汽輪機調速控制系統適應性的優化

王彩霞，孫振川，閆越

近年來，隨著國外工程的拓展，配套建設自備電站的項目越來越多。項目所在地電網的不穩定性對汽輪機調速系統的穩定性提出了更高要求。汽輪機機組調速系統穩定能力對電站供電穩定性和設備安全都相當重要。

本文就國外某項目在當地不穩定電網（含孤網）的條件下，汽輪機組在運行過程中調速系統所遇到的問題和解決方法進行介紹，供同行參考。

1　電網狀況及運行模式

本項目裝機規模為30MW，項目所在地有電網，但電網的穩定性很差，經常存在±1HZ的頻率波動。由于工廠內大電機啟動負荷較大，當電機啟動時對汽輪機機組沖擊較大。為提高供電的可靠性，該項目汽輪機平時處于孤網模式，啟動大電機時需要先并網，以減少對汽輪機發電機組的沖擊。

2　運行中存在的問題

本項目汽輪機采用美國Woodward 505電液調節控制系統。汽輪機組在孤網運行的狀態下，采用頻率控制模式，運行較為穩定，可以做到甩負荷6MW，汽輪機轉速飛升＜50r/min。

在啟動大電動機前，需要與外部電網進行并網，該情況下需要采用功率控制模式。由于外部電網頻率不穩定，并網后汽輪機輸出功率波動劇烈，汽輪機進汽閥桿劇烈抖動。當兩種模式進行切換時，機組發電負荷同樣存在波動劇烈的現象，嚴重威脅汽輪機的安全運行。

3　解決方法

3.1　消除電網波動帶來的汽輪機機組輸出功率的波動

供貨商Woodward汽輪發電機組調速系統的相關控制原理見圖1。

孤網模式下，電網斷路器斷開，解列發電功率補償模塊，控制器自動切換至頻率控制模式。當發電機出口斷路器和電網斷路器同時閉合時，Woodward 505通過發電功率補償模塊將實測發電功率按照不等率換算相應的轉速差值，汽輪機轉速PID根據汽輪機給定轉速、實測轉速和功率轉速差值的比較結果控制汽輪機。

上述轉速PID采集的信號為汽輪機實測轉速，當采用頻率控制模式時，可以有效控制汽輪機轉速，防止超頻/低頻現象發生。但當其轉換為并網模式時，由于汽輪機的轉速受外部電網控制，當外部電網頻率高時，汽輪機的實測轉速也相應升高，轉速差變小（汽輪機給定轉速與汽輪機實測轉速差），造成轉速PID輸出持續為負值，汽輪機主汽門持續關小，發電機功率持續降低，直至達到新的平衡；反之當外部電網頻率低時，主汽門持續開大，發電功率持續增大。

圖1　Woodward 505功率/頻率切換控制轉速PID

圖2　更改后的Woodward 505功率/頻率切換控制轉速PID

這種模式使汽輪機具有補償電網頻率波動的功能，適用于向電網供電的中大型電站。由于自備電站汽輪機規模普遍偏小，無法有效抗衡外部電網波動，上述配置會造成汽輪機波動大，易產生汽輪機振動，甚至拖垮自備電站機組。

針對上述自備電站的特點，對轉速PID系統進行了改進，將給定的發電功率按照不等率轉換為轉速值，同時與汽輪機的實際轉速累加，作為汽輪機轉速給定值，有效地解決了汽輪機組輸出功率受電網波動的影響，具體改變見圖2。

3.2　消除頻率/功率切換過程中帶來的波動

3.2.1當電網斷路器信號消失，機組控制模式由功率控制模式變為頻率控制模式

Woodward 505內部組態關于電網斷路器的設置可選擇作為電網斷路器信號消失，汽輪機轉速給定值保持汽輪機實際轉速，并且以1r/s的速率變化至3 000r/min。在這種模式下切換，機組基本上不存在波動。

3.2.2當電網斷路器信號出現，機組控制模式由頻率控制模式轉變為功率控制模式

由于Woodward 505內部未設置自動跟蹤，在頻率控制模式下，汽輪機的轉速給定值需實時跟蹤發電機實測值，并轉換為轉速值，從而保證頻率模式無擾切換至功率控制模式。■