孤網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定分析

陳代金　趙建峰

摘 要 由于孤網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間慢，穩(wěn)定性差，抗沖擊能力弱，容易出現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定現(xiàn)象，造成負(fù)荷波動(dòng)、轉(zhuǎn)速波動(dòng)、供熱波動(dòng)、安全系數(shù)低等問(wèn)題。本文總結(jié)了孤網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中常見(jiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象、原因和解決辦法。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩率 速度不等率 振蕩

某公司自備熱電廠為公司主業(yè)項(xiàng)目的配套工程，屬自備、熱電聯(lián)產(chǎn)、孤網(wǎng)運(yùn)行性質(zhì)，主要承擔(dān)供熱和供電任務(wù)。熱電廠規(guī)模為3×25MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組+3×160 t/h煤粉鍋爐，已于2008年分別投產(chǎn)。在三臺(tái)機(jī)組調(diào)試期間和幾年的運(yùn)行中都出現(xiàn)了調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的問(wèn)題。

1 單機(jī)運(yùn)行時(shí)一次調(diào)頻系數(shù)影響穩(wěn)定運(yùn)行

一次調(diào)頻能夠在一定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定機(jī)組運(yùn)行。機(jī)組從0rpm沖轉(zhuǎn)至3000rpm，從低負(fù)荷至滿負(fù)荷，調(diào)門的開(kāi)度差別很大，一次調(diào)頻系數(shù)也要隨之進(jìn)行修正，既要滿足快速響應(yīng)的要求，又不能使調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)生不穩(wěn)定，調(diào)門開(kāi)度上下抖動(dòng)，轉(zhuǎn)速和負(fù)荷發(fā)生振蕩。

事例：三臺(tái)機(jī)組在單機(jī)運(yùn)行時(shí)都容易波動(dòng)，將一次調(diào)頻系數(shù)調(diào)在0.2～0.25范圍內(nèi)合適，大于0.3就容易振蕩。兩機(jī)或三機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可調(diào)在0.3～0.4，提高機(jī)組的一次調(diào)頻能力，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。

2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩率過(guò)大影響穩(wěn)定運(yùn)行

調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)工作不穩(wěn)定的情況，雖然導(dǎo)致這一狀況的因素有很多，但最常見(jiàn)的是和遲緩率相關(guān)，通常遲緩率如果過(guò)大，會(huì)造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)，而調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)揮著杠桿聯(lián)接的關(guān)鍵作用。不僅如此，遲緩率的大小還與轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的變化值大小存在正相關(guān)，簡(jiǎn)而言之，遲緩率越大，轉(zhuǎn)速計(jì)負(fù)荷的變化值也就會(huì)越大。

一旦傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)與配汽機(jī)構(gòu)出現(xiàn)遲緩率過(guò)大的現(xiàn)象，就要注意檢查容易出現(xiàn)磨損的零件，比如調(diào)節(jié)部件連桿接頭是否出現(xiàn)卡澀、松曠、滑閥過(guò)封度過(guò)大的情況等等，在日常工作中，要養(yǎng)成對(duì)設(shè)備和小部件不定期檢查、保養(yǎng)和維修的習(xí)慣。

調(diào)節(jié)部件出現(xiàn)卡澀，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率過(guò)大。而這種調(diào)節(jié)部件的卡澀和連接松曠、滑閥過(guò)封度過(guò)大等存在一定的區(qū)別。調(diào)節(jié)部件的卡澀通常表現(xiàn)為不等值、甚至是間斷的，而連接松曠、滑閥過(guò)封度過(guò)大是經(jīng)常存在的。所以從這一角度而言，調(diào)節(jié)部件卡澀對(duì)系統(tǒng)的影響存在不等幅、間斷、非周期性的特點(diǎn)。具體表現(xiàn)在實(shí)際工作中就是，當(dāng)調(diào)節(jié)部件長(zhǎng)時(shí)間停留在同一個(gè)工況工作時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)卡澀情況，但是在不做人工修理的前提下，調(diào)節(jié)部件在經(jīng)過(guò)大幅度反復(fù)工作之后，卡澀又會(huì)自動(dòng)消失，所以在一定程度上，是很難摸清其周期性的。電負(fù)荷和熱負(fù)荷具有經(jīng)常變化的特點(diǎn)，也因此孤網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組在面對(duì)它們時(shí)，調(diào)節(jié)部件不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間停留在某一工況工作，經(jīng)常處于活動(dòng)狀態(tài)。因此，孤網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組不需要人為參與負(fù)荷的大幅度變化工作。

