C25-4.90/1.27型汽輪機負荷跳動分析及處理

王曉輝，劉廣于，陳建輝，徐凱華，張海濤

（北京首鋼股份有限公司，河北遷安 064404）

引言

首鋼股份公司C25-4.90/1.27 型汽輪機為青島捷能汽輪機股份有限公司生產(chǎn)，本體結(jié)構(gòu)為單缸單抽汽凝汽式汽輪機。額定進汽壓力為4.90 MPa,額定進汽溫度為435 ℃，額定進汽量為150.2 t/h，高壓油動機全行程119 mm。

近期,機組運行中經(jīng)常在沒有調(diào)整的情況下出現(xiàn)負荷波動的現(xiàn)象。通過對負荷波動的情況進行統(tǒng)計分析，找到具體原因，并形成有針對性的措施，以最終解決負荷波動問題。

1 汽輪機調(diào)速系統(tǒng)介紹

1.1 DEH操作畫面介紹

機組采用的是杭州和利時自動化數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（簡稱DEH），該控制系統(tǒng)主要包括：轉(zhuǎn)速控制、功率控制和閥位控制。轉(zhuǎn)速控制是指從機組開始沖轉(zhuǎn)至定速3000 r/min，通過轉(zhuǎn)速PID 控制，最終使“實際轉(zhuǎn)速”與“目標轉(zhuǎn)速”一致。功率控制是指并網(wǎng)后的負荷功率調(diào)整，通過設(shè)定“目標功率”，“給定功率”自動以設(shè)定的“負荷率”達到與“目標功率”一致。隨著“給定功率”的增加，“實際功率”與“給定功率”產(chǎn)生偏差，通過系統(tǒng)的PID 運算，輸出電流信號給電液轉(zhuǎn)換器，電液轉(zhuǎn)換器將電流信號轉(zhuǎn)換成油壓信號來控制油動機動作，實際功率發(fā)生改變，最終達到設(shè)定的目標功率。閥位控制是指并網(wǎng)后崗位人員可通過閥位控制的增、減按鈕改變油動機行程來調(diào)節(jié)汽輪機進汽，從而改變負荷。

下面重點介紹一下閥位控制和功率控制。

（1）閥位控制升負荷。并網(wǎng)初帶負荷后，DEH自動轉(zhuǎn)為閥控方式，崗位人員通過設(shè)置目標閥位和閥位變化率或點擊“閥控”增、減按鈕改變目標閥位來控制調(diào)門開度。向上箭頭表示增大閥位輸出，向下箭頭表示減少閥位輸出。參見圖1。

（2）功率控制升負荷。當并網(wǎng)帶負荷超過額定負荷的3%，點擊“功控”按鈕，系統(tǒng)進入功率控制方式。崗位人員可設(shè)置目標功率，機組給定功率自動以當前負荷率向目標功率靠近并最終達到一致。給定功率與實際功率之差，經(jīng)PID運算后，通過伺服機構(gòu)調(diào)節(jié)油動機開度，使實際功率跟隨給定功率變化。參見圖2。

圖1 閥控模式操作面板

圖2 功控模式操作面板

（3）在功率控制投入時，當出現(xiàn)功率給定和實際功率偏差超過10%的額定功率即2.5 MW，功率控制自動切除轉(zhuǎn)為閥位控制。

1.2 調(diào)速系統(tǒng)組成及工作原理

本機組調(diào)速系統(tǒng)工作部件主要由數(shù)字電液轉(zhuǎn)換器（沃斯閥）、調(diào)節(jié)滑閥、錯油門、油動機、反饋滑閥組成，如圖3所示。調(diào)速系統(tǒng)用油主要包括：數(shù)字電液轉(zhuǎn)換器用油即EH 動力油、作用在調(diào)節(jié)滑閥上的調(diào)節(jié)油、保證錯油門正常工作的脈沖油以及使油動機活塞動作的壓力油。

調(diào)速系統(tǒng)原理：機組在穩(wěn)定狀態(tài)下，錯油門滑閥處于中間位置，油動機則穩(wěn)定在某一位置上。功率控制下，操作員輸入目標功率值，執(zhí)行升負荷命令。給定功率自動以當前負荷變化率向目標值靠近，機組功率向給定功率靠近。給定功率與實際功率之差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器運算后輸出電信號相應增大，數(shù)字電液轉(zhuǎn)換器接收電信號輸出壓力信號（調(diào)節(jié)油壓）升高，調(diào)節(jié)滑閥上移，脈沖油壓升高，錯油門的平衡被破壞，錯油門上移，高壓油進入油動機活塞上腔，油動機活塞下腔接通主油泵進口油，油動機活塞向下移，油動機行程增加，調(diào)節(jié)氣閥開大，進汽量增加，完成升負荷指令，最終使實際功率與目標功率一致。

