意以下幾點(diǎn)。一是高排通風(fēng)閥以及發(fā)電機(jī)AVR 控制保持“自動(dòng)”方式。二是廠用電應(yīng)切換備用變壓器供電。三是發(fā)變組保護(hù)柜內(nèi)聯(lián)跳滅磁開(kāi)關(guān)壓板退出，發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)時(shí)間應(yīng)該取消延時(shí)。四是退出發(fā)電機(jī)聯(lián)跳汽輪機(jī)保護(hù)及鍋爐MFT聯(lián)跳汽輪機(jī)保護(hù)。五是提前運(yùn)行汽輪機(jī)油泵,兩臺(tái)EH油泵，軸封及小機(jī)汽源已切換。六是高低旁開(kāi)啟5%暖管隨時(shí)投運(yùn)。七是除氧器水位宜維持低位運(yùn)行。八是高低旁暖管投入后，宜將高低旁減溫水自動(dòng)投入，以快速響應(yīng)高低旁路減溫效果，防止旁路后溫度超溫，造成快關(guān)現(xiàn)象。

3.2 甩負(fù)荷試驗(yàn)步驟

完成試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作后，按照下列步驟開(kāi)始進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)。一是高低旁開(kāi)啟5%進(jìn)行暖管。二是發(fā)出“距甩負(fù)荷還有10s”的通報(bào)時(shí)，啟動(dòng)高速記錄儀記錄數(shù)據(jù)。三是手動(dòng)拉開(kāi)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)，發(fā)電機(jī)手動(dòng)解列。四是檢查汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升不超過(guò)3300r/min,試驗(yàn)人員可以無(wú)須手動(dòng)干預(yù)，檢查高排逆止門(mén)聯(lián)鎖關(guān)閉，高排通風(fēng)閥聯(lián)鎖開(kāi)啟。五是檢查汽輪機(jī)各閥門(mén)動(dòng)作正常，轉(zhuǎn)速飛升不超過(guò)規(guī)定值，發(fā)電機(jī)電壓不超過(guò)額定值130%，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速能夠迅速穩(wěn)定在3000r/min。六是手動(dòng)鍋爐MFT。七是手動(dòng)汽輪機(jī)打閘，并立即手動(dòng)拉開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)。八是重新快速點(diǎn)火，恢復(fù)機(jī)組并網(wǎng)。

3.3 機(jī)組甩50%負(fù)荷

該廠甩50% 負(fù)荷時(shí)主蒸汽壓力最高升至21.27MPa，再熱蒸汽壓力因低旁開(kāi)啟持續(xù)下降，低旁A側(cè)最大開(kāi)度為5.20%、B側(cè)最大開(kāi)度為3.89%。最高飛升轉(zhuǎn)速為3107r/min，調(diào)門(mén)動(dòng)作1 次，整個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程調(diào)節(jié)曲線平穩(wěn)，經(jīng)30.57s 后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。并網(wǎng)信號(hào)消失后，高調(diào)門(mén)、中壓調(diào)門(mén)延時(shí)0.119s 開(kāi)始關(guān)閉，轉(zhuǎn)速延時(shí)0.05s 開(kāi)始飛升，經(jīng)過(guò)1.952s 達(dá)到最高轉(zhuǎn)速3107r/min；CV1 電磁閥延時(shí)0.046s 動(dòng)作，帶電時(shí)間為15.98s；轉(zhuǎn)速最低降至2999r/min，高壓調(diào)門(mén)關(guān)閉后轉(zhuǎn)速升高70r/min，定速后中壓調(diào)門(mén)穩(wěn)定在18.31%。發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓由28.31kV 上升至29.6kV，機(jī)端出現(xiàn)的最大電壓未超過(guò)甩負(fù)荷前機(jī)端電壓的1.15倍振蕩次數(shù)0.5次。

甩50%負(fù)荷試驗(yàn)過(guò)程中，也可以不進(jìn)行鍋爐MFT 操作。印尼國(guó)華爪哇項(xiàng)目通過(guò)#1、#2 機(jī)組甩負(fù)荷對(duì)比分析，制定了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏?zhǔn)備工序，合理操作流程，完善邏輯控制，實(shí)現(xiàn)了#2機(jī)組甩負(fù)荷期間鍋爐不滅火，機(jī)組能夠迅速并網(wǎng)帶負(fù)荷的目標(biāo)[3-4]，為百萬(wàn)機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)提供巨大參考意義。試驗(yàn)前，將主再熱蒸汽溫度控制在較低水平，以便于后續(xù)汽輪機(jī)打閘后，汽溫調(diào)節(jié)。將輔汽供汽、軸封供汽小機(jī)供汽及#2高加加熱提前切換至臨機(jī)供汽，高低旁后減溫水調(diào)門(mén)自動(dòng)，發(fā)電機(jī)解列后，立即手動(dòng)控制各磨運(yùn)行，快速開(kāi)啟高低旁，滿足系統(tǒng)再次并網(wǎng)需要。快速開(kāi)啟高低旁后，可能導(dǎo)致凝汽器壓力升高，從而損壞內(nèi)部銅管。高低加解列后給水溫度將驟降，應(yīng)合理采取提前退出高低加控制給水溫度的措施。為保證氣溫，鍋爐宜在干態(tài)下運(yùn)行，此時(shí)的水冷壁安全將受到一定威脅，因此必須根據(jù)機(jī)組特性綜合評(píng)估是否長(zhǎng)期保持鍋爐運(yùn)行。

