1、全國火電100-200mw級機(jī)組技術(shù)協(xié)作會2008年年會論文集 汽輪機(jī)220mw汽輪機(jī)組負(fù)荷波動的分析與處理付建國 劉金川 顧 軍 連軼娟 郭磊 韓寶玉（焦作電廠河南焦作454001）摘要：通過對焦作電廠#機(jī)組負(fù)荷波動的現(xiàn)象的分析與處理，闡述了在實(shí)際運(yùn)行中分析負(fù)荷波動的方法，對解決電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)負(fù)荷波動問題有一定的借鑒作用。關(guān)鍵詞：負(fù)荷波動；閥位反饋；球型鉸鏈 1引言數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)普遍運(yùn)用于現(xiàn)代大型汽輪機(jī)組的調(diào)節(jié)，它具有靈敏度高，穩(wěn)態(tài)精度高，動態(tài)響應(yīng)快；可采用各種調(diào)節(jié)規(guī)律，如pid、最佳控制規(guī)律等，容易綜合各種信號，容易實(shí)現(xiàn)各種邏輯電路，容易滿足各種運(yùn)行方式要求，便于與系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步自動

2、化等優(yōu)點(diǎn)。焦作電廠總裝機(jī)容量1320mw，為6臺n220-12.7/535/535型超高壓中間再熱三缸三排汽冷凝式汽輪機(jī)。從1999年到2003年，陸續(xù)將6臺機(jī)組的原機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)改為新華公司的deh-a數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)；經(jīng)過幾年運(yùn)行實(shí)踐，對于處理系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題摸索和總結(jié)了一定的經(jīng)驗(yàn)。2007年9月我廠#1機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷大幅波動，我們及時(shí)組織力量進(jìn)行分析和處理，最終消除了引起負(fù)荷波動的故障點(diǎn)。2調(diào)節(jié)方式簡述為便于理解負(fù)荷波動的分析過程，下面先將我廠機(jī)組負(fù)荷的調(diào)節(jié)方式及各控制回路的特點(diǎn)做一下簡要介紹：2.1控制方式機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)采用“協(xié)調(diào)”控制方式，閥門管理采用“順序閥”控制，de

3、h中“一次調(diào)頻”投入，協(xié)調(diào)畫面中“調(diào)頻”投入。2.2控制回路簡介2.2.1功率回路：功率回路是以實(shí)際功率為反饋信號的閉環(huán)控制回路，投入時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動調(diào)整實(shí)際功率向目標(biāo)功率靠攏：實(shí)際功率低于目標(biāo)功率時(shí)調(diào)速汽門自動開大，功率增加，直到兩者相等；實(shí)際功率高于目標(biāo)功率時(shí)調(diào)速汽門自動關(guān)小，功率減小；直到兩者相等。2.2.2一次調(diào)頻回路：一次調(diào)頻回路投入時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷，轉(zhuǎn)速死區(qū)2998-3002rpm,當(dāng)轉(zhuǎn)速3002 rpm調(diào)速汽門關(guān)小，功率減少，當(dāng)轉(zhuǎn)速2998rpm時(shí)，調(diào)速汽門開大，功率增加。轉(zhuǎn)速每變化1 rpm時(shí)，負(fù)荷變化7.5mw。2.2.3順序閥調(diào)節(jié)：即噴嘴調(diào)節(jié)方式:在順序

4、閥調(diào)節(jié)時(shí)#1、2高調(diào)門同時(shí)開啟，當(dāng)#1、2高調(diào)門開度75%時(shí)，#3高調(diào)門始開，#3高調(diào)門開度70%時(shí)#4高調(diào)門始開，為機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的調(diào)節(jié)方式。2.2.4單閥控制：既節(jié)流調(diào)節(jié)方式，#1、2、3、4高調(diào)門同時(shí)開啟或關(guān)閉。在機(jī)組啟停和高壓調(diào)門有故障時(shí)采用。2.2.5協(xié)調(diào)控制：正常運(yùn)行方式；機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)deh內(nèi)“遙控投入”，協(xié)調(diào)控制站中“機(jī)主控站”自動投入，“爐主控站”自動投入，負(fù)荷指令由協(xié)調(diào)控制站發(fā)出。功率控制是以實(shí)際功率為反饋信號的閉環(huán)控制。3事件經(jīng)過及處理3.1事件一：3.1.1事件經(jīng)過：2007年9月11日，#1機(jī)負(fù)荷120mw,“順序閥”投入、“一次調(diào)頻”投入、“協(xié)調(diào)”投入，#1、2高調(diào)

