淺析汽輪機(jī)側(cè)引發(fā)的電網(wǎng)低頻振蕩

韓冬

摘 要：隨著人們生活水平的提高，汽車成為現(xiàn)代人們出行必備的工具之一，因此汽車的安全至關(guān)重要。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力來(lái)源，汽輪發(fā)電機(jī)的振動(dòng)可能引起發(fā)電網(wǎng)的低頻振蕩。分析了引起電網(wǎng)低頻震動(dòng)的原因，針對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行研究分析，得出結(jié)論。本文就汽輪機(jī)側(cè)引發(fā)的電網(wǎng)低頻振蕩進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析，并提出一些觀點(diǎn)，希望引起讀者的共鳴。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；低頻振蕩；數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)

電力系統(tǒng)的各部位有時(shí)會(huì)出現(xiàn)低頻的振蕩，并且這也是一直以來(lái)物理學(xué)者研究的重點(diǎn)，有的學(xué)者提出低頻振動(dòng)產(chǎn)生的原因是因?yàn)楣舱瘢娏ο到y(tǒng)中的擾動(dòng)頻率與自然頻率相一致時(shí)就會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)的現(xiàn)象。本文針對(duì)汽輪機(jī)側(cè)引發(fā)的電網(wǎng)低頻振蕩進(jìn)行簡(jiǎn)要的研究，希望為其日后的發(fā)展提供幫助。

1、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要有兩種：液壓調(diào)節(jié)和數(shù)字電液調(diào)節(jié)（digitalelectro-hydrauliccontrolsystem，DEH），目前國(guó)內(nèi)單機(jī)容量在125MW以上的機(jī)組幾乎全部采用了DEH。

1.1DEH功率控制模式

DEH功率控制主要有兩種模式（見(jiàn)圖1）：

1.1.1閥位控制。閥門(mén)開(kāi)度直接由操作員設(shè)定進(jìn)行控制。根據(jù)設(shè)定所要求的開(kāi)度，DEH與閥門(mén)位置（簡(jiǎn)稱閥位）反饋信號(hào)進(jìn)行比較后，輸出控制信號(hào)到伺服系統(tǒng)，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即調(diào)節(jié)汽門(mén)）的開(kāi)度，達(dá)到改變功率的目的。

1.1.2功率反饋控制。DEH接收現(xiàn)場(chǎng)功率信號(hào)與給定功率進(jìn)行比較后，送到控制器進(jìn)行差值放大，綜合運(yùn)算輸出閥門(mén)開(kāi)度信號(hào)，與閥位反饋信號(hào)進(jìn)行比較后，輸出控制信號(hào)到伺服系統(tǒng)。

1.2汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)機(jī)械功率的影響

汽輪機(jī)的機(jī)械功率為高壓缸和中低壓缸的功率之和。分析顯示：汽輪機(jī)組機(jī)械功率的變化跟調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度的變化成正比關(guān)系。調(diào)門(mén)快速波動(dòng)將造成汽輪機(jī)功率快速波動(dòng)，若調(diào)節(jié)閥門(mén)穩(wěn)定不動(dòng)，汽輪機(jī)功率將不會(huì)快速波動(dòng)，其他熱力參數(shù)的變化造成機(jī)械功率的變化較慢，不會(huì)落入低頻振蕩的范圍。

2調(diào)節(jié)系統(tǒng)波動(dòng)的原因及預(yù)防措施

2.1控制器部分

2.1.1調(diào)門(mén)流量特性曲線與實(shí)際偏差大

調(diào)門(mén)流量特性曲線是調(diào)門(mén)開(kāi)度與流量之間的關(guān)系曲線，在其承載力發(fā)生變化時(shí)DEH就是根據(jù)曲線發(fā)生的變化而進(jìn)行調(diào)整，使其滿足汽輪機(jī)的需要。但是，要是曲線與實(shí)際的差別大，尤其是在曲線的轉(zhuǎn)彎處進(jìn)行操作時(shí)，會(huì)造成幾組的負(fù)荷量增加并產(chǎn)生振動(dòng)。因?yàn)檫@個(gè)原因而產(chǎn)生的振動(dòng)危害是巨大的。因此，制造廠在提供調(diào)門(mén)流量特性曲線時(shí)，應(yīng)該實(shí)事求是，按照具體的情況進(jìn)行匯報(bào)，并且在繪制調(diào)門(mén)流量特性曲線的之前還要仔細(xì)的研究檢查，并且在繪制的過(guò)程中要減少差錯(cuò)的出現(xiàn)，保證調(diào)門(mén)流量特性曲線的準(zhǔn)確性，在繪制完成后還要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以保證調(diào)門(mén)流量特性曲線的繪制的與實(shí)際相符。

2.1.2調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度變動(dòng)率過(guò)小

速度變動(dòng)率也是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要部分，是汽輪機(jī)因負(fù)荷量變化而產(chǎn)生轉(zhuǎn)速變化的重要反映。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度變動(dòng)率過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)的曲線過(guò)于平緩，對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生影像，會(huì)使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致負(fù)荷擺動(dòng)，對(duì)汽輪機(jī)的正常運(yùn)作產(chǎn)生不利的影響，進(jìn)而影響人們的生命財(cái)產(chǎn)的健康。DEH的速度變動(dòng)率由人工設(shè)定，在設(shè)定的過(guò)程中要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)則，不能隨意的進(jìn)行改變。

2.1.3調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩率過(guò)大

遲緩率是與調(diào)節(jié)系統(tǒng)相關(guān)的又一重要目標(biāo)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率過(guò)大，主要是因?yàn)檎{(diào)節(jié)部件的磨損和損耗產(chǎn)生的，會(huì)造成機(jī)組負(fù)荷的有機(jī)擺動(dòng)，因此，要對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行近期的遲緩率測(cè)試，使其滿足調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。滿足相關(guān)的條文規(guī)定，確保汽車的正常運(yùn)行。

