孤網運行機組調節系統工作不穩定分析

陳代金　趙建峰

摘 要 由于孤網運行機組容量小，動態響應時間慢，穩定性差，抗沖擊能力弱，容易出現調節系統工作不穩定現象，造成負荷波動、轉速波動、供熱波動、安全系數低等問題。本文總結了孤網運行機組在實際運行中常見的不穩定現象、原因和解決辦法。

【關鍵詞】汽輪機調節系統遲緩率 速度不等率 振蕩

某公司自備熱電廠為公司主業項目的配套工程，屬自備、熱電聯產、孤網運行性質，主要承擔供熱和供電任務。熱電廠規模為3×25MW抽凝式汽輪發電機組+3×160 t/h煤粉鍋爐，已于2008年分別投產。在三臺機組調試期間和幾年的運行中都出現了調節系統工作不穩定的問題。

1 單機運行時一次調頻系數影響穩定運行

一次調頻能夠在一定范圍內自動調節機組轉速，穩定機組運行。機組從0rpm沖轉至3000rpm，從低負荷至滿負荷，調門的開度差別很大，一次調頻系數也要隨之進行修正，既要滿足快速響應的要求，又不能使調節系統發生不穩定，調門開度上下抖動，轉速和負荷發生振蕩。

事例：三臺機組在單機運行時都容易波動，將一次調頻系數調在0.2～0.25范圍內合適，大于0.3就容易振蕩。兩機或三機并網運行時可調在0.3～0.4，提高機組的一次調頻能力，穩定轉速。

2 調節系統遲緩率過大影響穩定運行

調節系統會出現工作不穩定的情況，雖然導致這一狀況的因素有很多，但最常見的是和遲緩率相關，通常遲緩率如果過大，會造成調節系統出現波動，而調節系統發揮著杠桿聯接的關鍵作用。不僅如此，遲緩率的大小還與轉速及負荷的變化值大小存在正相關，簡而言之，遲緩率越大，轉速計負荷的變化值也就會越大。

一旦傳動放大機構與配汽機構出現遲緩率過大的現象，就要注意檢查容易出現磨損的零件，比如調節部件連桿接頭是否出現卡澀、松曠、滑閥過封度過大的情況等等，在日常工作中，要養成對設備和小部件不定期檢查、保養和維修的習慣。

調節部件出現卡澀，有時會導致調節系統的遲緩率過大。而這種調節部件的卡澀和連接松曠、滑閥過封度過大等存在一定的區別。調節部件的卡澀通常表現為不等值、甚至是間斷的，而連接松曠、滑閥過封度過大是經常存在的。所以從這一角度而言，調節部件卡澀對系統的影響存在不等幅、間斷、非周期性的特點。具體表現在實際工作中就是，當調節部件長時間停留在同一個工況工作時，往往會出現卡澀情況，但是在不做人工修理的前提下，調節部件在經過大幅度反復工作之后，卡澀又會自動消失，所以在一定程度上，是很難摸清其周期性的。電負荷和熱負荷具有經常變化的特點，也因此孤網運行機組在面對它們時，調節部件不會長時間停留在某一工況工作，經常處于活動狀態。因此，孤網運行的機組不需要人為參與負荷的大幅度變化工作。

事例：1號汽機進汽調節門傳動機構間隙大引起調節系統波動故障。

2.1 故障現象

（1）進汽調節門開度在60%左右時油動機上下不停地波動，造成負荷不穩定，波動大。

（2）調門給定并沒有改變，脈動油壓隨著油動機的波動有小的變化。

（3）油動機的波動有時像調幅波一樣有規律的變化。

（4）抽汽調節門也有小的波動。

2.2 處理措施

調整伺服模塊FM146A的P電位器，減小90℃（逆時針），波動幅度減小，減小到近180℃，基本穩定。但是，負荷變化時調節系統響應變慢，轉速變化大。

2.3 原因分析

初步懷疑高壓油動機有問題，現場檢查發現三角架與調節閥左邊提桿連接處的軸套沒有安裝，造成傳動機構間隙大，左右兩邊動作不平衡，進汽不穩定，使負荷波動。處理后恢復伺服模塊P值，調節系統穩定運行。

3 調節汽門重疊度出現錯誤

在比較理想的狀態下，配汽機構的特性呈現為一條直線。實際在運行過程中，是存在一定誤差的，這種誤差的存在和每一調節汽門的特性、相鄰兩個調節汽門的重疊度都有密切關系，重疊度的大小對調節系統的穩定性會產生直接而重大的影響。

3.1 重疊度過大的情況

一旦出現重疊度過大的情況，其運行原理可以這樣形象的闡釋，在某段負荷內，同一時間是有兩個調節汽門在對流量進行有效控制，因此在這段負荷內，如果油動機行程或調節汽門行程在沒有較大范圍浮動的前提下容易引起較大的功率變化，進而導致調節系統出現波動及增加節流的損失。

