660 MW機組甩負荷試驗時轉速飛升過高原因分析

王異成，張 寶，丁陽俊，吳文健

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

660 MW機組甩負荷試驗時轉速飛升過高原因分析

王異成，張 寶，丁陽俊，吳文健

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

介紹了某660 MW超超臨界機組50%甩負荷試驗過程，指出其存在轉速飛升偏高的現象，分析認為根本原因是高壓調節閥閥位控制偏差定值設定失當。結合生產實際，對高壓調節閥閥位控制偏差定值的形成與修改進行了討論，并指出對該定值的修改應格外慎重。

660 MW機組；甩負荷；試驗；防超速

0 引言

甩負荷試驗是檢驗火力發電機組調節系統動態特性的重要試驗[1]，其主要目的是檢查汽輪機DEH（數字電液調節系統）在甩負荷瞬間對汽輪機轉速的控制能力。甩負荷后汽輪機轉速的飛升程度取決于以下幾點：

（1）甩負荷信息判斷是否準確[2]；

（2）DEH控制器的響應速度[3]；

（3）調節閥關閉的速度[4]；

（4）汽輪發電機組的轉動慣量。

當然，如果轉速飛升達到了超速保護動作值，最終超速的嚴重程度還取決于主汽閥的關閉速度和汽門嚴密性。

目前汽輪機甩負荷時防止超速的功能主要有以下3種形式：LDA（甩負荷預測）功能[2]、PLU（功率-負荷不平衡）功能[5]以及KU（負荷瞬時中斷控制）或LAW（長甩負荷）功能[6]。實際應用時，根據汽輪機的結構特點，在上述3種形式中選擇1種即可，但無論哪一種形式，汽輪機調節閥快速關閉都是至關重要的一環。

1 機組簡介

上汽-西門子某660 MW超超臨界汽輪機為單軸、四缸四排汽、八級回熱抽汽、凝汽式，汽輪機入口參數為28 MPa（a）/600/620℃，采用40%容量高低壓串聯旁路，DEH系統采用艾默生公司的OVATION控制系統，通過計算機、電液轉換機構、高壓抗燃油系統和油動機控制汽輪機閥門的開度，實現對汽輪發電機組轉速和負荷的控制。

該機組甩負荷后防超速采用KU與LAW功能，原設計觸發邏輯可描述為：

（1）當前負荷為較高負荷（如90%額定負荷）時，如果突然出現負荷干擾大于負荷跳變限值（約70%額定負荷）。

（2）當前負荷為較低負荷（如60%額定負荷）時，則以下條件應同時滿足：

1）實際負荷小于2倍廠用電；

2）負荷控制偏差大于2倍廠用電；

3）實際負荷大于負荷負向限值。

KU信號使轉速/負荷控制器有效設定值失效，使控制器輸出為零并暫時關閉閥門，如果在TLAW（甩負荷識別時間）內，上述兩種情況未消失，則系統發出LAW（甩負荷信號）。汽輪機的甩負荷控制邏輯如圖1所示，以高壓調節閥（簡稱高調閥）1為例，圖中數值X/Y/Z指邏輯控制器所在站/區/頁。從圖1中可知觸發高調閥1快關指令的是高調閥1閥位的控制偏差大于40%，而這個偏差是由高調閥1進汽流量設定值（OSFD1）和根據高調閥1閥位實際值反向折算的進汽流量值（HFD1）兩者比較生成[7]。

圖1 高調閥1快關邏輯示意

2 甩負荷試驗過程

機組按規定進行甩50%額定負荷試驗，過程如下：試驗前主汽溫度495℃，主汽壓力16.53 MPa，再熱蒸汽溫度503℃，再熱蒸汽壓力2.343 MPa。甩負荷倒計時10 s，5 s各停1臺磨煤機，“甩負荷”口令發出，斷開發電機并網開關，以此時為計時點，27 ms轉速開始飛升，2.388 s達到瞬時最高轉速3 126 r/min，26.37 s轉速首次回到3 000 r/min，35.17 s轉速達到最低2 957 r/min，48.17 s轉速開始穩定在3 000 r/min；55 ms高調閥1（CV1）、高調閥2（CV2）分別從33%和35%開度開始關，3.597 s后全關，32.42 s CV1/CV2開始打開，40.52 s分別開到5.2%和4.3%；97 ms中壓調節閥（簡稱中調閥）1（IV1）、中調閥2（IV2）同時從100%開度往下關，507 ms全關。上述過程曲線如圖2所示，試驗所用高速數據采集儀采樣頻率為1 000次/s。

