程 洋 汪君奇 蔣 威
華能上海石洞口第一電廠運行部
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(tǒng)采用MEH實時控制,抗燃油系統(tǒng)與主機共用。2021年11月至2022年3月,不到 半年的時間里發(fā)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(fā)現引起給水流量晃動因素如下:
由于電能無法實現大規(guī)模存儲,因此電網需時刻保持用電和供電的動態(tài)平衡,而電網頻率是最直接反映這一平衡狀態(tài)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(tài)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(qū),稱為一次調頻死區(qū)[1],這是因為在額定值附近,即使電網頻率穩(wěn)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(tǒng)不必要的動作,減少設備磨損,設置了該死區(qū),使頻率在死區(qū)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(qū)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(fā)生了改變,在CCS及DEH的共同作用下,給水量發(fā)生晃動是必然的,但如果負荷變化在規(guī)定范圍內,且鍋爐燃燒穩(wěn)定,汽機調門動作正常,則無需擔心給水不穩(wěn),因最終會趨于穩(wěn)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(wěn)定運行時曲線均處于平穩(wěn)狀態(tài),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
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(jié)取消了給水調門調節(jié)給水量的方法,采用改變給泵轉速來調節(jié),減少了節(jié)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(fā)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(fā)生了流量晃動,晃動前過熱器及再熱器減溫水量較為平穩(wěn),即使在給泵B晃動后,減溫水量也只是平穩(wěn)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。
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。“轉給水”控制相當于遙控方式,即小機MEH接收鍋爐DCS發(fā)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(jié)。“轉速自動”和“轉給水”控制方式均為閉環(huán)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(huán)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(tài)下伺服系統(tǒng)仍然監(jiān)視汽輪機轉速等重要保護,一旦保護被觸發(fā),輸出指令將關閉調門。由上可知,控制系統(tǒng)的正常對給水流量的穩(wěn)定起到了重要的作用。實際運行中引起控制系統(tǒng)不穩(wěn)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(huán)控制的重要組成部分,其工作環(huán)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(fā)生LVDT卡澀變形、支撐架脫落等故障[3]。當發(fā)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(huán)境使部件發(fā)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(fā)鍋爐斷水及小機超速保護動作,給機組穩(wěn)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(fā)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(jié)給水。
2)伺服閥
圖4 MEH閉環(huán)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(fā)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(fā)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(wěn)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(fā)生以上情況時需停泵將伺服閥取下交專業(yè)廠家進行清洗或更換。
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(fā)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(fā)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(huán)控制,同時暫停變負荷以減少故障泵的調節(jié)。