3.2 重疊度過小的情況

重疊度過小所帶來的負面影響主要表現在兩方面。其一，重疊度如果過小可能存在空行程，功率變化和調節汽門升程改變量極不匹配，功率變化較小，而調節汽門升程改變量則較大。在比較極端的情況下，配汽機構特性甚至呈現水平狀，這直接說明此負荷下所對應的調節汽門升程是不定的，其工作點可以從A到B范圍內變化，此時即使負荷是固定不變的，油動機卻會一直處在上下擺動的運動狀態，而且擺動速度是極為緩慢的；其二，重疊度過小，會增大油動機的工作行程，這等于間接減少了油動機的富裕行程，對油動機是極為不利的。

通過以上分析我們可以得知，保持合適的汽門重疊度是十分重要的，吸取以往的經驗我們總結出，在前一個調節汽門開啟到其門后的壓力為門前壓力的90%時，后一個調節汽門即開啟為最合理。在實踐工作過程中要注意把這個范圍作為衡量值。

3.3 重疊度破壞

25MW機組進汽調門提板上有五個調門，如果在運行中某個調門脫落就會嚴重破壞調門重疊度，造成負荷大波動。

事例：2號機組運行時負荷突降

3.3.1 故障現象

2號機組運行時負荷突然由16.18MW突降至5.38MW，調門開度由44.61㎜升至49.34㎜，進汽量由76t降至37t。

3.3.2 原因分析

懷疑調門出現故障造成負荷突降，進行調門開、關試驗，發現調門在50～64㎜范圍內變化時負荷變化很小，只有650KW左右。調門開到67㎜時帶負荷18.5MW，比以前帶同樣負荷時開度要大的多。初步判斷3#調門可能脫落關閉造成負荷突降。停機檢修，拆開調門后發現是1#調門和2#調門桿斷裂，調門落下不起作用，調門重疊度被嚴重破壞，造成負荷大波動的現象。

4 調節油系統存在異常狀況

調節油系統存在異常情況，勢必會對調節系統的穩定性產生負面影響，而這種影響有的是直接的、有的是間接的。比如油壓波動就是直接的，而油中滲入水分，導致元件出現腐蝕生銹情況，或者油中出現機械雜質等等，都是間接影響。

4.1 油壓波動

供油系統的油壓出現波動，對調節系統帶來的負面影響是眾所周知的，同時造成油壓波動的因素也比較復雜。但是系統分來，主要歸結為以下兩方面，第一方面，油系統中進入了空氣。對于這一問題，筆者稍后將做重點闡述；第二方面，主油泵和注油器自身的工作性能穩定性不夠。主油泵和注油器工作性能的不穩定和設計、制造工藝、安裝等因素緊密相關，在此不做贅述，下面重點闡釋一下第一方面的問題。

在對調節系統穩定性產生危害的諸多因素中，油壓波動可謂分量十足，危害程度也是最大。追溯油壓波動的根源，是由于油流中滲入了空氣。而空氣之所以能進入油流中，則主要有兩方面原因造成。首先，油路系統中空氣分離條件是否達標，將對油中空氣的存在與否產生重要影響。要順利實現油路系統中空氣分離，必須滿意以下這些條件，油箱容積需要夠大；油位適中，不可過高更不能過低；排煙風調試得當、進口保證嚴密；回油管路避免布置過高，以免造成回油飛濺等等。這些條件都滿足了，才有可能實現空氣的充分分離。空氣充分分離，空氣才不能進入油箱之中。其次，油流中混進空氣，還在于油系統的空氣沒有排除徹底。這和高低壓油泵啟動的先后順序有直接關系，如果在啟動前，先操作的是高壓油泵，那么油流在高速運轉的情況下，勢必會卷進大量氣泡。因此從這個層面而言，再啟動前，務必要先啟動低壓潤滑油泵，待低壓潤滑油泵運行一段時間之后，再啟動高壓電動油泵，這樣做的直接好處就是可以有效驅除調節系統各部套及油路中的空氣。

清除積存在調節油系統中空氣的方法有很多，筆者在這里著重介紹兩種，一種是在調試過程中，運用手打急遮斷器的辦法，通過人工參與驅使調速系統波動，這對積存空氣的清理將會產生良好效果；另外一種是通過開設排氣孔的方式，開設的位置可在可能存在積存空氣的死區，或者彎管、套腔室的最高位置。

4.2 油質不良

除了油壓波動是影響調節系統穩定性的重要因素之外，油質優良與否也對調節系統穩定性發揮著關鍵性的作用，通常油質不良涵蓋兩個方面：油質不清潔、油質劣化。

液壓調節元件具有間隙微小的特點，也正因為這一特性，要求油質必須純凈，一旦摻雜進機械雜質，尤其是較硬的沙粒時，將勢必造成卡澀，進而影響調節系統順利波動。 在油質純凈良好的前提下，所有機組基本都能保持調節系統正常工作，但隨著運行時間的增長，可能會出現油中進水，酸加增高等情況，油質的劣化，間接的結果就是調節元件的銹蝕和卡澀，所以最終出現調節系統波動也是必然。

