C25-4.90/1.27型汽輪機負荷跳動分析及處理

王曉輝，劉廣于，陳建輝，徐凱華，張海濤

（北京首鋼股份有限公司，河北遷安 064404）

引言

首鋼股份公司C25-4.90/1.27 型汽輪機為青島捷能汽輪機股份有限公司生產，本體結構為單缸單抽汽凝汽式汽輪機。額定進汽壓力為4.90 MPa,額定進汽溫度為435 ℃，額定進汽量為150.2 t/h，高壓油動機全行程119 mm。

近期,機組運行中經常在沒有調整的情況下出現負荷波動的現象。通過對負荷波動的情況進行統計分析，找到具體原因，并形成有針對性的措施，以最終解決負荷波動問題。

1 汽輪機調速系統介紹

1.1 DEH操作畫面介紹

機組采用的是杭州和利時自動化數字電液調節系統（簡稱DEH），該控制系統主要包括：轉速控制、功率控制和閥位控制。轉速控制是指從機組開始沖轉至定速3000 r/min，通過轉速PID 控制，最終使“實際轉速”與“目標轉速”一致。功率控制是指并網后的負荷功率調整，通過設定“目標功率”，“給定功率”自動以設定的“負荷率”達到與“目標功率”一致。隨著“給定功率”的增加，“實際功率”與“給定功率”產生偏差，通過系統的PID 運算，輸出電流信號給電液轉換器，電液轉換器將電流信號轉換成油壓信號來控制油動機動作，實際功率發生改變，最終達到設定的目標功率。閥位控制是指并網后崗位人員可通過閥位控制的增、減按鈕改變油動機行程來調節汽輪機進汽，從而改變負荷。

下面重點介紹一下閥位控制和功率控制。

（1）閥位控制升負荷。并網初帶負荷后，DEH自動轉為閥控方式，崗位人員通過設置目標閥位和閥位變化率或點擊“閥控”增、減按鈕改變目標閥位來控制調門開度。向上箭頭表示增大閥位輸出，向下箭頭表示減少閥位輸出。參見圖1。

（2）功率控制升負荷。當并網帶負荷超過額定負荷的3%，點擊“功控”按鈕，系統進入功率控制方式。崗位人員可設置目標功率，機組給定功率自動以當前負荷率向目標功率靠近并最終達到一致。給定功率與實際功率之差，經PID運算后，通過伺服機構調節油動機開度，使實際功率跟隨給定功率變化。參見圖2。

圖1 閥控模式操作面板

圖2 功控模式操作面板

（3）在功率控制投入時，當出現功率給定和實際功率偏差超過10%的額定功率即2.5 MW，功率控制自動切除轉為閥位控制。

1.2 調速系統組成及工作原理

本機組調速系統工作部件主要由數字電液轉換器（沃斯閥）、調節滑閥、錯油門、油動機、反饋滑閥組成，如圖3所示。調速系統用油主要包括：數字電液轉換器用油即EH 動力油、作用在調節滑閥上的調節油、保證錯油門正常工作的脈沖油以及使油動機活塞動作的壓力油。

調速系統原理：機組在穩定狀態下，錯油門滑閥處于中間位置，油動機則穩定在某一位置上。功率控制下，操作員輸入目標功率值，執行升負荷命令。給定功率自動以當前負荷變化率向目標值靠近，機組功率向給定功率靠近。給定功率與實際功率之差，經PID調節器運算后輸出電信號相應增大，數字電液轉換器接收電信號輸出壓力信號（調節油壓）升高，調節滑閥上移，脈沖油壓升高，錯油門的平衡被破壞，錯油門上移，高壓油進入油動機活塞上腔，油動機活塞下腔接通主油泵進口油，油動機活塞向下移，油動機行程增加，調節氣閥開大，進汽量增加，完成升負荷指令，最終使實際功率與目標功率一致。