圖3 C25-4.90/1.27型汽輪機調(diào)速油系統(tǒng)圖

伴隨著油動機拉桿逐漸下移，反饋滑閥也向下移動，脈沖油進油量減少，脈沖油壓降低，錯油門滑閥也逐漸下移，直至錯油門滑閥回到平衡位置，油動機活塞由回到穩(wěn)定位置。減負荷時動作過程相反。

2 負荷波動現(xiàn)象

2.1 功率控制方式下，負荷波動

當時汽輪機在功率控制方式狀態(tài)下，給定功率15 MW 較實際功率14.4 MW 相差0.6 MW，所以經(jīng)PID 調(diào)節(jié)器運算后執(zhí)行升負荷指令，目標是使實際功率與給定功率一致。調(diào)節(jié)油壓逐漸升高至0.439 MPa，高壓油動機行程由52.3 mm緩慢升高至62.8 mm，該過程中一次脈沖油壓也緩慢升高至1.05 MPa，之后油動機行程突然開大（由63.1 mm升至70.9 mm），汽輪機進氣量瞬間增大（由75.09 t/h增加到96.4 t/h），負荷突升近6 MW（由14.4 MW 升至20.03 MW），觸發(fā)了給定功率和實際功率偏差超過10%的額定負荷（即2.5 MW）功控自動切除的連鎖，切換到閥控控制。

2.2 閥控狀態(tài)下增負荷時發(fā)生負荷波動

汽輪機閥控狀態(tài)下手動增負荷，目標閥位由47.43%緩慢增加到49.83%，負荷由15.07 MW 升高到20.53 MW 期間有兩次負荷跳動，第一次跳動約1 MW（功率由15.07 MW 跳到16 MW），第二次跳動約4.3 MW（功率由16.19 MW跳到20.53 MW）,兩次跳動均伴有一次脈沖壓的明顯升高。第二次脈沖油升至1.02 MPa。突升結(jié)束后脈沖油回到正常值。

2.3 閥控狀態(tài)下減負荷時發(fā)生負荷波動

汽輪機閥控狀態(tài)下目標閥位從52%緩慢手動減至46.66%過程中高壓油動機行程未發(fā)生變化，一次調(diào)節(jié)油壓和一次脈沖油壓一直緩慢下降，脈沖油壓降至0.96 MPa時負荷發(fā)生了跳動，油動機行程由71.8 mm 突降至65.9 mm，負荷由22.93 MW 突降至18.79 MW。

2.4 閥控狀態(tài)下無指令輸出時負荷波動

汽輪機閥控狀態(tài)下無任何人為指令輸出，EH動力油壓發(fā)生突降0.222 MPa 后引起負荷突降2.17 MW。表1 中數(shù)據(jù)記錄了是EH 動力油壓變化前后各參數(shù)的變化。

表1 負荷波動時參數(shù)變化情況

3 負荷波動原因分析

3.1 汽輪機油品質(zhì)不良

油質(zhì)的好壞直接會影響汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的正常工作。油質(zhì)不良首先表現(xiàn)在油中進水發(fā)生乳化、透明度降低，需檢查冷油器銅管是否發(fā)生泄漏以及軸封間隙調(diào)整是否得當造成蒸汽進入軸承箱造成油質(zhì)污染。其次表現(xiàn)在油的清潔度降低、機械雜質(zhì)多，由于濾油工作不到位使得油中一些金屬屑、砂粒、灰塵等不能有效去除，容易引起調(diào)速系統(tǒng)的卡澀，錯油門動作不良，使各個調(diào)節(jié)部件工作發(fā)生遲緩，靈敏度降低，在某一調(diào)整工況下造成汽輪機負荷波動。本汽輪機發(fā)生負荷跳動期間油品清潔度超過了控制標準的上限值。

3.2 錯油門發(fā)生卡澀

文中2.1、2.2 和2.3 中負荷動作時一次脈沖油壓分別到了1.05 MPa、1.02 MPa 和0.96 MPa，超出了脈沖油壓正常的工作范圍0.99～1.0 MPa，說明錯油門有卡澀現(xiàn)象。原本該汽輪機錯油門閥芯工作時是以一定轉(zhuǎn)速規(guī)律性地發(fā)生轉(zhuǎn)動和顫振的，這與錯油門的結(jié)構(gòu)特征有關(guān)，每轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)，錯油門滑閥下部的徑向放油孔就會與泄油孔接通一次，部分脈沖油被泄掉，致使滑閥下移，隨著滑閥的轉(zhuǎn)動，放油孔又被堵住，脈沖油壓又恢復到正常值，滑閥又上移，使得脈沖油發(fā)生有規(guī)律的脈動同時帶動滑閥顫振，而滑閥的顫振也會引起油動機拉桿產(chǎn)生細微的上下顫振，這樣使得油動機就能靈敏地對調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制信號作出響應。但目前汽輪機運行時錯油門并未發(fā)生轉(zhuǎn)動，動作靈敏性下降，導致負荷調(diào)整出現(xiàn)遲緩和跳動。

