两种型式600MW汽轮机组甩负荷试验比较分析

摘要： 　　东方汽轮机厂和上海汽轮机厂生产的600MW汽轮机组是目前在建电源项目的主力机型，HIACS-5000M高压纯电调控制系统和DEH-IIIA型数字式电液调节控制系统是目前国内600MW汽轮机组控制系统的典型配置。本文介绍与分析了以上这种汽轮机控制系统在汽轮机组甩负荷后转速飞升抑制方面的做法，并结合具体实例详细的描述了两台不同型式的600MW机组甩负荷试验时的操作方法与试验结果，这对国内同类型机组的甩负荷试验有一定的参考价值。 关键词： 　　600MW机组 汽轮机 甩负荷试验 1 引言 　　甩负荷试验是考核汽轮机调节系统动态特性的一个重要方法，是新建汽轮机组在正式投产之前所必须完成的一项重要试验。 　　嘉兴发电厂二期工程（以下简称“嘉电二期”）由四台600MW机组组成，其中#3、#4机组汽轮机为东方汽轮机厂按日本日立公司提供的技术制造的冲动式、亚临界、中间再热式、高中压合缸、三缸四排汽、单轴、凝汽式汽轮机，机组型号为N600-16.7/538/538-1，启动方式以中压缸启动为主。#5、#6机组为上海汽轮机有限公司与美国西屋公司合作并按照美国西屋公司的技术制造亚临界、中间再热式、四缸四排汽、单轴、凝汽式汽轮机，机组型号为N600-16.7/537/537，启动方式以高压缸启动方式为主。 　　近两年，在国内已经投产和即将投产的机组中，嘉电二期的这两种机型有一定的代表性。目前，该工程两种类型的汽轮机组的甩负荷试验均已顺利完成，本文针对该工程中的#3、#5机组的甩100%负荷试验作以比较分析，希望能为其它同类型机组甩负荷试验的顺利进行提供一定的参考。 2 甩负荷后转速飞升抑制的控制方式 　　大容量汽轮机的转子时间常数较小，汽缸的容积时间常数较大，在发生甩负荷时，汽轮机的转速飞升很快，如果仅靠系统的转速反馈作用，最高转速有可能超过110%额定转速，从而致使汽轮机发生遮断，使机组不能快速重新并网。为此不同的汽轮机控制系统一般均设置有一套较为完善的甩负荷超速限制逻辑。 2.1 嘉电二期#3汽轮机的甩负荷后转速飞升抑制 　　嘉电二期#3机组汽轮机采用的是东方汽轮机厂配套的HIACS-5000M高压纯电调控制系统，它主要采用了两种方式限制汽轮机在甩负荷时超速。第一种方式是采用功率－负荷不平衡（PLU）回路，设置该回路的基本思想是认为当汽轮机功率（用再热器压力表征）与汽轮机负荷（用发电机电流表征）不平衡时， 会导致汽轮机超速。判断两者不平衡的标志是：再热器出口压力与发电机电流之间的偏差超过设定值并且发电机电流的减少超过40%/10ms。PLU回路检测到这一情况时，功率－负荷不平衡继电器动作，迅速关闭汽轮机高、中压调节阀3秒，从而抑制汽轮机的超速。PLU回路动作以后，汽轮机目标转速及给定转速改为3000r/min，一段时间后，中压调节阀恢复由伺服阀控制，并最终维持汽轮机转速保持在3000r/min。 　　第二种转速抑制方式是采用加速度限制回路。当汽轮机转速大于3060 r/min、加速度大于49(r/min)/s时，加速度继电器（ACC RELAY）动作，加速度限制回路快速关闭中压调节阀2.5秒，从而抑制汽轮机的转速飞升。 2.2 嘉电二期#5汽轮机的甩负荷后转速飞升抑制 　　嘉电二期#5机组汽轮机采用新华控制工程有限公司的DEH-IIIA型数字式电液调节控制系统，该系统主要采用安装在机组前轴承座上的两个超速保护控制器电磁阀（OPC电磁阀）来完成其对汽轮机甩负荷后超速的抑制，它主要也采用了两种方式限制汽轮机在甩负荷时超速。第一种方式是它的甩负荷预测功能，具体的做法是：机组解列瞬间，如果此时的中缸排汽压力大于30%额定值时，OPC动作2秒，高压调节阀和中压调节阀同时关闭，高压调节阀在汽轮机转速降到3000r/min以下时开启，中压调节阀在首次OPC动作后再延时2秒后开启。 　　