圖3 C25-4.90/1.27型汽輪機調速油系統圖

伴隨著油動機拉桿逐漸下移，反饋滑閥也向下移動，脈沖油進油量減少，脈沖油壓降低，錯油門滑閥也逐漸下移，直至錯油門滑閥回到平衡位置，油動機活塞由回到穩定位置。減負荷時動作過程相反。

2 負荷波動現象

2.1 功率控制方式下，負荷波動

當時汽輪機在功率控制方式狀態下，給定功率15 MW 較實際功率14.4 MW 相差0.6 MW，所以經PID 調節器運算后執行升負荷指令，目標是使實際功率與給定功率一致。調節油壓逐漸升高至0.439 MPa，高壓油動機行程由52.3 mm緩慢升高至62.8 mm，該過程中一次脈沖油壓也緩慢升高至1.05 MPa，之后油動機行程突然開大（由63.1 mm升至70.9 mm），汽輪機進氣量瞬間增大（由75.09 t/h增加到96.4 t/h），負荷突升近6 MW（由14.4 MW 升至20.03 MW），觸發了給定功率和實際功率偏差超過10%的額定負荷（即2.5 MW）功控自動切除的連鎖，切換到閥控控制。

2.2 閥控狀態下增負荷時發生負荷波動

汽輪機閥控狀態下手動增負荷，目標閥位由47.43%緩慢增加到49.83%，負荷由15.07 MW 升高到20.53 MW 期間有兩次負荷跳動，第一次跳動約1 MW（功率由15.07 MW 跳到16 MW），第二次跳動約4.3 MW（功率由16.19 MW跳到20.53 MW）,兩次跳動均伴有一次脈沖壓的明顯升高。第二次脈沖油升至1.02 MPa。突升結束后脈沖油回到正常值。

2.3 閥控狀態下減負荷時發生負荷波動

汽輪機閥控狀態下目標閥位從52%緩慢手動減至46.66%過程中高壓油動機行程未發生變化，一次調節油壓和一次脈沖油壓一直緩慢下降，脈沖油壓降至0.96 MPa時負荷發生了跳動，油動機行程由71.8 mm 突降至65.9 mm，負荷由22.93 MW 突降至18.79 MW。

2.4 閥控狀態下無指令輸出時負荷波動

汽輪機閥控狀態下無任何人為指令輸出，EH動力油壓發生突降0.222 MPa 后引起負荷突降2.17 MW。表1 中數據記錄了是EH 動力油壓變化前后各參數的變化。

表1 負荷波動時參數變化情況

3 負荷波動原因分析

3.1 汽輪機油品質不良

油質的好壞直接會影響汽輪機調速系統的正常工作。油質不良首先表現在油中進水發生乳化、透明度降低，需檢查冷油器銅管是否發生泄漏以及軸封間隙調整是否得當造成蒸汽進入軸承箱造成油質污染。其次表現在油的清潔度降低、機械雜質多，由于濾油工作不到位使得油中一些金屬屑、砂粒、灰塵等不能有效去除，容易引起調速系統的卡澀，錯油門動作不良，使各個調節部件工作發生遲緩，靈敏度降低，在某一調整工況下造成汽輪機負荷波動。本汽輪機發生負荷跳動期間油品清潔度超過了控制標準的上限值。

3.2 錯油門發生卡澀

文中2.1、2.2 和2.3 中負荷動作時一次脈沖油壓分別到了1.05 MPa、1.02 MPa 和0.96 MPa，超出了脈沖油壓正常的工作范圍0.99～1.0 MPa，說明錯油門有卡澀現象。原本該汽輪機錯油門閥芯工作時是以一定轉速規律性地發生轉動和顫振的，這與錯油門的結構特征有關，每轉動一轉，錯油門滑閥下部的徑向放油孔就會與泄油孔接通一次，部分脈沖油被泄掉，致使滑閥下移，隨著滑閥的轉動，放油孔又被堵住，脈沖油壓又恢復到正常值，滑閥又上移，使得脈沖油發生有規律的脈動同時帶動滑閥顫振，而滑閥的顫振也會引起油動機拉桿產生細微的上下顫振，這樣使得油動機就能靈敏地對調節系統控制信號作出響應。但目前汽輪機運行時錯油門并未發生轉動，動作靈敏性下降，導致負荷調整出現遲緩和跳動。