2.2伺服系統(tǒng)

2.2.1閥門(mén)控制卡

為了防止伺服閥卡澀，一般都在閥門(mén)控制卡處為伺服閥整定合適的振蕩電壓，用以保證調(diào)速汽門(mén)有微小的波動(dòng)（顫振）。整定的振蕩電壓以不能用肉眼觀察到調(diào)門(mén)波動(dòng)為宜。在機(jī)組正常運(yùn)行中，如振蕩電壓的幅值增大，調(diào)速汽門(mén)的波動(dòng)幅值就會(huì)增大直至引起負(fù)荷振蕩。因此，要定期對(duì)振蕩電壓進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)要及時(shí)處理。

2.2.2伺服閥

據(jù)統(tǒng)計(jì)，由油質(zhì)污染造成伺服閥卡澀故障的約占40%；由伺服閥本身的結(jié)構(gòu)特性（彈簧管疲勞或磁鋼磁性變化）引起的伺服閥振動(dòng)，導(dǎo)致汽門(mén)擺動(dòng)的約占10%。另外，運(yùn)行過(guò)程中油質(zhì)劣化（油中進(jìn)水、酸值增高等）會(huì)使部套銹蝕、卡澀，也會(huì)造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)擺動(dòng)。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)抗燃油的油質(zhì)監(jiān)督，運(yùn)行中的機(jī)組要定期取樣化驗(yàn)，不間斷地濾油，防止油質(zhì)劣化。

2.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括油動(dòng)機(jī)、調(diào)門(mén)以及連接機(jī)構(gòu)，容易造成調(diào)門(mén)波動(dòng)的原因主要是連接機(jī)構(gòu)。如果連接機(jī)構(gòu)出現(xiàn)間隙，在調(diào)門(mén)開(kāi)到一定位置時(shí)，閥內(nèi)的高壓汽流將會(huì)影響調(diào)門(mén)的穩(wěn)定性。如某廠200MW機(jī)組在運(yùn)行中某一負(fù)荷點(diǎn)發(fā)現(xiàn)門(mén)桿有上下串動(dòng)現(xiàn)象，負(fù)荷反復(fù)波動(dòng)值達(dá)15MW甚至更多。停機(jī)對(duì)連接卡蘭解體檢查，發(fā)現(xiàn)門(mén)桿連接卡蘭與套的間隙達(dá)到了4～5mm，對(duì)門(mén)桿連接卡蘭進(jìn)行改進(jìn)消除間隙后問(wèn)題得到了解決。調(diào)速汽門(mén)機(jī)械部分故障在運(yùn)行中發(fā)生較少，容易被人忽視。

2.4閥位反饋系統(tǒng)

閥位反饋系統(tǒng)不正常將導(dǎo)致機(jī)組閥門(mén)控制不正常，甚至?xí)归y門(mén)控制不能收斂而發(fā)散造成負(fù)荷波動(dòng)。用于DEH中閥位反饋的位移傳感器的原理都是將位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。在汽輪機(jī)控制系統(tǒng)中常用的一種是線性位移傳感器LVDT。閥門(mén)波動(dòng)的原因是否是閥位反饋引起的可通過(guò)觀察閥位反饋曲線和實(shí)際閥門(mén)波動(dòng)趨勢(shì)是否一致進(jìn)行判斷。導(dǎo)致LVDT工作不正常的原因通常是：線圈磨損和芯桿偏斜；現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度高于LVDT允許工作溫度。

2.5功率反饋系統(tǒng)

功率反饋系統(tǒng)工作不正常將會(huì)使功率控制出現(xiàn)波動(dòng)。2007年7月3日某發(fā)電廠300MW機(jī)組因發(fā)變組出口斷路器合閘位置信號(hào)消失，DEH判斷機(jī)組解列（實(shí)際在網(wǎng)上），發(fā)出“OPC”信號(hào)，共造成11次負(fù)荷振蕩，最終機(jī)組跳閘解列。檢查原因是斷路器送入DEH的位置信號(hào)只有一個(gè)“合閘”位置信號(hào)，一旦該信號(hào)消失，就判斷為“分閘”，這種設(shè)計(jì)方式在電源消失、斷線、DI通道或硬件故障等情況下及易誤發(fā)脫網(wǎng)信號(hào)而引發(fā)OPC動(dòng)作。因此機(jī)組并網(wǎng)/解列信號(hào)判斷必須采用“三取二”方式或“合閘”與“分閘”綜合判斷。

3、結(jié)束語(yǔ)

發(fā)電機(jī)組的安全是汽車安全運(yùn)行的保障，因此保證發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是關(guān)鍵所在。輪機(jī)側(cè)引發(fā)的電網(wǎng)低頻振蕩是電力機(jī)組的經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題，如果沒(méi)有及時(shí)解決不會(huì)影響發(fā)電機(jī)的正常工作，還會(huì)威脅到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。減少因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的擾動(dòng)而引起的電網(wǎng)振動(dòng)，是目前所面臨的重要問(wèn)題。因此，必須加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，是我國(guó)發(fā)電機(jī)的質(zhì)量得到進(jìn)一步的更新，保證發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)作，減少振動(dòng)的現(xiàn)象發(fā)生。持此之外，還要提高共組人員的水平以及自身素質(zhì)，增強(qiáng)個(gè)人技能，提高責(zé)任意識(shí)和監(jiān)督意識(shí)。最后，還要完善汽車監(jiān)督管理體制，對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行詳細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z查，保證其正常的使用。針對(duì)汽輪機(jī)容易引起的振動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)防檢查，保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

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