事例：1號(hào)汽機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間隙大引起調(diào)節(jié)系統(tǒng)波動(dòng)故障。

2.1 故障現(xiàn)象

（1）進(jìn)汽調(diào)節(jié)門開(kāi)度在60%左右時(shí)油動(dòng)機(jī)上下不停地波動(dòng)，造成負(fù)荷不穩(wěn)定，波動(dòng)大。

（2）調(diào)門給定并沒(méi)有改變，脈動(dòng)油壓隨著油動(dòng)機(jī)的波動(dòng)有小的變化。

（3）油動(dòng)機(jī)的波動(dòng)有時(shí)像調(diào)幅波一樣有規(guī)律的變化。

（4）抽汽調(diào)節(jié)門也有小的波動(dòng)。

2.2 處理措施

調(diào)整伺服模塊FM146A的P電位器，減小90℃（逆時(shí)針），波動(dòng)幅度減小，減小到近180℃，基本穩(wěn)定。但是，負(fù)荷變化時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)變慢，轉(zhuǎn)速變化大。

2.3 原因分析

初步懷疑高壓油動(dòng)機(jī)有問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)三角架與調(diào)節(jié)閥左邊提桿連接處的軸套沒(méi)有安裝，造成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間隙大，左右兩邊動(dòng)作不平衡，進(jìn)汽不穩(wěn)定，使負(fù)荷波動(dòng)。處理后恢復(fù)伺服模塊P值，調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3 調(diào)節(jié)汽門重疊度出現(xiàn)錯(cuò)誤

在比較理想的狀態(tài)下，配汽機(jī)構(gòu)的特性呈現(xiàn)為一條直線。實(shí)際在運(yùn)行過(guò)程中，是存在一定誤差的，這種誤差的存在和每一調(diào)節(jié)汽門的特性、相鄰兩個(gè)調(diào)節(jié)汽門的重疊度都有密切關(guān)系，重疊度的大小對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生直接而重大的影響。

3.1 重疊度過(guò)大的情況

一旦出現(xiàn)重疊度過(guò)大的情況，其運(yùn)行原理可以這樣形象的闡釋，在某段負(fù)荷內(nèi)，同一時(shí)間是有兩個(gè)調(diào)節(jié)汽門在對(duì)流量進(jìn)行有效控制，因此在這段負(fù)荷內(nèi)，如果油動(dòng)機(jī)行程或調(diào)節(jié)汽門行程在沒(méi)有較大范圍浮動(dòng)的前提下容易引起較大的功率變化，進(jìn)而導(dǎo)致調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)及增加節(jié)流的損失。

3.2 重疊度過(guò)小的情況

重疊度過(guò)小所帶來(lái)的負(fù)面影響主要表現(xiàn)在兩方面。其一，重疊度如果過(guò)小可能存在空行程，功率變化和調(diào)節(jié)汽門升程改變量極不匹配，功率變化較小，而調(diào)節(jié)汽門升程改變量則較大。在比較極端的情況下，配汽機(jī)構(gòu)特性甚至呈現(xiàn)水平狀，這直接說(shuō)明此負(fù)荷下所對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)汽門升程是不定的，其工作點(diǎn)可以從A到B范圍內(nèi)變化，此時(shí)即使負(fù)荷是固定不變的，油動(dòng)機(jī)卻會(huì)一直處在上下擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而且擺動(dòng)速度是極為緩慢的；其二，重疊度過(guò)小，會(huì)增大油動(dòng)機(jī)的工作行程，這等于間接減少了油動(dòng)機(jī)的富裕行程，對(duì)油動(dòng)機(jī)是極為不利的。

通過(guò)以上分析我們可以得知，保持合適的汽門重疊度是十分重要的，吸取以往的經(jīng)驗(yàn)我們總結(jié)出，在前一個(gè)調(diào)節(jié)汽門開(kāi)啟到其門后的壓力為門前壓力的90%時(shí)，后一個(gè)調(diào)節(jié)汽門即開(kāi)啟為最合理。在實(shí)踐工作過(guò)程中要注意把這個(gè)范圍作為衡量值。