3.3 調節系統遲緩率的影響

汽輪機負荷跳動與遲緩率的大小有密切關系，引起遲緩率過大的原因有：傳動機構連接處發生磨損；錯油門彈簧作用力偏斜，使滑閥移動的阻力增大；錯油門、閥碟、油動機等發生卡澀或銹蝕等。因此，為避免系統的遲緩率過大，主要依靠嚴格的檢修維護工作。本機組規程中要求遲緩率≤0.25%。

3.4 EH動力油溢流閥、減壓閥堵塞

文中2.4 描述EH 動力油壓未收到人為干預發生波動，引起負荷變化。EH 動力油來自主油泵出口油壓，經過兩道過濾器、減壓閥、溢流閥后進入高低壓數字電液轉換器，由4～20 mA 電信號轉換成調節油壓來控制調節滑閥開度，實現增減負荷指令。此次EH 動力油壓波動懷疑是減壓閥和溢流閥有堵塞現象。

4 運行中臨時控制措施

（1）潤滑油系統要加強濾油，保證濾油時間，保證油質合格。

（2）加強設備巡檢，注意現場油動機拉桿、三角架連接部件、彎角杠桿兩個小軸承、錯油門、反饋滑閥的工作情況。

（3）在汽輪機高壓油動機行程51～72 mm 采用閥控調節，盡量避免在目標閥位45%～55%區間內頻繁調整和保持，如因煤氣限燒或富裕機組增減負荷需經過此區間段時，可以參考一次脈沖油壓的正常變化范圍0.99～1.00 MPa，低于或高于這個范圍要引起注意，做好預判，并提前通知鍋爐崗位可能會有負荷的突變。調整閥位時要多觀察，有一定的停留時間，切記快速大幅度增減。

(4)EH 油壓波動不排除溢流閥和減壓閥內部微動元件的影響，待停機檢修檢查處理。運行時切記不能碰觸EH 動力油小濾網旁的溢流閥和減壓閥，易引起跳機。EH 動力油壓有異常變化時可以考慮切換濾網，但應把引起負荷變化的因素考慮進去，不要在滿負荷時切換EH動力油濾網。

5 解決方案

(1)要保證透平油品質合格，首先在機組啟動前，按規范要求做好油循環工作，確保油質達到要求。其次，運行中要對前后汽封進行及時調整，防止汽封冒汽過大，導致油中含水。嚴格執行油質監督制度，發現油質不合格，及時投入濾油設備進行濾油。為提高汽輪機透平油清潔度，執行使用濾油機每日24 h 連續濾油方案，濾油3 周后汽輪機清潔度回到標準范圍。

（2）利用汽輪機組檢修清洗錯油門滑閥、套筒、轉動盤、噴油孔等部件，錯油門動作遲緩性有所改善，調整負荷時脈沖油壓在0.99～1.0 MPa 變化就能實現錯油門的正常動作。

(3)優化PID 參數，汽輪機開機調試過程中通過不斷摸索、修改功率控制中PID參數，針對機械動作遲緩，減慢響應速度，增長調節周期，來降低峰谷偏差。最終將比例帶由500 提高到750，積分時間由60 增加到65，有效地解決了負荷突變問題，提高了機組穩定性。

（4）更換EH 動力油濾網，對溢流閥、減壓閥也進行了解體清洗，投運一個月未發生油壓波動。

6 結語

對C25-4.90/1.27 型汽輪機調速系統所出現的問題進行停機處理后，目前運行平穩，增減負荷較之前有很大改善，避免了負荷跳動，能夠滿足機組日常調整，提高運行的穩定性和安全性。