汽輪機負荷波動原因分析和處理措施

夏子強

摘要：以長江動力Q3052C型汽輪機為例，針對汽輪發電機組在運行中出現功率波動的問題，通過對505E控制系統調節回路各環節的分析和試驗，找出了EH油內含顆粒雜質過多是造成該問題的主要原因，并結合實際工況通過控制器內部PID參數整定消除部分影響。列舉運行中可能出現的問題，提出分析建議和處理措施。

關鍵詞：汽輪機，505E，波動，整定

1.引言

湖北大峪口化工有限責任公司3#機為長江動力Q3052C型。在試車成功后一段時間，突然出現電負荷有大幅波動且滯后很大現象。經多方排查，檢測出EH油質不達標準，經處理后雖已無明顯波動現象，但控制滯后還是較大。根據實際工況重新整定PID參數后，基本能達到工藝控制要求。具體原因分析及處理情況如下。2.1主控制器（505E）故障

2.1.1原因分析：505E是以微處理器為基礎的調速器，通過電液轉換機構對汽輪機調節汽門進行控制，實現對汽輪發電機組實行自動控制的系統。在機組運行過程中，505的工作直接影響汽輪機轉速和機組負荷，密切關系機組的發電質量和安全。

2.1.2處理措施：關閉閥位限制器試著手動控制汽閥。用這種方式鎖定汽閥且執行機構輸出穩定，但系統仍然振蕩，則說明問題不在于控制器

2.2轉速傳感器、功率變送器故障

2.2.1原因分析：本機組采用的是2個磁阻式探頭互為冗余，輸入信號高選為主。505E實測機組功率和機組轉速作為反饋信號，轉速偏差作為一次調頻信號對給定功率進行修正，功率給定與功率反饋比較后，經PID運算和功率放大后，通過電液轉換器和油動機控制調節閥門開度來消除偏差信號，對機組功率實現無差調節，若功率不反饋，則以閥位控制方式運行，即通過增加轉速設定，開大調節汽閥，增加進汽量達到增加負荷的目的。若轉速傳感器、功率變送器故障則會影響到整個回路的穩定。

2.2.2處理措施：分別拆下2各轉速傳感器接至轉速數字顯示儀，轉速均為正常。校驗功率變送器電流和功率均輸出正常。

2.3位移傳感器故障

2.3.1原因分析：作為閥門位置反饋的線性位移傳感器，隨著閥門的變化而變化，其芯桿在線圈中反復移動，由于芯桿與線圈間存在一定的間隙，芯桿移動過程中經常與線圈發生摩擦，線圈磨損，金屬芯桿與磨損的線圈接觸會影響傳感器的輸出，造成位置反饋的不穩定引起閥門的波動。更嚴重的是芯桿被線圈卡澀而不能暢通地移動，在位移信號增大給芯桿積聚了一定的力后，又使芯桿產生一個跳動，通過調節回路的作用也使調節汽門產生波。

2.3.2處理措施：拆下后檢查發現傳感器無故障，但芯桿有細微彎曲，校直后波動相對之前較為平穩。

2.4調節閥控制系統

2.4.1 原因分析：汽輪機進汽調節閥控制系統主要由DDV伺服閥、油動機、卸荷閥、LVDT 組件、伺服卡等構成，電液轉換器由汽輪機前軸承座中的主油泵供油。主油泵（即汽輪機軸頭油泵）輸出1.1MPa的壓力油，經節流孔和電調裝置專用的濾油器后供給電液轉換器。當汽輪機轉速變化或抽汽壓力變化時，輸入信號與給定值比較輸出一個偏差值，經運算放大后改變兩路分別送給兩只電液轉換器的控制信號，使兩個電液轉換器輸出的脈沖油壓變化。脈沖油直接作用在錯油門滑閥下部，從而控制高、中壓油動機的位移，改變高壓調節汽閥和旋轉隔板的開度，達到自整調節的目的。

當電信號進入DDV伺服閥內放大電路后，此電信號將轉換成一個脈寬調制電流作用在線性力馬達上，力馬達將產生一推力并使閥芯產生一位移。同時激勵器激勵閥芯位移傳感器產生一個與閥芯實際位移成正比的電信號，并與輸入指令信號進行比較，所得偏差信號將改變輸入至力馬達的電流大小，直到閥芯位移達到所需值，即閥芯位移與輸入指令信號成正比。DDV伺服閥采用的線性力馬達可在中位產生左右兩個方向的驅動力。推動閥芯產生兩個方向的位移。雙筒濾油器上設有差壓發訊裝置，它以開關形式對濾油器的堵塞作報警，當進出口壓差達0.35MPa時，即發出電信號。由于線性度關系本機組DDV閥芯位置定在63.5%，故當DDV閥芯動作完畢后會回到63.5%即為正常。機組運行后DDV閥雖工作位置在67.3%，但壓差發訊裝置未發出堵塞信號，故沒有判斷閥芯堵塞。

2.5.2處理措施：首先更換伺服卡及DDV伺服閥，均未見異常。在更換雙筒濾油器濾芯時發現濾芯內機械雜質較多，更換后后閥芯位置從67.3%降至63.5%，故判斷是油內機械雜質過多，導致堵塞濾網進油量不夠，閥位動作滯后增大，最終使整個調節系統紊亂，出現負荷大幅波動現象。因在電液轉換裝置中油質要達到美國國家宇航標準（NAS1638）7級或以上，其中機械雜質在每100Ml油中大于100?m粒子數不得超過32個。故我們在用濾油機過濾的情況下還在濾油器出口加裝濾網且至少每個星期更換一次。當閥芯位置大于67.0%時更換雙筒濾油器濾芯，待油內機械雜質合格后，重新整定PID參數。經過一系列措施之后，負荷已能得到及時控制且無明顯波動。

3.PID參數對回路的影響

在整個調節系統中，當外部因素不可逆時，可適當的通過調整PID參數來達到穩定調節的目的。PID控制回路的增益是回路中所有增益的綜合。回路的總增益包括執行機構增益，閥門增益，閥門連桿機構的增益，變送器增益，汽輪機內部增益和505調速器的可調整增益等。如果累加的機械增益（執行機構、閥門、閥門連桿）等很大的話，要加入的505調速器增益必須很小以滿足系統穩定要求的系統總增益。

對于恰當調整好的系統來說，當給其一個階躍變化時，應稍微過調后就達到穩定控制。為了獲得較佳的響應，比例增益和積分增益應盡可能地大。要獲得較快的過渡響應，緩慢地增大比例增益設定值直到執行機構或最終驅動器輸出開始晃動或擺動，然后調整積分增益使輸出穩定。如果調整積分增益無法使輸出穩定，則減小比例增益的設定值。

下列是505E一種簡便的調整方法，能使PID增益值調整至接近最佳值。 4.結論

對于負荷波動是汽輪機常見問題之一，造成負荷原因較多，一旦出現，嚴重影響機組的安全穩定運行。通過本次對湖北大峪口化工有限責任公司3#汽輪機負荷波動原因分析，系統的分析了造成負荷多種原因，提出了具體的處理措施，對于其他電廠處理此類事故有一定的借鑒意義。