甩負荷試驗導則[1]規定，凝汽式汽輪機甩50%負荷后，若瞬時最高轉速超過105%額定轉速，則應中斷試驗，查明原因。這次試驗中瞬時最高轉速達到3 126 r/min，雖然沒有超出3 150 r/min，但與同類型機組相比，此次甩50%負荷試驗瞬時最高轉速明顯偏高[3，8-10]，具體如表1所示。

圖2 50%甩負荷試驗曲線

表1 同類型機組甩50%負荷試驗數據

另參照DL/T 711-1999《汽輪機調節控制系統試驗導則》中所述方法，根據50%甩負荷試驗數據，取蒸汽容積時間常數0.2 s，轉子飛升時間常數8 s，甩負荷后調門關閉延時0.1 s、凈關閉時間0.4 s估算，該機組50%甩負荷最高轉速應為3 094 r/min，比實際試驗結果低。

3 試驗結果分析

圖3為該類型機組典型的甩負荷曲線。將圖2與其比較可以發現，圖2中，汽輪機甩50%負荷后，高調閥只有調節關小的過程，而沒有快速關閉的過程，由此可初步判斷CV1/CV2沒有快關動作、只有調節關動作，是導致此次甩50%負荷試驗轉子瞬時最高轉速偏高的直接原因。

通過查看試驗過程曲線與DEH控制邏輯，發現高調閥快關電磁閥在甩負荷后并沒有接收到快關指令，原因是在42/3/33邏輯頁（見圖1）中觸發C20、從而觸發高調閥快關指令的“高調閥閥位控制偏差大于40%”邏輯條件沒有滿足。對比同類型機組，該定值一般取20%～25%，即觸發C20的邏輯為“高調閥閥位控制偏差大于20%～25%”，根據實際數據折算，將定值改為25%后，50%甩負荷試驗時C20會觸發，由此可確保甩負荷后高調閥快關動作。

圖2分析發現，甩負荷試驗過程中雖然DEH系統沒有觸發C20指令，但是從42/3/28出來的高調閥的進汽設定值發往位于42/3/33的高調閥閥位控制器，進行調節關，控制邏輯如圖4所示。

圖3 典型的負荷試驗曲線

圖4 CV1調節關邏輯

可以看到，2個高調閥分別從33%和35%的開度調節關到全關，需3.542 s；將邏輯修改為“高調閥閥位控制偏差大于25%”后，進行100%甩負荷試驗，2個高調閥分別從66.3%和67.0%開度快關，只需297 ms，相差3.245 s。如果100%甩負荷試驗時DEH控制邏輯仍為“高調閥閥位控制偏差大于40%”，試驗過程中高調閥沒有快關，此時2個高調閥開度比甩50%負荷時大了近1倍，調節關需要更多的時間，瞬時最高轉速極有可能超過3 300 r/min，引發超速保護動作。

將原C20觸發邏輯修改為“高調閥閥位控制偏差大于25%”邏輯后，進行100%甩負荷試驗，汽輪機最高轉速為3 191 r/min，過程曲線如圖5所示，與同類型機組基本一致。

需要說明在甩負荷試驗前，機組由于鍋爐水冷壁溫度出現高報警點，試驗時主蒸汽參數偏低、調閥開度比正常時偏大，高調閥關小過程比同類型機組用時長，這會使甩負荷后的轉速飛升略偏大。

4 調節閥快關觸發條件的討論

從之前討論可知，C20觸發調節閥快關邏輯中的定值選取十分關鍵，直接影響到甩負荷后汽輪機的轉速，該值取為25%，被諸多機組的甩負荷試驗結果證明是可靠的。為了解決LVDT（調節閥線性位移變送器）跳變造成的調節閥快關問題，有的發電廠將該定值進行放大，分析后認為，如此并不影響流量偏差大時的調節閥快關保護功能[11]，這一做法值得商榷[7]。