5、門輸出指令54%，閥位反饋22mm，08：20#1機(jī)組負(fù)荷突變由120 mw降到80mw，立即匯報(bào)值長，退出協(xié)調(diào)，升負(fù)荷到120mw，升負(fù)荷過程中反復(fù)波動最大150mw最小90mw，由于四段抽汽壓力低，停止汽動給水泵運(yùn)行。3.1.2檢查與處理機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定后，對調(diào)門指令、開度、負(fù)荷等組態(tài)，查閱歷史曲線，發(fā)現(xiàn)在負(fù)荷第一次由120 mw降到80mw時(shí)，#1、2高調(diào)門指令、開度均未發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速在一次調(diào)頻死區(qū)之內(nèi)，主蒸汽壓力穩(wěn)定在12.7-13.1mpa之間；懷疑負(fù)荷或閥位控制回路有問題，聯(lián)系熱工人員檢查，經(jīng)熱工人員檢查并與其它機(jī)組邏輯參數(shù)對照未發(fā)現(xiàn)異常。3.2事件二3.2.1事件經(jīng)過2007年9月1

6、2日，機(jī)組負(fù)荷150mw，“順序閥”控制，“一次調(diào)頻”投入、“功率回路”投入，#1、2高調(diào)門輸出指令60%，閥位反饋24mm，主汽壓12.8mpa。09：10#1機(jī)組負(fù)荷大幅波動最高升到170mw，最低降120mw。3.2.3.檢查與處理#1機(jī)組負(fù)荷波動時(shí)，立即派人到就地檢查各高調(diào)門情況，檢查人員發(fā)現(xiàn)#2高調(diào)門就地波動較為劇烈，#1位移傳感器固定螺絲松動。查歷史曲線，負(fù)荷第一次上升到170mw過程中，#1、2高調(diào)門的輸出指令、閥位反饋均未變化，主蒸汽壓力在12.80.5mpa波動，轉(zhuǎn)速在3001-3003 rpm之間波動，由于轉(zhuǎn)速高于死區(qū)轉(zhuǎn)速1rpm，一次調(diào)頻參與調(diào)節(jié)，使負(fù)荷下降7.5mw，因

7、此，一次調(diào)頻參與調(diào)節(jié)不是影響負(fù)荷大幅波動的原因。聯(lián)系檢修緊固#2高調(diào)門#1位移傳感器固定螺絲，經(jīng)觀察負(fù)荷波動現(xiàn)象仍未消除。3.3事件三3.3.12007年9月14日08：35，由于#1機(jī)負(fù)荷仍然經(jīng)常大幅波動，改變#1機(jī)負(fù)荷控制方式為：單閥開環(huán)控制，即deh中任何控制回路均不投入。負(fù)荷150mw，#1、2、3、4高調(diào)門閥位輸出指令均為55%，閥位反饋22mm.10:16#1機(jī)負(fù)荷突然降到125 mw，然后又緩慢升到170 ，負(fù)荷反復(fù)波動，5分鐘后趨于穩(wěn)定。3.4三次事件負(fù)荷波動的特點(diǎn)分析#1機(jī)負(fù)荷頻繁波動過程中，高調(diào)門指令、閥位反饋、一次調(diào)頻、主汽壓均未發(fā)生足以引起負(fù)荷大幅波動的變化，熱工查邏輯

