基于垃圾焚燒發電項目中汽輪機甩負荷試驗故障的探討

蔡增蛟

摘 ?要：隨著城鎮化建設的推進，每位居民日均產生垃圾量約為1.5kg，城市生活垃圾焚燒處理是實現無害化、減量化、資源化目標的最有效手段;垃圾焚燒產生熱能多采用發電實現其資源化高效利用，而垃圾發電項目中設備的高效正常運行尤其重要。基于此，本文以某垃圾發電廠為例，對垃圾發電汽輪發電機甩負荷試驗故障進行分體探討，進一步探究其失敗原因分析、提出了系統優化方案。

關鍵詞：垃圾發電;甩負荷;DEH系統;汽輪機

一、垃圾發電汽輪機甩負荷失敗情況簡介

某垃圾發電廠1000 t/日焚燒線用汽輪發電機在調試過程中進行甩負荷試驗，試驗過程中出現轉速高致汽輪機跳閘的情況，其由DEH系統采集的歷史曲線圖中看到，在某一時刻并網信號消失，功率由10 MW瞬間變到0，OPC保護動作開啟，且調門指令到0，轉速飛升，最高轉速為3268r/min，機組跳閘轉速為3240 r/min，因此汽輪機停機。

二、垃圾發電汽輪機甩負荷失敗原因分析

一般來說，汽輪機所受最大擾動發生在負荷全部失去的瞬間，以甩100%負荷為例，汽輪機甩負荷動作開始發生，調節系統的動作過程主要有以下幾個階段：

1）發電機并網開關斷開后，調節汽閥關閉動作尚未開始，此時蒸汽流量保持不變，轉速按接近線性規律保持升速;

2）調節汽閥開始關閉直至全關，這一過程中引起汽輪機動態超速的原因有兩部分，分別為在調門完全關閉前進入汽輪機的蒸汽做功和汽輪機內已存蒸汽做功，故此階段轉子升速率將逐漸減小;

3）機組調節汽閥關閉到位，汽缸及各抽汽管路內剩余蒸汽繼續做功，但是做功的能力逐漸減小，升速率減小，當剩余蒸汽做功的能力等于汽輪發電機組各項損失之和時，轉子不再升速，汽輪機達到最高飛升轉速;

4）剩余蒸汽做功的能力繼續下降直至為0，這一過程剩余蒸汽無法推動轉子繼續加速，汽輪機進入降速階段;

5）汽輪機調節系統再次介入調節將汽輪機轉速調至并網前轉速等待再次并網。

根據以上過程，我們可以將甩負荷的整個過程劃分為幾個關鍵環節，如圖1所示。圖1中任意環節的動作延時都將最終影響汽輪機的最高飛升轉速，因此系統設計時應優化以上各個環節的動作時間。

三、垃圾發電汽輪機DEH系統優化

該汽輪發電機調節系統從以下幾個方面進行DEH系統優化，使機組甩負荷轉速超調減小，并快速穩定。

1、轉速加速度計算優化。

智能加速度算法較傳統算法相比有如下優缺點：傳統加速度計算方式若選取1個周期或幾個周期，加速度計算時間太短，導致加速度計算不準，且發生轉速探頭測量跳變，極易引起誤判斷;若選取較長周期，加速度計算時間較長，加速度不具備參考價值，且若在時間內發生甩負荷，極易延誤判斷時間或判斷不出甩負荷。智能加速度計算方式選取若干周期轉速加速度，通過系數分配，使約靠近當前時間的加速度占比越大，較準確地體現出轉速加速度。并且通過邏輯優化，使每個控制周期都輸出轉速加速度結果，大大提高了加速度預判的準確性。

2、增加OPC動作預置值。

常規系統OPC動作后，轉速PID開始穩定轉速，但由于OPC動作已將PID指令清0，機組惰走速度較快，PID的運算極易造成超調現象，導致汽輪機轉速波動較大，甚至會導致PID頻繁動作。

DEH系統通過優化OPC動作恢復指令值，當OPC動作復位后，根據機組蒸汽參數和以往沖轉經驗設置“OPC動作預置值”，使OPC動作后的PID計算初始值從“預置值”開始輸出，有效避免了PID的超調，具有更快更穩定的轉速。

3、增加轉速PID前饋。

DEH系統依靠轉速PID穩定轉速，DEH在轉速中結合轉速加速度計算優化，將加速度值設置為轉速PID前饋中，通過“預知轉速值”的前饋，快速、穩定控制調門，避免甩負荷超速并快速穩定轉速至額定轉速。

四、垃圾發電汽輪機液壓系統優化

液壓系統主要考慮該機組OPC動作時，主要依靠DEH指令將經電液轉換器輸出相應的二次油壓清零從而控制油動機關閉，這一過程因為有電液轉換器的存在必定增加了系統的響應時間，因此考慮在原有二次油管路上增加OPC電磁閥，使得OPC動作時，OPC指令直接動作OPC電磁閥使二次油卸掉，從而縮短控制周期。

五、垃圾發電汽輪機調節系統優化后試驗情況

經系統優化后機組甩負荷性能得到了大大提升，再次試驗時最大飛升轉速已得到較好改善，具體數據由圖2所示。通過曲線可以看到，在時間顯示為11：14：07時，并網信號（淡紅色）消失，功率由8 MW瞬間變到0（藍色），OPC保護瞬間動作且維持約5 s，且調門指令瞬間到0，轉速飛升（紅色），最高轉速為3079 r/min，經12 s左右轉速穩定至3000 r/min。

六、小結

綜上所述，本文主要對某垃圾發電汽輪發電機甩負荷失敗的原因進行分析，然后從垃圾發電汽輪機DEH系統的優化和液壓系統優化兩方面著手解決問題，并在優化后試驗成功解決問題。以期為今后的相關工作提供參考。

參考文獻

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