N600－24.2／566／566 型汽輪發電機組甩負荷試驗分析研究

馬揚波

（黃埔發電廠，廣東 廣州 510100）

1 概述

在汽輪發電機組甩負荷的過程中，汽輪機調節系統能有效地控制轉速飛升，不導致危急保安器動作，維持空負荷穩定運行，是對汽輪機調節系統動態特性的基本要求。常用甩負荷試驗來考核調節系統的動態調節性能，同時檢驗各輔機及相關系統對甩負荷的適應能力。但甩負荷是最惡劣的一種工況，涉及到機、爐、電等系統，對機組沖擊較大，具有較大風險，直接影響到機組的安全穩定運行，有必要進行甩負荷研究［1］。

2 設備概況

某發電有限公司#4 600MW超臨界燃煤機組汽輪機為N600-24.2/566/566超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機；鍋爐為超臨界螺旋管圈、一次中間再熱、平衡通風、四角切圓燃煤直流爐；發電機為QFSN-600-2型定子繞組水內冷、轉子繞組氫內冷、鐵芯為氫冷發電機。機組調節保安系統采用數字電液調節系統(DEH)。旁路系統由瑞士某公司生產，高壓旁路為一路，容量為在額定參數下能通過30%BMCR的流量。低壓旁路為二路，容量能通過高壓旁路的蒸汽量加減溫水流量約40%BMCR。汽輪機主要參數如表1所示。

表1 汽輪機主要參數

大容量汽輪機的轉子時間常數較小，汽缸的容積時間常數較大，在發生甩負荷時，汽輪機的轉速飛升很快，最高轉速有可能超過110%額定轉速，從而致使汽輪機發生遮斷。#4機組調節保安系統采用數字電液調節系統(DEH)，設計有三道防止汽輪機超速的保護，即：103%OPC超速保護、110%電超速跳閘保護和機械超速遮斷系統。危急遮斷控制塊上安裝了2只OPC電磁閥（作用于高壓調節汽閥與再熱調節汽閥）、4只AST電磁閥（作用于高壓主汽閥與再熱主汽閥）和2只逆止閥。2只OPC電磁閥對超速保護（OPC）信號起反應，由DEH控制。如果發生甩負荷（超過30%），或者當機組超速到額定值的103%時，則DEH將給電磁閥約3s的脈沖信號，將OPC油快速泄放到回油管。調節汽閥與再熱調節閥將迅速關閉。止回閥將在OPC泄壓時保持危急遮斷（AST）母管中的油壓，使主汽閥及再熱主汽閥保持開啟狀態。DEH來的OPC信號，使調節汽閥及再熱調節閥關閉，在汽輪機內部的余汽膨脹后，汽輪機轉速將降低。當汽輪機轉速稍稍降低后，將切斷電磁閥電源，電磁閥將關閉。DEH控制調節汽閥，調節汽輪機轉速為同步轉速，再熱調節閥將以受控制的速度打開［2］。

3 試驗前準備

為了保證試驗的安全與可靠性，汽輪發電機組已經整套進行了試運行考驗，能在額定負荷下長期穩定運行，振動在合格范圍內，依次完成閥門嚴密性試驗、電超速試驗、機組OPC超速試驗、逆止門試驗，且試驗合格。

3.1 閥門嚴密性試驗

在上述基礎上進行閥門嚴密性試驗。試驗結果如圖1所示。

圖1 閥門嚴密性試驗結果

從試驗結果可知，機組轉速穩定3000rpm，試驗時主汽壓力11.7MPa，再熱汽壓1.8MPa，做調門嚴密性試驗。28min后降到500rpm。調節汽門嚴密性良好。機組轉速穩定3000rpm，試驗時主汽壓力13Mpa，再熱蒸汽壓力2.1Mpa。主汽門嚴密性良好。

3.2 超速試驗

在閥門嚴密性試驗合格的基礎上，進行電超速及OPC超速試驗。

試驗表明，進行103%超速試驗，當轉速上升到3090r/min時，高、中壓調節汽門關閉。進行110%超速試驗，當轉速上升到3298r/min時，高、中壓主汽門及調節汽門關閉。進行機械超速試驗，飛錘動作轉速均為3253 r/min。當轉速上升到3090r/min時，高、中壓調節汽門快速關閉，當轉速小于3090r/min時，高、中壓調節汽門快速開啟。