8、組態(tài)參數(shù)也未發(fā)現(xiàn)異常，這使我們的分析與處理陷入了困境，我們又重新調(diào)閱三次典型負(fù)荷波動事件中與負(fù)荷相關(guān)的參數(shù)曲線，發(fā)現(xiàn)在不同方式下負(fù)荷波動有著不同的特點(diǎn)，這給我們的分析處理指出了方向。3.4.1三次負(fù)荷波動中，在負(fù)荷起始波動是上升或下降時(shí)，#2高調(diào)門后壓力均有與負(fù)荷波動一致的變化。即在#2高調(diào)門后壓力升高則負(fù)荷增加，而此時(shí)#1、3、4調(diào)門壓力還未變化。#2高調(diào)門后壓力降低后負(fù)荷則降低，其他調(diào)門后壓力仍未變化。3.4.2在單閥開環(huán)控制時(shí)，負(fù)荷第一次波動均是先下降然后開始波動。3.4.3功率回路和協(xié)調(diào)投入時(shí)，負(fù)荷起始波動無規(guī)律，有時(shí)波動是負(fù)荷先增加，有時(shí)是負(fù)荷先減小，負(fù)荷起始波動是增加時(shí)往往實(shí)際負(fù)荷

9、小于目標(biāo)值，負(fù)荷波動是減小時(shí)往往是實(shí)際負(fù)荷大于目標(biāo)值。經(jīng)過對負(fù)荷起始波動特點(diǎn)的分析：認(rèn)為#2高調(diào)門存在實(shí)際開度大于指示開度的情況，就將調(diào)查重點(diǎn)放在了#2高調(diào)門上。就地對#2高調(diào)門進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的觀察，發(fā)現(xiàn)在調(diào)門開啟或關(guān)閉的前期位移傳感器的指示并未動作，當(dāng)開或關(guān)到一定位置時(shí)，位移傳感器指示才開始動作，這時(shí)機(jī)組負(fù)荷已發(fā)生了大幅的波動。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)#2高調(diào)門位移傳感器水平連桿與垂直連桿的結(jié)合部：球型鉸鏈連接松動，在傳動中產(chǎn)生了杠桿效應(yīng)，使位移傳感器不能同步反映閥門的實(shí)際開度。找到原因后，對#1機(jī)四個(gè)高調(diào)門位移傳感器的連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了更換，更換后#1機(jī)負(fù)荷再未大幅波動過。4原因分析deh-a系統(tǒng)的閥位控

10、制系統(tǒng)以油動機(jī)為核心，相應(yīng)配置閥位信號放大器（vcc卡），電液轉(zhuǎn)換器、快速卸載閥和閥位測量裝置等，如下圖所示為：閥位控制系統(tǒng)原理圖當(dāng)閥門管理器送來的閥門開度指令是開大調(diào)門指令時(shí)，閥門開啟指令、閥位反饋信號和閥位偏置信號（offset）三者在vcc卡的比較器中比較，由于，閥門開啟指令閥位反饋信號，比較器輸出電壓正值信號，經(jīng)功率放大器放大轉(zhuǎn)換為電流信號后，進(jìn)入電液轉(zhuǎn)換器，電液轉(zhuǎn)換器力矩馬達(dá)線圈有正向電流通過，電磁線圈銜鐵順時(shí)針偏轉(zhuǎn)。此時(shí)，擋板左側(cè)的噴嘴出口間隙減小，噴嘴前的壓力升高，右側(cè)的噴嘴與擋板之間的距離拉大，其噴嘴前的壓力降低。滑閥在兩端油壓差的作用下，向右移動，其控制壓力油的油口打開，使壓