造成高調閥閥位控制偏差大途徑有2種，一是反饋突增，二是指令流量值銳減。LVDT故障時的情況屬于前一種情況，而甩負荷工況屬于后一種情況。實際上，即使只對第一種情況，準確選取高調閥閥位控制偏差定值也是有難度的，原因是負荷、主蒸汽壓力以及高調閥開度三者之間存在依存關系[12]，即使在同一負荷下，主蒸汽壓力不同時，高調閥的開度也差別較大，根據某一負荷與主蒸汽壓力確定出來的調節閥開度，并由此得到的高調閥閥位控制偏差定值是無法適應所有工況條件的，比如當運行主蒸汽壓力增大時，之前所設定的值就會偏小，也就不能防止LVDT故障時的調節閥快關。

甩負荷工況發生時，高調閥的指令流量值會銳減，此時高調閥閥位控制偏差定值偏大時，高調閥同樣不會快關。此時該定值的選取也有一定難度，基于以上相同理由，并考慮到甩負荷發生后，高調閥會有調節關的動作，不能根據某一個工況下高調閥在甩負荷之前瞬間開度來確定該定值。因此，對該定值的修改要慎重。

5 結語

高調閥閥位控制偏差定值設定失當，是造成機組50%甩負荷后轉速飛升過高的根本原因。高調閥閥位控制偏差定值的選取直接影響到甩負荷后汽輪機的轉速，對該定值的修改應格外慎重，如有可能應得到相關設備供應商的首肯，并通過試驗驗證。近年來，部分機組在DEH系統改型后，在甩負荷防超速功能相關關鍵定值的選取上存在一定隨意性，給安全生產帶來隱患，應引起足夠重視。

[1]DL 1270-2013火力發電建設工程機組甩負荷試驗導則[S].北京：中國電力出版社，2014.

[2]張寶，徐熙瑾，沈全義.甩負荷預測功能失效時的甩負荷試驗[J].汽輪機技術，2006，48（2）∶124-126.

[3]王學根.某超超臨界660 MW燃煤機組FCB試驗不成功原因分析及改進[J].華東電力，2014，42（7）∶1503-1505.

[4]童小忠，張寶，周軼喆，等.汽輪機再熱調節閥快關過程異常分析及處理[J].熱力發電，2009，48（11）∶53-56.

[5]韋東良，樊印龍，吳剛.北侖電廠二期汽輪發電機組甩負荷試驗分析[J].浙江電力，2002，21（1）∶36-39.

[6]俞成立.1 000 MW汽輪機組甩負荷試驗分析[J].華東電力，2007，35（6）∶32-34.

[7]俞友群.西門子T-3000 DEH系統甩負荷識別功能的分析[J].浙江電力，2014，33（7）∶54-56.

[8]薛青鴻.660 MW超臨界機組甩負荷試驗分析[J].熱力透平，2010，39（4）∶278-281.

[9]薛江濤，彭輝.600 MW超超臨界機組甩負荷快速并網策略試驗研究[J].江蘇電機工程，2010，29（6）∶71-73.

[10]羅云，邵罡北.帶一級旁路超超臨界660 MW機組甩負荷試驗分析[J].華北電力技術，2011（6）∶34-36.

[11]王會.西門子1 000 MW汽輪機DEH控制邏輯優化[J].中國電力，2014，47（9）∶6-9.

[12]張寶，樊印龍，顧正皓，等.大型汽輪機流量特性試驗[J].發電設備，2012，26（2）∶73-76

（本文編輯：陸 瑩）

Cause Analysis on High Rotation Speed Rising of 660 MW Units in Load Shedding Test

WANG Yicheng，ZHANG Bao，DING Yangjun，WU Wenjian
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces 50%load shedding process of 660 MW ultra-supercritical units and indicates the high rotation speed rising.The paper believes the reason is inappropriate valve position control deviation settings of high pressure governing valve.In accordance with production practicality，the paper discusses formation and correction of valve position control deviation settings of high pressure governing valve and indicates that special attention to the correction of the settings must be paid.

660 MW units；load shedding；test；overspeed prevention

TK267

B

1007-1881（2015）09-0046-04

2015-07-15

王異成（1975），男，碩士，工程師，主要從事電力基建調試技術和管理工作。