3.4 機(jī)組甩100%負(fù)荷

該廠甩100% 負(fù)荷后主蒸汽壓力最高升至30.98MPa，再熱蒸汽壓力最高升至5.69MPa，低旁最大開(kāi)度為5.0%。最高飛升轉(zhuǎn)速為3213r/min，調(diào)門(mén)動(dòng)作1 次，整個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程調(diào)節(jié)曲線平穩(wěn)，經(jīng)48.11s后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。

并網(wǎng)信號(hào)消失后，高調(diào)門(mén)、中調(diào)門(mén)延時(shí)0.122s開(kāi)始關(guān)閉，轉(zhuǎn)速延時(shí)0.057s 開(kāi)始飛升，經(jīng)過(guò)2.190s達(dá)到最高轉(zhuǎn)速3213r/min；CV1 電磁閥延時(shí)0.047s動(dòng)作， 帶電時(shí)間為33.67s；轉(zhuǎn)速最低降至2995r/min，高壓調(diào)門(mén)關(guān)閉后轉(zhuǎn)速升高117r/min，定速后中壓調(diào)門(mén)穩(wěn)定在7.57%。

發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓由27.24kV 上升至27.49kV，機(jī)端出現(xiàn)的最大電壓未超過(guò)甩負(fù)荷前機(jī)端電壓的1.15倍，振蕩次數(shù)0.5次。

4 甩負(fù)荷過(guò)程中的特性參數(shù)計(jì)算

4.1 動(dòng)態(tài)超調(diào)量Φ

動(dòng)態(tài)超調(diào)量Φ計(jì)算如下式（1）：

則Φ為7.10%。

4.2 轉(zhuǎn)子初始加速度an

在數(shù)據(jù)采集曲線上查得在初始階段0.149s 內(nèi)轉(zhuǎn)速上升了52r/min，則轉(zhuǎn)子初始加速度如式（2）：

則加速度an為348.99r/(min·s)。

4.3 轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)Ta

轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)Ta如式（3）：

則轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)Ta為8.5962s。

4.4 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J如式（4）：

式（4）中：P0為發(fā)電機(jī)功率；ω0為初始轉(zhuǎn)速角速度；η為發(fā)電機(jī)效率。

則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J為87350kg·m2。

4.5 蒸汽容積時(shí)間常數(shù)Tv

高壓調(diào)門(mén)關(guān)閉后，機(jī)組轉(zhuǎn)速繼續(xù)飛升117r/min，則蒸汽容積時(shí)間常數(shù)如式（5）：

則蒸汽容積時(shí)間常數(shù)Tv為0.3353s。

4.6 電壓靜差率ε

電壓靜差率ε計(jì)算如式（6）：

式（6）中：U0為甩負(fù)荷后機(jī)端電壓；U1為甩負(fù)荷前機(jī)端電壓；Un為額定機(jī)端電壓。

則ε為0.926%。

4.7 電壓調(diào)差率D

電壓調(diào)差率D計(jì)算如式（7）：

式（7）中：U0為甩負(fù)荷后機(jī)端電壓；U1為甩負(fù)荷前機(jī)端電壓；Un為額定機(jī)端電壓；In為額定定子電流值；IQ為甩負(fù)荷前無(wú)功電流。

則電壓調(diào)差率D為4.238%。

4.8 甩負(fù)荷最大飛升轉(zhuǎn)速Δnmax

甩負(fù)荷最大飛升轉(zhuǎn)速Δnmax計(jì)算如式（8），

式（8）中：n0為額定工作轉(zhuǎn)速；αH、αI為高、中低壓缸功率比率系數(shù)；tH1、tI為高中壓缸調(diào)節(jié)閥延遲時(shí)間；TH1、TI為高中低壓缸調(diào)節(jié)閥的當(dāng)量關(guān)閉時(shí)間。通過(guò)甩50%試驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出甩滿負(fù)荷時(shí)最大飛升轉(zhuǎn)速Δnmax為195r/min,小于實(shí)際進(jìn)行甩100%試驗(yàn)的數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文將東方汽輪機(jī)廠的1100MW超超臨界機(jī)組與常規(guī)機(jī)組對(duì)比，介紹該機(jī)組甩負(fù)荷控制邏輯設(shè)置情況以及實(shí)際試驗(yàn)情況。

本文詳細(xì)介紹某廠甩負(fù)荷試驗(yàn)的前期準(zhǔn)備工作、試驗(yàn)注意事項(xiàng)及可能出現(xiàn)的問(wèn)題分析，可供今后同類型機(jī)組的甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)參考作比較，同時(shí)證明該機(jī)組主輔機(jī)動(dòng)態(tài)特性良好，調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)優(yōu)良，能夠精確控制機(jī)組空負(fù)荷運(yùn)行。對(duì)比甩負(fù)荷試驗(yàn)過(guò)程中參數(shù)變化情況，通過(guò)計(jì)算得到了相關(guān)特征參數(shù)，可以利用甩50%負(fù)荷得到特征參數(shù)，推算出機(jī)組甩100%負(fù)荷飛升轉(zhuǎn)速。在理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方法下，對(duì)國(guó)內(nèi)五臺(tái)不同類型機(jī)組甩負(fù)荷轉(zhuǎn)速飛升進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值偏差均正偏差，因此在進(jìn)行甩50%負(fù)荷試驗(yàn)后，可以推算得出甩100%負(fù)荷試驗(yàn)的飛升轉(zhuǎn)速滿足110%額定轉(zhuǎn)速以下，出于保護(hù)設(shè)備的目的，可以不進(jìn)行甩100%負(fù)荷試驗(yàn)。