3.3 重疊度破壞

25MW機(jī)組進(jìn)汽調(diào)門提板上有五個(gè)調(diào)門，如果在運(yùn)行中某個(gè)調(diào)門脫落就會(huì)嚴(yán)重破壞調(diào)門重疊度，造成負(fù)荷大波動(dòng)。

事例：2號(hào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)負(fù)荷突降

3.3.1 故障現(xiàn)象

2號(hào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)負(fù)荷突然由16.18MW突降至5.38MW，調(diào)門開(kāi)度由44.61㎜升至49.34㎜，進(jìn)汽量由76t降至37t。

3.3.2 原因分析

懷疑調(diào)門出現(xiàn)故障造成負(fù)荷突降，進(jìn)行調(diào)門開(kāi)、關(guān)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)調(diào)門在50～64㎜范圍內(nèi)變化時(shí)負(fù)荷變化很小，只有650KW左右。調(diào)門開(kāi)到67㎜時(shí)帶負(fù)荷18.5MW，比以前帶同樣負(fù)荷時(shí)開(kāi)度要大的多。初步判斷3#調(diào)門可能脫落關(guān)閉造成負(fù)荷突降。停機(jī)檢修，拆開(kāi)調(diào)門后發(fā)現(xiàn)是1#調(diào)門和2#調(diào)門桿斷裂，調(diào)門落下不起作用，調(diào)門重疊度被嚴(yán)重破壞，造成負(fù)荷大波動(dòng)的現(xiàn)象。

4 調(diào)節(jié)油系統(tǒng)存在異常狀況

調(diào)節(jié)油系統(tǒng)存在異常情況，勢(shì)必會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響，而這種影響有的是直接的、有的是間接的。比如油壓波動(dòng)就是直接的，而油中滲入水分，導(dǎo)致元件出現(xiàn)腐蝕生銹情況，或者油中出現(xiàn)機(jī)械雜質(zhì)等等，都是間接影響。

4.1 油壓波動(dòng)

供油系統(tǒng)的油壓出現(xiàn)波動(dòng)，對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶來(lái)的負(fù)面影響是眾所周知的，同時(shí)造成油壓波動(dòng)的因素也比較復(fù)雜。但是系統(tǒng)分來(lái)，主要?dú)w結(jié)為以下兩方面，第一方面，油系統(tǒng)中進(jìn)入了空氣。對(duì)于這一問(wèn)題，筆者稍后將做重點(diǎn)闡述；第二方面，主油泵和注油器自身的工作性能穩(wěn)定性不夠。主油泵和注油器工作性能的不穩(wěn)定和設(shè)計(jì)、制造工藝、安裝等因素緊密相關(guān)，在此不做贅述，下面重點(diǎn)闡釋一下第一方面的問(wèn)題。

在對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生危害的諸多因素中，油壓波動(dòng)可謂分量十足，危害程度也是最大。追溯油壓波動(dòng)的根源，是由于油流中滲入了空氣。而空氣之所以能進(jìn)入油流中，則主要有兩方面原因造成。首先，油路系統(tǒng)中空氣分離條件是否達(dá)標(biāo)，將對(duì)油中空氣的存在與否產(chǎn)生重要影響。要順利實(shí)現(xiàn)油路系統(tǒng)中空氣分離，必須滿意以下這些條件，油箱容積需要夠大；油位適中，不可過(guò)高更不能過(guò)低；排煙風(fēng)調(diào)試得當(dāng)、進(jìn)口保證嚴(yán)密；回油管路避免布置過(guò)高，以免造成回油飛濺等等。這些條件都滿足了，才有可能實(shí)現(xiàn)空氣的充分分離。空氣充分分離，空氣才不能進(jìn)入油箱之中。其次，油流中混進(jìn)空氣，還在于油系統(tǒng)的空氣沒(méi)有排除徹底。這和高低壓油泵啟動(dòng)的先后順序有直接關(guān)系，如果在啟動(dòng)前，先操作的是高壓油泵，那么油流在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，勢(shì)必會(huì)卷進(jìn)大量氣泡。因此從這個(gè)層面而言，再啟動(dòng)前，務(wù)必要先啟動(dòng)低壓潤(rùn)滑油泵，待低壓潤(rùn)滑油泵運(yùn)行一段時(shí)間之后，再啟動(dòng)高壓電動(dòng)油泵，這樣做的直接好處就是可以有效驅(qū)除調(diào)節(jié)系統(tǒng)各部套及油路中的空氣。

