火電廠給水流量晃動因素分析

程 洋 汪君奇 蔣 威

華能上海石洞口第一電廠運行部

0 背景

某電廠裝有4臺國產第一批300 MW亞臨界燃煤機組，每臺機組配置2臺50%鍋爐額定容量的汽動給水泵。小機為單缸、沖動、凝汽式、下排汽汽輪機，共七級動葉，一級單列調速級，六級壓力級，無回熱設備，正常運行時汽源來自四抽，啟動時采用鄰機備汽，兩路汽源壓力相近，機組負荷變化時無需進行汽源切換，排汽進入主機凝汽器。小機調速系統采用MEH實時控制，抗燃油系統與主機共用。2021年11月至2022年3月，不到 半年的時間里發生了多次給泵A、B流量晃動從而引起主給水流量晃動情況，給機組安全運行帶來了隱患。本文結合實際運行經驗及參考文獻，發現引起給水流量晃動因素如下：

1 影響因素

1.1 一次調頻

由于電能無法實現大規模存儲，因此電網需時刻保持用電和供電的動態平衡，而電網頻率是最直接反映這一平衡狀態的重要指標。當頻率上升或下降時，各并網機組的一次調頻首先完成負荷調整，然后跟隨電網AGC指令改變負荷設定值，從而消除頻率偏差，保證電網負荷的動態平衡。在額定轉速附近，一次調頻存在著對頻率差和轉速差的不靈敏區，稱為一次調頻死區［1］，這是因為在額定值附近，即使電網頻率穩定，也無法避免頻繁波動情況。為避免一次調頻引起調速系統不必要的動作，減少設備磨損，設置了該死區，使頻率在死區內波動時一次調頻不動作。該電廠一次調頻由CCS和DEH共同實現，頻率死區為±2 rpm/min，最大負荷變化19 MW，一次調頻動作時CCS側的負荷指令與一次調頻負荷指令相疊加，同時一次調頻負荷前饋信號在DEH側疊加在機組流量指令上，使汽輪機高調門快速動作以響應頻率的變化［2］。整個過程中，當調門快速變化時勢必引起主汽壓、給水阻力和給水量變化，此外，CCS側因負荷指令的改變，給水及燃料量也發生了改變，在CCS及DEH的共同作用下，給水量發生晃動是必然的，但如果負荷變化在規定范圍內，且鍋爐燃燒穩定，汽機調門動作正常，則無需擔心給水不穩，因最終會趨于穩定。作為運行人員，需正確判斷給水晃動是由一次調頻引起的還是其他因素引起的，以便采取正確措施。如圖1機組穩定運行時曲線均處于平穩狀態，當電網頻率降低時，一次調頻動作，負荷指令上升，汽機調門開大，主蒸汽壓力降低，給水與壓力反方向變化，實際負荷上升，同時鍋爐加煤加水強化燃燒，電網頻率上升時動作方向與之相反。

圖1 電網頻率引起的機組動作

1.2 減溫水

機組過熱器減溫水取自高加出口給水母管，再熱器減溫水取自給泵中間抽頭，給水調節取消了給水調門調節給水量的方法，采用改變給泵轉速來調節，減少了節流損失。理論上由于過熱器與再熱器減溫水取水點原因，其用量與給水晃動有關，但實際運行中，因減溫水均需通過調門控制且對汽溫只是微調，不會出現大開大合情況，用量不會在短時間內頻繁波動。該電廠的幾次流量晃動均未發現減溫水與給水晃動的相關關系。如圖2所示，2022年2月22日14 h28 min，給泵B發生了流量晃動，晃動前過熱器及再熱器減溫水量較為平穩，即使在給泵B晃動后，減溫水量也只是平穩波動，可見因減溫水總量及調門的作用，減溫水與給水流量晃動無明顯關系。