3.3 逆止門及其它試驗

高壓缸排汽逆止門、各段抽汽逆止門與主汽門聯動正常，關閉迅速嚴密。

手動及遠方停機按鈕試驗正常,EH油系統運行正常,油質檢驗合格。潤滑油系統及主機AOP、TOP、EOP、頂軸油系統、盤車裝置運行正常，聯鎖可靠，處于備用狀態。低油壓聯鎖保護試驗合格，油質合格。高、低旁系統運行正常，動作可靠。機組的DEH功能和靜態特性、ETS功能、OPC功能試驗符合設計要求，超速保護已投入。汽輪機監視儀表投入正常，指示正確，報警及記憶打印功能符合要求。過熱器、再熱器安全門校驗合格，起跳及回座靈活、可靠；PCV閥聯鎖正常、動作可靠。熱工電氣保護接線正確，動作可靠。廠用電源可靠，保安電源自投試驗正常；柴油發電機自投試驗正常、帶負荷正常。UPS可靠、正常［3］。

3.4 甩負荷前機組狀態

機組帶600MW負荷，在CCS方式下運行；主汽溫、主汽壓在額定值；發電機出口開關與500kVI母、II母聯接。

A/B汽泵并列運行，電泵投備用；A凝泵運行，B凝泵投備用；高、低加投入正常，水位保護已投入，各抽汽逆止門、高排逆止門聯鎖投入，高、低旁切手動并保持約8%開度，高、低旁減溫水投自動；除氧器水位正常，水位控制投自動；凝汽器水位正常，真空正常，A、C真空泵運行，B、D真空泵備用；潤滑油系統運行正常，啟動TOP并保持運行，全開凝汽器疏水擴容器減溫水門和低壓缸喉部噴水門。

風煙系統運行正常，總風量、一次風壓正常，鍋爐總聯鎖投入正常；A、B、C、D、E制粉系統運行，F制粉系統備用；過熱器、再熱器減溫水投運正常；NWL、HWL1、HWL2投自動關閉，啟動分離器水位正常；輔汽切為臨機供且輔汽母管壓力正常；兩側主汽管PCV投自動。

廠用電已切為啟備變帶；ETS各保護已投入，發變組各保護已正確投入，壓板投入正確，解除發電機主開關跳閘聯鎖主汽門關閉保護18LP。

4 甩負荷風險控制

試驗測取汽輪機組甩負荷后的動態過程，考核汽輪機調節系統動態特性，檢查汽輪機調節系統的品質。檢驗汽輪機甩掉負荷后，調速系統能否控制機組轉速，不至使危急遮斷器動作跳閘，使轉速迅速穩定。檢驗主、輔設備對甩負荷的適應能力［4］。

按下操作臺上發變組緊急跳閘按鈕，發電機出口開關斷開，發電機負荷快速降至零，汽機轉速最高升至3133rpm，OPC動作，轉速最終穩定在3000rpm，汽輪機的調節系統完全能夠適應甩負荷工況的要求，鍋爐燃燒穩定，試驗取得成功。

4.1 高、低旁控制

試驗前高、低旁切手動并保持約8%開度，以防止OPC動作高壓調門及中壓調門關閉時，高、低旁未能及時打開導致再熱器保護動作而引起鍋爐MFT。試驗開始后應手動快速打開高、低旁閥，控制主、再汽壓在正常范圍，同時注意高、低旁減溫水動作正常，否則手動干預，控制高、低旁閥后溫度在正常范圍內，防止因高、低旁閥因閥后溫度高聯鎖關閉而導致鍋爐MFT［5］。

4.2 制粉及風煙系統控制

試驗開始后，立即打閘3臺磨煤機，保持A、B磨運行，投入4個角等離子，將A、B磨煤量減至最低穩燃煤量30t/h以上，控制好燃料量，使汽溫汽壓在正常范圍內。

在打閘3臺磨煤機瞬間，爐膛總風量及爐膛負壓將會大幅波動，送引風機動葉控制會因指令開度與實際開度偏差過大而跳至手動，導致鍋爐總風量與爐膛負壓失控，這時應立即手動調整送、引風機動葉開度，控制鍋爐總風量與爐膛負壓在正常范圍內，等總風量、爐膛負壓穩定后投入送、引風機動葉自動控制。

4.3 給水流量控制

在直流爐中，當運行工況發生大幅波動時，給水流量的控制既是保證機組正常運行的重點，也是一個難點。在100%甩負荷試驗過程中，給水流量要在很短的時間內由約1900t/h減至約650t/h，靠給水自動控制是不可能達到的，這時應立即將A、B汽泵控制切手動，手動控制兩臺汽泵的轉速，當汽泵給水流量低于635t/h時，汽泵再循環閥開始動作開啟，由于兩臺汽泵的再循環閥動作特性存在差異，這時兩臺汽泵經常會出現“搶水”現象，造成給水流量大幅波動，容易因給水流量過低而導致鍋爐MFT。所以這時應手動減小任一臺汽泵轉速，退出一臺汽泵運行，并手動控制另一臺汽泵轉速，將給水流量降至650t/h左右，在此過程中應控制好給水流量下降速度，下降速度太快，可能會引起鍋爐超溫，下降速度太慢，則可能造成啟動分離器水位升高。

