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北极星电力网技术频道 作者:谭昌友 2009/6/22 9:54:36
湖南华润电力鲤鱼江有限公司的2号机组汽轮机系哈尔滨汽轮机有限公司引进美国西屋公司技术生产的N300-16.7/537/537型亚临界、一次中间再热、双缸双排汽、单轴、冷凝式汽轮机。按原国家电力公司2000年9月28日发布的《防止电力生产重大事故二十五项重点要求》中“防止汽轮机超速和轴系断裂事故”条款规定，为考核数字式电液调节系统（DEH）甩负荷后对转速飞升抑制的功能，在对技术方案、测试仪器、仪表、DEH、机组本体和辅机、附属设备作了充分准备之后，于2003年8月27日和28日凌晨，在2号机组（300 MW）实施了常规法甩负荷验证性试验，并取得了成功。
通过常规法甩负荷试验，摸清了鲤鱼江电厂2号机组调节系统的动态性能，检验了整个电厂有关设备对甩负荷工况的适应能力，试验达到了预期目的。
1机组简介
湖南华润电力鲤鱼江有限公司2号机组汽轮机DEH由哈尔滨汽轮机控制工程有限公司采用北京Bailey公司的Symphony分散控制系统来实现。
设计机组挂闸后，高压旁路不能投入，处于“Bypass Off”状态。中压调节汽门IV的工作方式是采取“两位阀”的方式，即它不参与机组转速或负荷的调节。因而，甩负荷后，中压调节汽门IV的开启必然造成机组转速的再次飞升，存在超速的危险。
DEH的OPC（overspeed protection control）功能实际上包含两个方面：负荷下降预感器LDA；转速飞升至额定转速的103%，超速保护动作。并网前未进行电气或机械超速试验而转速超过3 090 r/min，OPC触发，直至转速低于3 090 r/min复位；发电机主开关断开瞬间，如果中压缸排汽压力（IEP）大于额定值15%或该测点发生故障，则无论此时的转速是否超过3 090 r/min，OPC电磁阀都要动作，持续时间预置2 s。该两路OPC功能实际上是相辅相成的。
甩负荷后，DEH将自动强制为“操作员自动”方式，转速“目标值”和“给定值”均为3 000r/min。
2试验前的准备和改进
2.1OPC模拟试验
鉴于OPC特性在甩负荷时至关重要，静止时进行了模拟LDA试验，获取了主开关断开瞬间至汽门开始关闭时刻的延迟时间，及关闭至空负荷位置和完全关闭的时间等参数；汽机空转的时候，又实际检验了OPC在额定转速103%时回路动作值及汽门关闭的时间，确认迅速、可靠。
2.2LDA动作后的持续时间
原设计LDA动作后，持续时间为2 s。LDA动作后预置延时的根本目的是保证当LDA复位之后，转速仍在3 090 r/min以上，使OPC 103%定值的回路继续动作。由于担心时间偏短，将该时间改为延时5 s。
2.3103%定值的回路动作后的复位转速
若在转速低于3 090 r/min立即复位，由于中压调节汽门IV按液压系统限制的固定速率开启较快，且中压调门的通流面积较大，容易造成转子再次飞升至较高的转速。为此，将103%定值回路动作后的复位转速改为3 000 r/min。
2.4对再热蒸汽压力的处理
由于甩负荷后高压旁路不能开启，低温再热蒸汽、高温再热蒸汽管道中巨大的蒸汽体积必须靠中压调节汽门IV的反复开启和低压旁路泄掉。甩负荷后，能迅速将再热蒸汽压力降至较低水平是控制OPC动作次数的关键。为此，制定了措施：考虑到低压旁路管道较长和国产200 MW机组的旁路系统曾发生过多起强烈振动甚至爆破等事故，预开低压旁路5%进行暖管；
甩负荷后，确认再热管道疏水阀联锁开启；立即手动开启低压旁路至40%～50%，再视旁路本身的承受能力和管道情况，迅速全开；锅炉开启再热器对空排放阀协助泄压，但须在压力降至0.3 MPa前关闭。
3甩50%负荷试验结果及分析
甩50%负荷试验是甩100%负荷的预备性试验，通过甩50%负荷试验，考核了OPC动作特性、LDA动作持续时间、高中压调节汽门（GV，IV）的动作特性以及转速飞升暂态过程与特性。甩50%负荷时OPC和转速的动作关系如图1所示。
对调节系统DEH而言，防止甩负荷后第一飞升转速的功能是通过OPC实现的。因而，从主开关跳闸瞬间至调节汽门关闭至空负荷位置的时间间隔决定了转子的第一飞升值，要求越快越好。转子的第一飞升极值3.064 r/min，为甩负荷前转速3 000r/min的2.13%，远小于行业标准DL/T711—1999和专家推荐5%的要求值，且验证了OPC（LDA和103%定值）回路的快速性和可靠性，可以进行甩100%负荷试验。甩50%负荷试验的第二飞升值3 123 r/min较高，同时也说明了LDA动作后预置5.0 s的延时时间（实测为4.811 s）对甩50%负荷工况是不恰当的，建议在DEH没有汽门快关（fast valving）功能的前提下，将LDA的释放逻辑条件改为“直至转速低于3 000 r/min”，该逻辑对甩100%负荷同样非常奏效。
4甩100%负荷试验
