110MW改造機組負荷波動分析及處理

馬鋒

摘 要：文章主要介紹了110MW改造機組負荷波動的原因，并對此問題進行分析研究，制定改進措施，驗證實施效果。

關鍵詞：調速汽門；負荷波動；原因

1 我廠汽輪機概述

我廠汽輪機屬抽汽凝汽式汽輪機，是由北京全四維動力科技有限公司在我國自行設計制造的雙缸、沖動、凝汽式汽輪機N100-8.83/535型汽輪機的基礎上改造而成的，汽輪機本體主要由前軸承箱、高壓缸、低壓缸、高壓轉子、低壓轉子等部分組成。低壓缸為分流式：有兩個排汽口。高壓轉子以半撓性聯軸器與低壓轉子相連接。我公司于2008年、2009年分別對兩臺機組進行了節能擴容改造，改造后容量為110MW。

本廠機組改造前后調速汽門結構、數量、開啟方式等均無變化。單機配4個調速汽門，凸輪配汽機構由一臺油動機控制。調速汽門1、3號為一組，在上部；2、4號為一組，在下部。同步器控制下的油動機驅動一個杠桿，這個杠桿的另一端裝在一組調速汽門的凸輪軸上，4個凸輪軸各控制一個閥門，按照1+2-3-4號的順序依次開啟。

2 改造后出現的主要問題

投運以來雙機均存在負荷波動偏大問題， #1機在75--85MW時負荷波動偏大，#2機在110MW時負荷波動偏大，加減負荷變化幅度為5-7MW，網上周波變化時，波動更為嚴重，給集控操作帶來很大的困難，機組安全運行受到嚴重威脅。

3 原因分析

負荷波動的原因比較復雜，處理比較棘手，經咨詢陜西中試電力科技有限公司和生產廠家技術人員，結合現場實際，就這一問題原因分析如下。

3.1 調節汽門重疊度不正確

在理想情況下，配汽機構的特性（流量與閥門升程的關系或功率與升程的關系）為一直線，事實上，機組在制造、安裝過程中，閥門重疊度與設計重疊度會有一定偏差。這就會出現閥門開度與進汽量的關系曲線與設計有偏差，在某一位置改變了設計的關系曲線，必然會引起主汽壓力的波動，進而引起負荷波動。

3.2 調速汽門型線不良

調速汽門的功能是控制蒸汽流量，精確地調節汽輪機的轉速和負荷。本廠由北京全四維公司改造的110MW汽輪機調速汽門為球頭型，帶有擴散管出口。閥頭在閥桿上是松動的，以保證閥碟與擴散器進口準確對應。當球頭型汽閥剛開啟時，只要開度有微小變化，進汽量就產生很大的變化。如果由于其它擾動（如油壓波動等）使油動機稍有上下波動，就能引起蒸汽量的過多變化，所以很容易引起調節系統的擺動。這在其它同類型的機組中也曾出現過。

3.3 凸輪磨損

由于汽輪機經常要在某一負荷下工作，因此凸輪在此工作點位置可能發生磨損，這樣在磨損區域必然存在這樣一些區段：系統在此部位的放大系統增大，導致局部不等率過小，從而引起調節系統振蕩。本廠機組剛剛改造完成就發生負荷波動，不會是這種原因引發的。

3.4 配汽機構的卡澀

滑閥的作用力一般較小，所以卡澀力影響比較大。對配汽機構來說，雖然作用力較大，但卡澀力也比較大，這是因為配汽機構一般尺寸較大、工作環境差、潤滑情況不良、作用力比較復雜等，所以卡澀力仍是不可忽視的。它主要有以下幾種原因：在冷態調整時，配汽機構動作還是靈活的，但當在熱態下則不一定能保證工作的靈活性，這是由于配汽機構各部分工作溫度不同，導致熱膨脹不均勻引起的；在運行過程中，閥桿與閥套積有氧化皮而使閥桿的活動發生卡澀。一般剛檢修后，運行都正常，隨著運行日數的增加，氧化皮的日益堆積，卡澀也就越趨嚴重，最后導致配汽機構出現較大幅度的擺動。