4.4 凝汽器水位控制

本廠低旁閥后減溫水及汽泵密封水都來自凝結水，凝泵跳閘后，汽泵會因密封水壓力低跳閘，引起給水流量過低導致鍋爐MFT動作，同時低旁閥因閥后減溫水失去而閉鎖關閉。所以在100%甩負荷時，因高低壓旁路門迅速打開，大量的蒸汽進入凝汽器，凝汽器壓力短時間內發生較大的變化，造成凝汽器水位的快速下降；另外凝汽器蒸汽的凝結量驟然減少，也會造成凝汽器的水位快速下降，因此應快速啟動備用凝補水泵，手動打開凝汽器補水閥，控制凝汽器水位在正常范圍內，防止凝泵因凝汽器水位低低跳閘。

4.5 除氧器水位控制

100%甩負荷時，除氧器壓力瞬間會發生劇烈變化，將會使除氧器水位大幅波動；另外因給水流量快速減小，也會使除氧器水位發生劇變。為了防止因除氧器水位異常對設備帶來危害，必須要控制好除氧器水位，必要時可將除氧器上水主、副調閥切手動控制。除氧器上水流量太小時應手動打開凝泵再循環閥，防止凝泵因流量低保護跳閘。

5 甩負荷結果

5.1 甩50%負荷

50%甩負荷試驗狀態為：機組負荷300MW，給水流量740t/h，A、B、D、E四臺磨運行，燃料量118t/h，汽機門前壓力15.6MPa，機組跳閘后最高升至16.92MPa，B、D、E三臺磨跳閘，A磨在等離子方式保持運行，煤量34t/h。

50%甩負荷試驗:初始轉速n0＝3000r/min；最高轉速nmax＝3083r/min；轉速動態超調量：100%＝2.77%。

在甩50%額定負荷試驗中，最高轉速nmax＝3083r/min，轉速動態超調量φ＝2.77%低于5%。作為甩100%負荷試驗的預備性試驗，甩50%額定負荷試驗初步考驗了汽輪機組調節控制系統的動態特性。甩50%負荷轉速飛升曲線如圖2所示。

圖2 甩50%負荷轉速飛升曲線

從試驗的結果來看，甩50%額定負荷后，最高轉速3083r/min離103%OPC保護值3090r/min還有7r/min的余量，轉速動態超調量φ為2.77%＜5%，機組具備進行正式甩100%額定負荷條件。

5.2 甩100%負荷

甩100%額定負荷工況時，把機組穩定在額定轉速非常困難，需鍋爐控制系統和旁路控制系統的協調配合、快速響應。2007年1月30日11：58，機組在CCS方式，帶600MW負荷，主汽溫、主汽壓在額定值；發電機出口經5021、5022、5023開關與500kVI母、II母聯接。試驗前高、低旁切手動并保持約8%開度，以防止OPC動作高壓調門引起鍋爐MFT。初始轉速n0＝3000r/min；最高轉速nmax＝3149r/min；轉速動態超調量×100%＝4.97%。

4號機組100%甩負荷過程曲線如圖3所示。

圖3 甩100%負荷轉速飛升曲線

汽輪機在數字電液調節系統（DEH）和轉速控制系統的控制下，其最高動態飛升轉速為3149r/min，與使危急保安器或電超速保護（電氣危急遮斷ETS）的動作轉速比較，有相當大的余量，轉速動態超調量φ＝4.97%，汽輪機的調節控制系統的動態特性良好。

6 結論

該600MW超臨界直流爐機組甩負荷試驗的成功，證明了汽輪機調節系統動態特性及汽輪機調節系統的品質是合格的，能有效地控制甩負荷后的汽輪機的轉速飛升，主輔設備也完全具備機組100%甩負荷的適應能力。甩負荷試驗涉及面廣，存在較大風險，甩負荷的整個過程中，機組和輔機系統能夠維持正常運行，機組和各配套輔機及系統對甩負荷工況的適應能力較強。該試驗分析可為同類型機組甩負荷試驗提供經驗。

［1］國家電力公司.防止電力生產重大事故的二十五項重點要求.北京：中國電力出版社，2001.

［2］中華人民共和國國家經濟貿易委員會.汽輪機調節控制系統試驗導則DL／T 711－1999.

［3］馮偉忠.大機組實現快速甩負荷的現實性和技術分析［J］.動力工程，2008，28（4）：532－536.

［4］張寶，徐熙瑾，沈全義.甩負荷預測功能失效時的甩負荷試驗［J］.汽輪機技術，2006，48（2）：124－126.

［5］孫海軍.600MW超臨界機組測功法甩負荷試驗分析［J］.汽輪機技術，2007，49（5）.