汽轮机调节系统摆动问题诊断与处理

汽轮机调节系统摆动问题诊断与处理

吴鹏

天津蓝巢电力检修有限公司 天津市300480

摘要：针对某机组启、停机带低负荷阶段出现的调速系统摆动问题进行了分析和诊断,着重讨论了当中调门参与调节时对一次调频的影响,以及中调门管理函数对汽轮机调节能力和调速系统稳定性的影响。

关键词：调速系统；一次调频；转速不等率

引言

汽轮机调速系统的摆动是指汽轮机调节汽阀、油动机等设备周期性动作,同时伴随着功率、转速的摆动,调速系统对设备寿命产生不利影响,当调速系统摆动剧烈时,甚至会引起电网低频振荡。大量案例表明,已有多次电网低频振荡事故是由汽轮机调速系统摆动引起的。而随着电网特高压工程的建设以及新能源发电机组的大规模并网,电网稳定性有所下降,火电机组一次调频愈发频繁,考核愈来愈严格,出现调速系统摆动的次数也越来越多。汽轮机调速系统摆动多出现在汽轮机升降负荷、一次调频动作、单顺阀切换的过程中,针对调速系统摆动的处理办法主要有一次调频参数优化、功率闭环参数优化、高调门管理函数优化及加强运行管理如对单顺阀切换时间、阀门活动试验及功率闭环的投退进行严格管理等手段。本文通过对某机组在启、停机带低负荷阶段,中调门参与调节时引起的调速系统摆动案例的分析,并采取了相应措施,解决了该机组调速系统摆动问题,为将来出现的类似案例的解决提供参考[1]。

1案例介绍

在2019年检修后，在启动、停机带低载期间，调速器的调速装置多次发生振荡，功率、调门、速度等均发生变化，机组采用单阀门模式，一次调频功能进入，PSS功能结束，CCS、DEH端功率闭环关闭，并在基础模式下工作。器械在摇摆一次时，有功功率为117MW,207MW峰，最大幅度90MW，起伏率0.15Hz；频率范围为2994~3002，最大调整频率差值为4；整体式阀门在32%-36%之间浮动，高精度阀门在16%-17%之间，中等阀门在14%-30%之间，在30秒内变化。这样的事情，已经出现过很多次了。

2原因分析及处理

造成调速器振荡的主要因素有：（1）一次FM电路的参数设定太高，例如人工减小速度不等率，增加前馈因子；(2)一种协调式的控制体系或一种数字式液压系统

DEH一侧的PI比效应过大等，其功率闭环控制的参数设定得不合理；(3)EH机油或调整气门出现问题；(4)阀的控制功能不符合真实的流量特征，导致了相应的流量变动偏差较大；(5)未正确设定励磁系统的参数等。这些因素往往是重叠的，最后造成调频、调峰、调压等情况下，调速器的摇晃或动力振动，引起调速器的振动，引起电网的低频振动。

2.1油系统、功率闭环及励磁系统

当机组出现转速振荡时，CCS和DEH功率闭环均被取消，可以消除电力闭环PI不正确引起的故障。通过对该装置的历史运行资料以及对该装置进行的高调门操作实验，发现高、中压调门指示与反馈追踪均正常，EH油路系统工作平稳，LVDT没有松动，并排除了机油和气门的问题。在调速器振荡期间，机组的无功功率起伏很少，振幅不大于3%，表明励磁装置能在一定程度上保持电源电压的稳定，从而消除励磁装置的故障。但是，当PSS在200MW以下时，PSS的输出将使系统的减振能力减弱，从而使转子系统的稳定性降低[2]。

2.2一次调频设置

对此装置进行了一次参数值的调节，其调速范围为2998~3002转/分钟，满足了设计的需要；该产品的设计速度偏差达4%，满足了产品的设计需求；一次调速在20%以上的综合阀座下，而在20%~30%的综合阀座中，阀座系数低于1，超过30%的综合阀座系数为1。因为这个调速器的调速器都是在机组处于低载状态的情况下，这时候中调速器也会参加负载调整。通常，在机组工作过程中，中调门是完全打开的，一次调频只是在一个独立的高调门进行调整，因为它的热惯性很大，在一次FM的初期，只有一个高压气缸在工作，它的输出速度和幅度都不够大，因此一次FM的参数设定和最优，主要是用在一个高调门参调的场合，但是在中间调门的作用下，没有了再热的惯性，负载的反应速率和幅度都会大大提高。

2.3阀门管理函数

在DEH中，通过调整汽门的阀位控制功能，实现了对总气门的控制。但是根据工程实践，经常会遇到与阀流量特征不符的阀门控制功能，造成一次调频能力差、功率波动大、调速系统摇晃，乃至电网的低频振动等问题。以前的文献主要是关于高调的管理功能的优化，很难涉及到中调的调节功能。根据操作人员的反馈，此装置中调门的调节曲线是在维修后进行的，但是由于维修过程中没有更换，只进行了磨削，因此有可能出现中调控制功能和流量的变化。

采用此装置现有的中调阀控制功能，可以反求一次流量特征值，并与实测值进行比较，发现在40%开度时，中压调整阀的通流速度几乎与完全打开；在此基础上，利用中调管理功能对气门的流量特征进行了分析，得出了与实测值有很大差异的结论。

从机组的转速控制装置振荡状态来看，单次调速时，综合阀位指示值从32%提高到35%，中调闸门开度从14%提高到30%，按照调节阀流量特征，通流量从53%上升到96%，波动43%，在50%的综合阀座下实现完全打开，综合阀位与阀的流率之比应该是1:2，也就是从32%到35%，通流的流率应该是6%。

2.4分析结果及建议

根据以上分析,初步判断导致该机组调速系统摆动的主要原因有以下几点:

(1)启动停机机组在低载期进行一次调频操作时，出现了中调门的加入，造成了机组的真实转速不均匀率急剧降低[3]；

(2)励磁系统PSS为退出状态(200MW以下自动退出),未能发挥阻尼作用,当汽轮机综合阀位突变以后,造成汽轮机输出力矩与发电机电磁力矩不匹配,导致转速越过一次调频死区,引起一次调频动作,然后在一次调频的作用下,出现了调速系统的持续性摆动。若机组处于功率闭环状态,该机组的调速系统摆动问题可能还将进一步加剧。

根据实测数据，对中调门的控制功能进行了最优设计，并排除了中调门控功能中的非线性范围。在机组起动过程中，应将主蒸汽压降到最小，并尽可能地打开中、调门参调的次数。

3结论

经过上述优化,该机组之后启、停机带低负荷阶段,未再出现过功率、转速及调门波动的现象。本文对某机组在启、停机带低负荷阶段出现的调速系统摆动问题,阐述了可能导致调速系统的主要原因,并对中调门参与调节之后对汽轮机调节系统特性的影响得出结论。

参考文献

[1]方日升,林耀东,徐振华,等.基于录波曲线的电力系统低频振荡事故原因分析与抑制策略[J/OL].中国电力:1-14[2020-03-08]

[2]张宝,丁阳俊,顾正皓,等.基于抑制电力系统低频振荡的火电机组控制方式优化[J].中国电力,2020,53(02)∶137-141+149.

[3]李冰天,王强,张军科,等.考虑阀门管理函数的汽轮机调速系统稳定性分析[J].热力发电,2021,50(02)∶150-156.