清除積存在調(diào)節(jié)油系統(tǒng)中空氣的方法有很多，筆者在這里著重介紹兩種，一種是在調(diào)試過(guò)程中，運(yùn)用手打急遮斷器的辦法，通過(guò)人工參與驅(qū)使調(diào)速系統(tǒng)波動(dòng)，這對(duì)積存空氣的清理將會(huì)產(chǎn)生良好效果；另外一種是通過(guò)開(kāi)設(shè)排氣孔的方式，開(kāi)設(shè)的位置可在可能存在積存空氣的死區(qū)，或者彎管、套腔室的最高位置。

4.2 油質(zhì)不良

除了油壓波動(dòng)是影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素之外，油質(zhì)優(yōu)良與否也對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，通常油質(zhì)不良涵蓋兩個(gè)方面：油質(zhì)不清潔、油質(zhì)劣化。

液壓調(diào)節(jié)元件具有間隙微小的特點(diǎn)，也正因?yàn)檫@一特性，要求油質(zhì)必須純凈，一旦摻雜進(jìn)機(jī)械雜質(zhì)，尤其是較硬的沙粒時(shí)，將勢(shì)必造成卡澀，進(jìn)而影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)順利波動(dòng)。 在油質(zhì)純凈良好的前提下，所有機(jī)組基本都能保持調(diào)節(jié)系統(tǒng)正常工作，但隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，可能會(huì)出現(xiàn)油中進(jìn)水，酸加增高等情況，油質(zhì)的劣化，間接的結(jié)果就是調(diào)節(jié)元件的銹蝕和卡澀，所以最終出現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)波動(dòng)也是必然。

基于以上情況的分析，我們大致可以總結(jié)出以下幾種應(yīng)對(duì)解決方案。第一，對(duì)于正在運(yùn)行工作中的機(jī)組，要加強(qiáng)對(duì)于油質(zhì)的檢查，查看是否存在油中進(jìn)水、油溫過(guò)高或者摻有其他雜質(zhì)的情況，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，要及時(shí)做出處理，比如要解決油中水分和雜質(zhì)，可采取定期取樣化驗(yàn)實(shí)施監(jiān)督、不間斷濾油等。第二，對(duì)于大修后的機(jī)組，一定要嚴(yán)格把關(guān)油管路系統(tǒng)清理和透平油的過(guò)濾工作，對(duì)于調(diào)節(jié)部套各腔室的死角也不可忽視，務(wù)必做到仔細(xì)認(rèn)真檢修，確保油循環(huán)質(zhì)量。

5 對(duì)錯(cuò)油門的過(guò)封度及卡澀的詳盡闡釋

5.1 對(duì)過(guò)封度的闡釋

合適的過(guò)封度對(duì)于斷流式放大機(jī)構(gòu)的錯(cuò)油門滑閥而言是十分重要的，這主要是由機(jī)組運(yùn)行的轉(zhuǎn)速和脈沖油壓決定的，機(jī)組運(yùn)行的轉(zhuǎn)速并非絕對(duì)穩(wěn)定的，而脈沖油壓也并不是固定不變的，而是在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。即使機(jī)組運(yùn)行的轉(zhuǎn)速保持在絕對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)之下，脈沖油壓的波動(dòng)也無(wú)法避免，其自身的這種波動(dòng)是由油管中的渦流、主油泵供油壓力的脈動(dòng)等引起。由此我們可以得知，滑閥其實(shí)也是處在一定范圍內(nèi)的波動(dòng)狀態(tài)。因此要避免出現(xiàn)油動(dòng)機(jī)波動(dòng)的情況，必須保持一定的過(guò)封度。