4.1转速飞升暂态过程及分析
甩负荷前汽机转速3 005 r/min，发电机主开关断开后，经0.027 s延迟，转子转速开始飞升，2.573 s后转速达第一飞升极值3 145 r/min。
之后，由于汽门已经关闭，转子开始以-0.489 5rad/s2的平均角加速度下降，经32.303 s后降至2 994 r/min。在此时刻之前0.937 s，OPC电磁阀释放，0.653 s后中压调节汽门IV开始开启，随着IV的开启，转速继续向上二次飞升。
经3.600 s飞升至第二极值3 106 r/min，平均角加速度3258rad/s2。在达第二极值之前1.067 s，由于转速已超过3 090 r/min，OPC的103%定值回路动作，由于回路延迟和汽门关闭需要时间（IV1关闭时间0.12 s，IV2关闭时间0.12 s）及之后的转子惯性向上，转速继续飞升至3 106 r/min。
达极值3 106 r/min后20.571 s，转速降至低点2 995 r/min，平均角加速度-0.565 1rad/s2。由于转速低于3 000 r/min，在此极值点前1.693 s，OPC 103%定值回路释放，1.213s后中压调节汽门IV1开始开启，1.240 s后中压调节汽门IV2开始开启，转速再次飞升。9.266 s后达第三极值3 090 r/min，平均角加速度1.074rad/s2。在此极值点前0.360 s，OPC103%定值回路由于转速超过3 090 r/min再次动作，IV阀关闭，IV1关闭时间0.12 s，IV2关闭时间0.094 s，转速下降。
16.967 s后，转速降至2 993 r/min，平均角加速度-0.5987rad/s2。同前原理，达此极值点前1.214 s，OPC1Z复位，之后0.454 s IV1开始开启，0.520 s IV2开始开启，但此时再热蒸汽经85.325 s时间锅炉再热器对空排汽门和低压旁路的释放，已降至比较低的压力水平，中压调节汽门的完全开启，不足以使转子转速飞升至3 090 r/min。8.879 s后，飞升至最后一个高点极值3 007 r/min，15.331 s后转速下降至低点2 987 r/min。在高压调节汽门受DEH指令的控制下，将转速稳定在2 993 r/min。甩100%负荷再热蒸汽压力的暂态过程如图2所示，OPC和转速的动作关系见图3所示。
4.2甩100%负荷试验特征值计算结果
特征值计算结果如下：
a) 转速动态超调量φ＝4.66%；
b) 转子角加速度αr=31.04rad/s；
c) 转子时间常数Tr=10.13 s；
d) 转子转动惯量J=30 702.25 kg·m2；
e) 蒸汽容积时间常数Tv=0.280 s。
4.3甩100%负荷小结
发电机主开关5002断开后，DEH OPC负荷预感器回路LDA动作，0.094 s后，OPC电磁阀动作，高压、中压调节汽门随之立即迅速关闭，关闭时间小于0.24 s。
甩100%负荷后，在OPC和DEH的共同作用下，能有效地将转子的飞升转速抑制在4.66%（3 145r/min），小于危急遮断器飞锤动作转速，之后稳定在同步转速2 994 r/min。通过精确测量转速的暂态过程曲线，准确地获取了转子的时间常数、转动惯量等特性参数。
LDA动作后预置5.0 s的延时时间（实测为4.811 s），其目的是当LDA复位之后，确保转速仍在3 090 r/min以上，使OPC 103%定值回路继续动作。通过试验得到验证，5 s的延时时间是恰当的。若DEH在没有汽门快关功能的前提下，将LDA的释放逻辑条件改为“直至转速低于3 000 r/min”，可以达到相同的目的。
在转速飞升暂态过程中，OPC共触发三次，其中第一次是LDA由于主开关5002断开而中压缸排汽压力（IEP）大于额定值15%和103%共同作用所致，后两次是由转速103%定值回路的作用所致。从国内进行甩负荷试验的经验和资料来看，对于哈尔滨汽轮机厂引进西屋技术制造的300 MW机组，由于中压调门IV不参与转速的调节，以两位阀方式工作，能在甩100%负荷时，OPC 103%定值回路仅动作两次将机组转速稳定在3 000r/min还未见报道。因而，本次甩负荷试验是成功的，技术上是先进的。嘉兴电厂2号机组是上海汽轮机厂引进美国西屋公司技术生产的300 MW机组，甩50%负荷时OPC动作9次，甩100%负荷OPC动作4次；渭河电厂6号机组是哈尔滨汽轮机厂生产的引进型300 MW机组，甩50%负荷时动作4次，甩100%负荷时动作5次；外高桥电厂3号机组是上海汽轮机厂生产的引进型300 MW机组，甩50%负荷动作6次，甩1 00%负荷动作10次；厦门嵩屿电厂2号机组（300 MW），甩100%负荷动作13次；益阳电厂引进型1号机组（300 MW）意外甩负荷，由于没有旁路的设计，OPC动作了29次。
5结论及建议
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