3.3 調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩率的影響

汽輪機負荷跳動與遲緩率的大小有密切關(guān)系，引起遲緩率過大的原因有：傳動機構(gòu)連接處發(fā)生磨損；錯油門彈簧作用力偏斜，使滑閥移動的阻力增大；錯油門、閥碟、油動機等發(fā)生卡澀或銹蝕等。因此，為避免系統(tǒng)的遲緩率過大，主要依靠嚴格的檢修維護工作。本機組規(guī)程中要求遲緩率≤0.25%。

3.4 EH動力油溢流閥、減壓閥堵塞

文中2.4 描述EH 動力油壓未收到人為干預發(fā)生波動，引起負荷變化。EH 動力油來自主油泵出口油壓，經(jīng)過兩道過濾器、減壓閥、溢流閥后進入高低壓數(shù)字電液轉(zhuǎn)換器，由4～20 mA 電信號轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)油壓來控制調(diào)節(jié)滑閥開度，實現(xiàn)增減負荷指令。此次EH 動力油壓波動懷疑是減壓閥和溢流閥有堵塞現(xiàn)象。

4 運行中臨時控制措施

（1）潤滑油系統(tǒng)要加強濾油，保證濾油時間，保證油質(zhì)合格。

（2）加強設(shè)備巡檢，注意現(xiàn)場油動機拉桿、三角架連接部件、彎角杠桿兩個小軸承、錯油門、反饋滑閥的工作情況。

（3）在汽輪機高壓油動機行程51～72 mm 采用閥控調(diào)節(jié)，盡量避免在目標閥位45%～55%區(qū)間內(nèi)頻繁調(diào)整和保持，如因煤氣限燒或富裕機組增減負荷需經(jīng)過此區(qū)間段時，可以參考一次脈沖油壓的正常變化范圍0.99～1.00 MPa，低于或高于這個范圍要引起注意，做好預判，并提前通知鍋爐崗位可能會有負荷的突變。調(diào)整閥位時要多觀察，有一定的停留時間，切記快速大幅度增減。

(4)EH 油壓波動不排除溢流閥和減壓閥內(nèi)部微動元件的影響，待停機檢修檢查處理。運行時切記不能碰觸EH 動力油小濾網(wǎng)旁的溢流閥和減壓閥，易引起跳機。EH 動力油壓有異常變化時可以考慮切換濾網(wǎng)，但應把引起負荷變化的因素考慮進去，不要在滿負荷時切換EH動力油濾網(wǎng)。

5 解決方案

(1)要保證透平油品質(zhì)合格，首先在機組啟動前，按規(guī)范要求做好油循環(huán)工作，確保油質(zhì)達到要求。其次，運行中要對前后汽封進行及時調(diào)整，防止汽封冒汽過大，導致油中含水。嚴格執(zhí)行油質(zhì)監(jiān)督制度，發(fā)現(xiàn)油質(zhì)不合格，及時投入濾油設(shè)備進行濾油。為提高汽輪機透平油清潔度，執(zhí)行使用濾油機每日24 h 連續(xù)濾油方案，濾油3 周后汽輪機清潔度回到標準范圍。

（2）利用汽輪機組檢修清洗錯油門滑閥、套筒、轉(zhuǎn)動盤、噴油孔等部件，錯油門動作遲緩性有所改善，調(diào)整負荷時脈沖油壓在0.99～1.0 MPa 變化就能實現(xiàn)錯油門的正常動作。

(3)優(yōu)化PID 參數(shù)，汽輪機開機調(diào)試過程中通過不斷摸索、修改功率控制中PID參數(shù)，針對機械動作遲緩，減慢響應速度，增長調(diào)節(jié)周期，來降低峰谷偏差。最終將比例帶由500 提高到750，積分時間由60 增加到65，有效地解決了負荷突變問題，提高了機組穩(wěn)定性。

（4）更換EH 動力油濾網(wǎng)，對溢流閥、減壓閥也進行了解體清洗，投運一個月未發(fā)生油壓波動。

6 結(jié)語

對C25-4.90/1.27 型汽輪機調(diào)速系統(tǒng)所出現(xiàn)的問題進行停機處理后，目前運行平穩(wěn)，增減負荷較之前有很大改善，避免了負荷跳動，能夠滿足機組日常調(diào)整，提高運行的穩(wěn)定性和安全性。