第二种转速抑制方式是转速超过103%额定转速时OPC动作的方式：转速超过103%额定转速时，OPC动作，转速降到103%额定转速以下时，OPC恢复，如此可能反复多次，当机组转速降到额定转速后，中压调节阀全开，高压调节阀参与汽轮机转速控制，使其最终保持在额定转速。 2.3 两种机型甩负荷后转速飞升抑制方式比较 　　从以上描述可以看出，两种机型的控制系统均一定程度的具有甩负荷预测功能和转速飞升后的转速抑制功能，所不同的是#3机组汽轮机控制系统多采用通过速度或加速度的变化作为判据来进行的“前馈” 控制方式，一定程度上减少了动作的滞后性，而#5机组汽轮机控制系统多采用实际测量值直接作为判据来进行的“反馈” 控制方式。 　　两种机组启动方式不同，因而在甩负荷后高压调节阀和中压调节阀的控制方式也不同。#3机组汽轮机采用中压缸启动方式，在额定转速时，高压调节阀不参与汽轮机转速控制，因此，在机组甩负荷后高压调节阀全关，并不再开启，以后的一系列转速抑制全部由中压调节阀完成。而#5机组汽轮机采用高压缸启动方式，在额定转速时，中压调节阀全开，汽轮机的转速控制全部由高压调节阀完成，因此，在机组甩负荷后高、中压调节阀首先全关，而最终中压调节阀要全开、高压调节阀微开实现对汽轮机的转速控制。 　　两台机组均配有旁路系统，但由于机组的启动方式不同，因而所配置的旁路系统型式也不同。#3机组配置有德国Bopp & Reuther公司生产的两级串联40%BMCR容量、液压驱动的高、低压旁路系统，该旁路能与DEH系统一起自动实现汽轮机的转速控制，并具有快开功能。而#5机组配置的旁路系统为简易电动旁路，该旁路在汽轮机开如冲转前关闭，如机组发生跳闸或甩负荷，它合根据之前的负荷来达到预定的开度，以抑制过热器的超压。 　　另外，#3机组汽轮机为高中压缸为合缸布置，因而汽轮机设置了BDV阀，该阀在机组甩负荷时打开，以使高压缸至中压缸的轴封泄漏排向凝汽器，进一步抑止汽轮机超速。 3 甩负荷试验时的操作方法 　　汽轮机甩负荷试验具有复杂性、瞬时性和危险性等特点，因此，在正式做甩负荷试验前需要精心准备，试验时需要细心操作，并做好相关的反事故措施。甩负荷时的相关设备的操作方法与参数控制直接影响到试验的结果，表1列出了嘉电二期#3机组和#5机组100%甩负荷时的具体操作方式。 表1 两台机组100%甩负荷试验时的操作方式 4 甩负荷试验结果 　　嘉电二期#3机组、#5机组的100%甩负荷试验均已成功进行。表2列出了这两台机组100%甩负荷试验的结果，图1、图2分别是这两台机组在甩100%负荷时的录波曲线。 表格 1 两台机组的100%甩负荷试验结果 图1 嘉电二期#3机组甩100%负荷试验转速飞升曲线 图2 嘉电二期#5机组甩100%负荷试验转速飞升曲线 5 结束语 　　HIACS-5000M高压纯电调控制系统和DEH-IIIA型数字式电液调节控制系统均能有效的控制甩负荷后的汽轮机的转速飞升，两者因所控制的对象不同而各有特点。对于中压缸启动机组来说，HIACS-5000M高压纯电调控制系统需要和汽轮机的旁路系统密切配合，共同完成机组甩负荷后对汽轮机转速飞升的抑制，因而旁路系统的动作情况直接影响到甩负荷试验的结果。对于高压缸启动机组，DEH-IIIA型数字式电液调节控制系统从严格的意义上说并不需要汽轮机旁路系统的参与，但正确的旁路操作能有效降低OPC动作的次数，从而减少汽轮机转速的稳定时间。 作者简介： 张宝（1978-），男，安徽省界首市人，硕士，工程师，主要从事大型火电机组调试、生产相关工作与节能技术与能源经济理论方面的研究。 联系地址：浙江杭州朝晖八区浙江省电力试验研究所热机室 邮编： 310014 电话：13957131248 Email: ahzb@263.net