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甩负荷试验中转速动态超调量偏大原因浅析

作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2008-9-24 10:16:22

帅云峰
江苏省电力试验研究所　南京　21009     扬州第二发电厂2台600 MW汽轮机为美国WESTINGHOUSE公司设计，亚临界一次中间再热、单轴、反动式，四缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机，型号为TC4F－980。机组采用35％B－MCR容量的高低压旁路，配有西门子TELEPERM－XP分散式控制系统、DEH－Ⅲ型数字电液调节系统。
　　根据部颁《甩负荷试验导则》的要求，1、2号机组分别于1999年3月28日及1999年6月20日完成甩负荷试验。在1号机组甩50％负荷试验过程中，出现转速动态超调量过大达4．93％n额定，最大转速达3 148r／min的情况，且机组转速经多次震荡才达到稳定。

1　原因分析
1．1　从机理分析引起机组转速动态超调量过大的原因　　
    （1）油动机动作时间（调门由100％开始动作～0％完全关闭）过长；
　　（2）发变组保护动作至油动机开始动作的延迟时间过长；
　　（3）旁路运行方式；
1．2　现针对以上可能产生的原因，进行试验分析
1．2．1　油动机动作时间的影响
    1、2号机组静态测试调门关闭时间见表1。
　　

　　1、2号机组调门动态关闭时间（调门由100％开始动作～0％完全关闭）测定，数据见表2。
　　

　　由表1、2中数据分析可知，1、2号机组的阀门动作时间均符合要求。虽然1号机组甩50％额定负荷调门动态关闭曲线未录到，但根据2号机组50％、100％调门动态关闭时间，1、2号机组甩100％额定负荷的调门动态关闭时间以及1、2号机组机械打闸时间的比较，可以推断1号机在甩50％额定负荷中，油动机动作时间（调门由100％开始动作～0％完全关闭）基本正常。
1．1．2　发变组保护动作至油动机开始动作的延迟时间　　
　　DEH－Ⅲ的逻辑控制中，并网后机组处于功率控制方式，当负荷大于30％额定负荷时，一旦发变组主开关断开，DEH的甩负荷预测功能LDA就会立即发出OPC指令，将汽轮机的高中压调门、高压缸排汽逆止门和各段抽汽逆止门迅速关闭。但扬州第二发电厂的LDA逻辑回路延时环节过多，发变组主开关断开后，信号送至DCS经西门子XP分散控制系统运算后，再送入DEH，触发LDA功能。与同类型机组相比，其增加了DCS中的运算及传输环节，经模拟测试DCS中的运算时间为300～500 ms，从而使发变组保护动作至油动机开始动作的延迟时间增加，致使机组动态超调量过大。
1．1．3　旁路运行方式的分析
　　出于安全考虑，甩负荷过程中高低压旁路采用手动控制方式，高旁关闭，在甩负荷的同时手动开启低旁，当低旁开至8％（1～2S），触发旁路运行BYPASSON方式，由中压调门控制转速，并确保高排通风阀打开。但是在1号机甩50％额定负荷过程中，旁路系统突然失电，低旁未打开，未能触发BYPASSON方式，因此高排通风阀亦未能打开，给机组带来以下影响：
　　（1）由于高压缸背压释放减缓，调门、高排逆止门关闭后，残余汽量仅通过疏水进入凝汽器，因鼓风抑制转速飞升。
　　（2）由于低旁未开启，再热器泄压较慢，再热器汽压偏大，油动机的关闭时间加长，必然增加了转速的惯性飞升量；在中调门全关后，虽然泄漏对机组容积时间有所影响，但影响应较小（严密性试验合格），可以不考虑。
　　根据以上分析可知，扬州第二发电厂1号机组动态超调量过大的主要原因是发变组保护动作至油动机开始动作的延迟时间过长，并且再热器的压力亦偏高。