1.3 給泵控制系統不穩

圖2 給泵與減溫水量關系

圖3 小機MEH的轉速控制方式

小機MEH有“轉速自動”“轉給水”“軟手操”三種控制方式（見圖3）。在“轉速自動”時，運行人員可直接輸入轉速目標值來改變小機轉速，也可點擊“轉速增”“轉速減”按鈕來改變目標值，一般在小機啟動時用得較多?！稗D給水”控制相當于遙控方式，即小機MEH接收鍋爐DCS發出的給泵轉速指令，再生成小機調門開度指令進行給水調節?！稗D速自動”和“轉給水”控制方式均為閉環控制，即伺服卡需根據DPU指令輸出值A與反饋值P進行比較再輸出最終指令，見圖4?！败浭植佟笨刂茷殚_環控制，即伺服卡內部指令保持不變，通過外部手動點擊“閥位增”或“閥位減”來改變小機轉速。需注意的是，手動狀態下伺服系統仍然監視汽輪機轉速等重要保護，一旦保護被觸發，輸出指令將關閉調門。由上可知，控制系統的正常對給水流量的穩定起到了重要的作用。實際運行中引起控制系統不穩定的是LVDT和伺服閥這兩個設備。

1）LVDT

LVDT（直線位移傳感器）是油動機行程的位置反饋，是閉環控制的重要組成部分，其工作環境惡劣，對安裝要求較高，雖采取雙通道配置以解決單通道故障時導致調門全開的安全隱患，但在實際運行中仍多次發生LVDT卡澀變形、支撐架脫落等故障［3］。當發生LVDT卡澀時，位返不再靈敏，DCS指令不斷變化以消除偏差，給水流量隨之晃動。導致LVDT卡澀的原因主要有安裝時同心度不符合要求、高溫環境使部件發生變形等。支架脫落則是更為惡化的工況，此時位返固定在一定值，與實際產生偏差，小機轉速指令會不斷增加或減少（增減方向視位返與指令的差值，正值增加，負值減少），易引發鍋爐斷水及小機超速保護動作，給機組穩定運行帶來重大安全隱患。因此在實際工作中，LVDT支架與油動機采取剛性連接，防止抖動脫落，巡檢也將此點作為巡檢點，發現異常及時消缺，運行人員第一時間將MEH由自動或遙控模式切為軟手操，直接改變閥位開度來調節給水。

2)伺服閥

圖4 MEH閉環控制

圖5 伺服閥工作原理

如圖5所示，伺服閥收到DEH閥位開大指令時，力矩馬達帶動可動銜鐵順時針偏移，擋板向左移動，左側噴嘴噴油受阻使閥芯左側油壓升高，閥芯向右移動，同時帶動反饋桿向右彎曲，油口A、B接通，高壓EH油通過油口A、B進入油動機開大調門，當調門閥位反饋信號與DEH發出的指令信號一致時，力矩馬達失電，可動銜鐵復位，擋板回中間，左右噴油量相等，閥芯兩側油室壓力相等，閥芯在反饋桿應變力作用下，向左移動回到中間位置，同時關閉油口A，調門達到新的平衡點。同理，伺服閥收到DEH閥位關小指令時,力矩馬達帶動可動銜鐵逆時針偏轉，擋板向右移動，右側噴嘴噴油受阻使閥芯右側油壓升高，閥芯向左移動，同時帶動反饋桿向左彎曲，油口B、C接通，高壓EH油通過油口B、C排油，調門在彈簧力作用下關小，當閥位反饋信號與DEH發出的指令信號一致時，力矩馬達失電，可動銜鐵復位，擋板回中，左右噴油量相等，閥芯兩側油室壓力相等，閥芯在反饋桿應變力的作用下向右移動回位，同時關閉油口C，調門達到新的平衡點［4］。由伺服閥工作原理可知，在一次調頻及機組調峰工況下，伺服閥時刻接受DCS指令，不斷開大或關小調門以改變給水流量，伺服閥一旦故障，給水流量將變得不穩定。運行中常見的伺服閥故障主要有：EH油油質惡化，雜質附著于閥芯，使閥芯的往復運動受阻；過濾器堵塞，進出油不暢，使閥反應遲鈍，響應降低；閥芯機械磨損。發生以上情況時需停泵將伺服閥取下交專業廠家進行清洗或更換。

2 結論

以上是機組正常運行時與給水量波動有關的因素，除減溫水外，一次調頻、LVDT、伺服閥是比較常見的因素，某電廠從2021年11月至2022年3月發生的幾次晃動均與LVDT及伺服閥有關，最終通過調整LVDT連接或更換伺服閥得到解決。而運行人員在發現LVDT故障或懷疑伺服閥卡澀時應第一時間采取措施，將給泵控制切換到軟手操進行開環控制，同時暫停變負荷以減少故障泵的調節。