在設(shè)置過(guò)封度的過(guò)程中，切忌過(guò)大，如果出現(xiàn)過(guò)封度過(guò)大的情況，則容易造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率增大和動(dòng)態(tài)性能惡化，因此掌控好合適的度是十分必要也是很重要的。對(duì)過(guò)封度的測(cè)量可采用以下方法：當(dāng)過(guò)封度呈現(xiàn)負(fù)值時(shí)，可通過(guò)在套筒窗口焊錫的方法加以調(diào)整，或者把套筒和滑閥同時(shí)置于平板，然后借助游標(biāo)卡尺，一一進(jìn)行精密測(cè)量；當(dāng)錯(cuò)油門的套筒能夠比較拆下時(shí)，則可直接人工取出，查看滑閥的凸肩是否和套筒窗口是否相配，并根據(jù)檢查結(jié)果，做出有針對(duì)性的處理。

5.2 對(duì)滑閥卡澀的闡釋

滑閥的卡澀和多種因素有關(guān)，不僅僅是油質(zhì)，以下是列舉的幾種情況

5.2.1 滑閥和套筒機(jī)械加工存在誤差

出現(xiàn)這種誤差會(huì)帶來(lái)諸多問(wèn)題，比如帶逆錐滑閥的卡緊力、由于滑閥的傾斜造成的液壓卡緊力。

5.2.2 由于滑閥作用力偏斜引起的卡澀

滑閥和套筒之間出現(xiàn)摩擦?xí)鸹y卡澀，而二者之間之所以會(huì)出現(xiàn)摩擦，主要是由于作用在滑閥上下的作用力不同心，作用力不同會(huì)造成力偶，進(jìn)而導(dǎo)致滑閥出現(xiàn)傾斜，直至和套筒壁靠在一起，這種情況在使用彈簧來(lái)平衡油壓的變化時(shí)尤為顯著。引起彈簧偏心的因素主要有兩方面，一是彈簧位置安放不恰當(dāng)；二是彈簧制造質(zhì)量低下。因此要避免彈簧偏心情況的出現(xiàn)，就要著重把握好這兩點(diǎn)。

5.2.3 錯(cuò)油門滑閥與套筒的配合間隙會(huì)引起卡澀

錯(cuò)油門滑閥與套筒的配合間隙有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，必須符合制造廠的要求，太大或者太小都會(huì)引起卡澀。間隙太大，容易造成內(nèi)部漏油，不但浪費(fèi)油，還會(huì)致使工作難以穩(wěn)定進(jìn)行；間隙太小，雖然在做冷態(tài)測(cè)量時(shí)時(shí)尚靈活，但此時(shí)滑閥的工作溫度基本上等于油溫，但高于套筒溫度，當(dāng)處于工作狀態(tài)時(shí)，就可能出現(xiàn)卡澀。

要做好滑閥卡澀的預(yù)防工作，需要提前注意以下幾點(diǎn)：嚴(yán)把設(shè)計(jì)制造關(guān)，提高精確度，最大限度減少誤差，為此可采用對(duì)壓彈簧來(lái)平衡油壓的結(jié)構(gòu)，具體來(lái)講就是，把彈簧支承在彈簧座內(nèi)，發(fā)揮頂針的作用，把彈簧座與滑閥緊密聯(lián)系起來(lái)；在滑閥表面開(kāi)均壓槽等。日常技術(shù)人員檢修機(jī)組的過(guò)程中，要格外重視查看滑閥的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)做出處理，確保透平油質(zhì)良好，各部件正常運(yùn)轉(zhuǎn)，最終全面提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

6 結(jié)語(yǔ)

從以上分析中我們可以得知，要確保孤網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性并非一蹴而就的，需要解決調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩率過(guò)大、調(diào)節(jié)汽門重疊度錯(cuò)誤、調(diào)節(jié)油系統(tǒng)異常、過(guò)封度不恰當(dāng)、卡澀等諸多可能會(huì)引起調(diào)節(jié)系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素，為此需要相關(guān)技術(shù)人員做出長(zhǎng)期而艱苦的努力，我們有理由相信，只要工作人員持之以恒、堅(jiān)持不懈、認(rèn)真投入，就一定可以促使孤網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)更加穩(wěn)定、順利的工作。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

國(guó)投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司 新疆維吾爾自治區(qū)哈密市 839000