2　处理意见及措施
2．1　对LDA逻辑回路进行修改，在合上临时试验刀闸，跳发变组主开关的同时，直接发出信号至DEH触发LDA功能，OPC动作，关闭高中压调门，确保发变组保护动作至油动机动作时间的缩短。
2．2　增加旁路手动操作快开按钮，确保甩负荷后将低旁快开至适当开度。
2．3　针对旁路失电或故障后，易引起BY－PASSOFF方式向BYPASSON方式转换的失败，进行了旁路逻辑修改，即机组一旦甩负荷，机组自动由BYPASS OFF方式向BY－PASSON转换，从而确保机组的稳定控制和高排通风阀的开启。

3　处理后的试验结果及分析
　　相关数据比较见表3。

3．1　1号机组甩50％额定负荷试验的定量分析　　
　　（1）1号机组甩50％额定负荷与甩100％额定负荷的延迟时间（发变组主开关动作至调门开始关闭）比较1号机组甩100％额定负荷试验时，由于试验刀闸跳发变组主开关的同时直接发信号至DEH－Ⅲ，省掉DCS的处理时间，油动机动作延迟时间仅为176．4 ms（发变组主开关动作至调门开始关闭，对同一台机组在任何负荷下此时间应基本一致，见表3中2号机甩50％及100％额定负荷时的油动机动作延迟时间数据比较）。因此，在1号机组甩50％额定负荷过程中，油动机延迟时间（发变组主开关动作至调门开始关闭）应比甩100％额定负荷试验时时间多300～500 ms，本文分析中取其低值300 ms。

　　（2）在2号机甩50％额定负荷过程中，发变组保护动作130 ms时开始关调门，至300 ms（DCS的运算时间）时转速已达3 045r／min。
　　（3）1、2号机组甩50％额定负荷时，蒸汽参数相差不大；两台机的转动惯量应相差不大，从计算结果看，1号机转动惯量稍小，更易于飞升；且从表2及表3数据分析，2号机组的调速机构正常动态响应时间［发变组主开关动作至调门完全关闭（去除DCS处理时间）］较1号机组短。因此，1号机组在300ms内甩50％额定负荷过程中，由于信号经DCS的处理所增加的时间，1号机组转速应至少飞升至2号机甩50％额定负荷过程中300 ms时的转速值，即3 045 r／min飞升量45 r／min以上，然后再经过去除DCS处理时间后的正常动作时间（较2号机组稍长，见表2、3）至调速机构完全关闭，机组的最高转速应在3 125 r／min左右（2号机组的最高转速3 080 r／min加飞升量45 r／min），与实际的1号机甩50％额定负荷试验中最高飞升转速值3 148 r／min较吻合。
3．2　1号机组甩100％额定负荷试验时，机组在发变组开关动作后150 ms时转速为3 045 r／min（调门未开始关闭），176．4 ms开始关GV1调门，300 ms时转速为3 073r／min，308 ms时调门完全关闭，此时转速为3 075 r／min。如果未取消DCS的回路计算及传输，主开关动作后300 ms时，根据1号机组实际甩负荷中前150 ms（调门未开始关闭）的飞升速率（45 r／min）／150 ms及实际甩负荷过程中300 ms时的转速值，机组转速应在3 073～3 090 r／min（3 000＋45ⅹ2）。在转速值为3 073～3 090 r／min后，调速机构仍需经过实际甩负荷中的动态响应时间（实际甩负荷中，发变组主开关动作至调门完全关闭的时间）。因此，如果不采取相关措施，1号机组甩100％额定负荷过程中亦会引起动态超调量过大。
3．3　2号机在甩100％负荷试验中，旁路由于故障未投用，但是最高转速仅达3 160 r／min，原因是油动机动作延迟时间（发变组主开关动作至调门开始关闭的时间）及油动机动作时间较短，再热器余压作用时间较少，影响不大。此时再热器压力偏大主要影响机组的稳定过程，对最高转速影响较小。

4　结束语
　　甩负荷试验在发电厂调试过程中，是一项较大型且具有危险性的试验，最高飞升转速为机组的主要指标，对机组的安全性尤为重要，因此在试验准备中应充分考虑一切可能影响的因素，包括机械部分、热工控制部分等。并做好机组及系统的事故预想及反事故措施，确保甩负荷试验的成功、确保机组的安全运行。

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