基于以上情況的分析，我們大致可以總結出以下幾種應對解決方案。第一，對于正在運行工作中的機組，要加強對于油質的檢查，查看是否存在油中進水、油溫過高或者摻有其他雜質的情況，一旦發現問題，要及時做出處理，比如要解決油中水分和雜質，可采取定期取樣化驗實施監督、不間斷濾油等。第二，對于大修后的機組，一定要嚴格把關油管路系統清理和透平油的過濾工作，對于調節部套各腔室的死角也不可忽視，務必做到仔細認真檢修，確保油循環質量。

5 對錯油門的過封度及卡澀的詳盡闡釋

5.1 對過封度的闡釋

合適的過封度對于斷流式放大機構的錯油門滑閥而言是十分重要的，這主要是由機組運行的轉速和脈沖油壓決定的，機組運行的轉速并非絕對穩定的，而脈沖油壓也并不是固定不變的，而是在一定范圍內波動。即使機組運行的轉速保持在絕對穩定的狀態之下，脈沖油壓的波動也無法避免，其自身的這種波動是由油管中的渦流、主油泵供油壓力的脈動等引起。由此我們可以得知，滑閥其實也是處在一定范圍內的波動狀態。因此要避免出現油動機波動的情況，必須保持一定的過封度。

在設置過封度的過程中，切忌過大，如果出現過封度過大的情況，則容易造成調節系統的遲緩率增大和動態性能惡化，因此掌控好合適的度是十分必要也是很重要的。對過封度的測量可采用以下方法：當過封度呈現負值時，可通過在套筒窗口焊錫的方法加以調整，或者把套筒和滑閥同時置于平板，然后借助游標卡尺，一一進行精密測量；當錯油門的套筒能夠比較拆下時，則可直接人工取出，查看滑閥的凸肩是否和套筒窗口是否相配，并根據檢查結果，做出有針對性的處理。

5.2 對滑閥卡澀的闡釋

滑閥的卡澀和多種因素有關，不僅僅是油質，以下是列舉的幾種情況

5.2.1 滑閥和套筒機械加工存在誤差

出現這種誤差會帶來諸多問題，比如帶逆錐滑閥的卡緊力、由于滑閥的傾斜造成的液壓卡緊力。

5.2.2 由于滑閥作用力偏斜引起的卡澀

滑閥和套筒之間出現摩擦會引起滑閥卡澀，而二者之間之所以會出現摩擦，主要是由于作用在滑閥上下的作用力不同心，作用力不同會造成力偶，進而導致滑閥出現傾斜，直至和套筒壁靠在一起，這種情況在使用彈簧來平衡油壓的變化時尤為顯著。引起彈簧偏心的因素主要有兩方面，一是彈簧位置安放不恰當；二是彈簧制造質量低下。因此要避免彈簧偏心情況的出現，就要著重把握好這兩點。

5.2.3 錯油門滑閥與套筒的配合間隙會引起卡澀

錯油門滑閥與套筒的配合間隙有嚴格標準，必須符合制造廠的要求，太大或者太小都會引起卡澀。間隙太大，容易造成內部漏油，不但浪費油，還會致使工作難以穩定進行；間隙太小，雖然在做冷態測量時時尚靈活，但此時滑閥的工作溫度基本上等于油溫，但高于套筒溫度，當處于工作狀態時，就可能出現卡澀。

要做好滑閥卡澀的預防工作，需要提前注意以下幾點：嚴把設計制造關，提高精確度，最大限度減少誤差，為此可采用對壓彈簧來平衡油壓的結構，具體來講就是，把彈簧支承在彈簧座內，發揮頂針的作用，把彈簧座與滑閥緊密聯系起來；在滑閥表面開均壓槽等。日常技術人員檢修機組的過程中，要格外重視查看滑閥的工作狀態，一旦發現異常，及時做出處理，確保透平油質良好，各部件正常運轉，最終全面提高調節系統的穩定性。

6 結語

從以上分析中我們可以得知，要確保孤網運行機組調節系統工作的穩定性并非一蹴而就的，需要解決調節系統遲緩率過大、調節汽門重疊度錯誤、調節油系統異常、過封度不恰當、卡澀等諸多可能會引起調節系統不穩定的因素，為此需要相關技術人員做出長期而艱苦的努力，我們有理由相信，只要工作人員持之以恒、堅持不懈、認真投入，就一定可以促使孤網運行機組調節系統更加穩定、順利的工作。

參考文獻

[1]侯林鵬，王佳利，郭海龍.自容式油動機DEH電液調節系統在孤網運行機組上的成功應用[J].液壓氣動與密封，2013，01：54-57+60.

[2]史愷.汽輪機調節系統工作不穩定分析[J].黑龍江科技信息，2007，06：38+143.

作者單位

國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司 新疆維吾爾自治區哈密市 839000