3.5 調節系統靜態特性不良

調節系統遲緩率過大或過小，將會引起調節系統工作不穩定，一般要求調節系統的速度變動率在4～6%范圍內。遲緩率越大，轉速及負荷的變化值也越大；速度變動率太小，負荷稍有變化，轉速變化就很大。有時平均速度變動率符合要求，但局部速度變動率太小，則機組在該工作點運行時，也容易造成不穩定。

3.6 滑閥的卡澀

因調節系統中廣泛使用滑閥、液壓缸等部件，運行中容易發生滑閥卡澀故障。常見的現象有：（1）滑閥和套筒機械加工的誤差引起的卡緊力；（2）滑閥作用力偏斜引起的卡澀，因作用在滑閥上下的作用力不同心，造成力偶，使滑閥傾斜靠在套筒壁上，引起滑閥和套筒之間的磨擦；（3）錯油門滑閥與套筒的配合間隙應符合制造廠的要求，在運行狀態，滑閥的工作溫度基本上等于油溫，而套筒與殼體套在一起，有些殼體與外界有散熱，故滑閥溫度比套筒溫度高，冷態測量時，如間隙太小，雖然冷態時尚靈活，但工作時則可能卡澀；間隙太大，則造成內部漏油現象，容易引起工作不穩定。這些問題對并網運行的汽輪機而言，都會造成不同程度的調速系統擺動，引起負荷的波動。

3.7 反饋斜面磨損或變形導致局部反饋減弱

由于機組經常在某一負荷下運行，反饋斜鐵就可能在此處對應的部分發生磨損或變形，引起反饋減弱，甚至在一定范圍內無反饋，這時油動機位移無法正常反饋回來，在這段區域內，油動機變化很快，也可以引起調節系統不穩定。

3.8機組運行時，如果主汽壓力不穩定，在加減負荷時，會迅速改變進入汽輪機的蒸汽量，這樣勢必會出現主汽壓力與機組功率不能兼顧的局面，極易出現負荷波動的現象；其次，負荷波動及波動的程度與當班運行人員的經驗水平也有直接關系。

4 應對措施及實施

為了保證機組安全穩定運行，減少電網對負荷越線的考核，甚至引發機組超速的惡性事件發生，在與設計單位、制造廠及電科院的充分溝通下，決定利用計劃檢修時間徹底處理負荷波動偏大問題。

據了解，其它單位110MW改造機組也曾出現過不同程度的負荷波動現象，經多次處理，均未徹底消除，只是波動有所改善；有些單位為了解決這一問題，將機械液壓調節改造為DEH電液調節，效果很好，但改造費用比較高。

在停機檢修前，邀請陜西電科院人員進行了升降負荷試驗，并對相關參數進行了測試。測試結果顯示：

由上圖可以看出，同樣的同步器行程下油動機上行下行最大相差80，為此建議檢查油動機齒條、齒輪接觸是否緊密可靠。另外檢查油動機反饋板是否存在凹槽磨損、油動機反饋油口是否有油泥。

在檢修時，檢查油動機齒條、齒輪接觸緊密可靠，油動機反饋油口無油泥。檢查油動機反饋板凹槽有明顯的磨損槽溝，檢修時進行了更換。檢查調速滑閥不存在卡澀，間隙正常，同步器滑閥掛鉤處間隙符合要求。

解體調節閥時發現，節閥閥桿與操縱座之間的安裝間隙為3mm左右，與設計值0.04-0.06mm偏差過大，檢修時將該間隙調整在設計值內。

對新舊凸輪型線、鍵槽位置等進行了比較核對，更換了凸輪；將調門凸輪和滾輪間隙調整在設計值。

5 處理后情況及結論

2011年，對#2機組油動機反饋油口、齒條、調速滑閥、同步器滑閥掛鉤處間隙、滑閥鉸鏈連接處間隙、調節閥及凸輪等部件進行了檢查處理，更換了油動機反饋板凹槽，啟動后和運行中負荷波動小于4MW，能滿足運行要求。隨后對#1機組進行了同樣檢查處理，截止至目前，運行已經近一年，機組運行穩定，說明這樣處理是成功的。

參考文獻

[1]山西省電力工業局.汽輪機設備檢修[M].北京：中國電力出版社，1997.

[2]甘肅省電力工業局河南省電力工業局.汽輪機設備運行技術[M].北京：中國電力出版社，1995.