11、力油通向油動機(jī)活塞下腔室，推動其活塞上移，開大調(diào)節(jié)汽閥。調(diào)節(jié)汽閥開大帶動與其連接在一起的閥位測量裝置：lvdt位移傳感器的鐵芯向上移動，lvdt位移傳感器外殼上部繞組所感應(yīng)的電動勢大，輸出一個(gè)較大的向上的鐵芯與繞組之間的相對位移信號，此增大的閥位反饋信號進(jìn)入vcc卡的比較器中與不變的閥位開啟指令比較，使輸入電液轉(zhuǎn)換器的正值電流減小，直到閥位反饋信號與開啟指令相等時(shí)，電液轉(zhuǎn)換器力矩馬達(dá)線圈的電流等于零，銜鐵回到中間位置，此時(shí)滑閥兩端的油壓相等，滑閥返回中間位置，油動機(jī)活塞下部既不進(jìn)油，也不瀉油，調(diào)門保持當(dāng)前位置不變，調(diào)節(jié)過程結(jié)束。當(dāng)閥門管理器送來的閥門開度指令是關(guān)小調(diào)門指令時(shí)，vcc卡的比較器輸

12、出電壓負(fù)值信號，經(jīng)功率放大器放大轉(zhuǎn)換為電流信號后，進(jìn)入電液轉(zhuǎn)換器，由于，電液轉(zhuǎn)換器力矩馬達(dá)線圈是負(fù)向電流通過，電液轉(zhuǎn)換器整個(gè)動作過程與開大時(shí)的相反。卸掉油動機(jī)活塞底部油壓，調(diào)門關(guān)小，lvdt位移傳感器的鐵芯向下移動，使輸入電液轉(zhuǎn)換器的負(fù)值電流減小，直到閥位反饋信號與開啟指令相等時(shí)，滑閥返回中間位置，調(diào)節(jié)過程結(jié)束。閥位控制系統(tǒng)能自動控制調(diào)門的開度和指令一致的關(guān)鍵因素是：vcc卡的比較器輸出有偏差信號時(shí)，閥位控制系統(tǒng)才能自動進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果閥位反饋信號與閥門開度指令之間沒有偏差時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)不進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)閥位閥位測量裝置水平連桿和垂直連桿的結(jié)合處：球型鉸鏈不能與緊密接觸時(shí)，就會出現(xiàn)調(diào)門雖然移動了一段距

13、離，但是，不能即時(shí)帶動lvdt位移傳感器的鐵芯移動，閥位反饋信號與閥門開度指令之間沒有偏差，調(diào)節(jié)系統(tǒng)不參與調(diào)節(jié)。只有當(dāng)閥門開度足夠大時(shí)，才能克服松動部位的影響，帶動帶動lvdt位移傳感器的鐵芯移動，閥位反饋信號與閥門開度指令之間產(chǎn)生偏差，調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)。下面以附圖做一分析和說明：a圖是閥位反饋系統(tǒng)簡圖，b圖是空行程示意圖。 （a圖：閥位反饋系統(tǒng)） （b圖：空行程示意圖）當(dāng)球型鉸鏈緊密接觸時(shí)：，油動機(jī)行程與lvdt的垂直連桿行程一致，閥為反饋信號能準(zhǔn)確的反映調(diào)門開度。當(dāng)球型鉸鏈出現(xiàn)間隙時(shí)即：時(shí)，傳動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生杠桿效應(yīng)，如果水平連桿與球型鉸鏈的點(diǎn)接觸，調(diào)門需開啟時(shí)，油動機(jī)必須在移動了后，才能與球型

14、鉸鏈的點(diǎn)接觸，帶動lvdt的垂直連桿移動，閥位反饋信號參與調(diào)節(jié)活動，就是不能被閥位反饋反映的空行程。經(jīng)測量：球型鉸鏈間隙，球型鉸鏈通孔長度，水平連桿長度，由相似三角形原理計(jì)算空行程的最大值：；造成負(fù)荷升、降40-50mw。5對負(fù)荷波動特點(diǎn)的理解5.1在單閥開環(huán)控制時(shí)，當(dāng)調(diào)門開啟到指令位置穩(wěn)定一段時(shí)間后，油動機(jī)壓力油缸內(nèi)的壓力油超過油缸間隙緩慢泄出，油缸內(nèi)油壓力下降，在彈簧力作用下，調(diào)門逐步關(guān)閉，負(fù)荷下降。因此，單閥開環(huán)控制時(shí)，初始負(fù)荷波動總是負(fù)荷下降的。5.2在功率回路或協(xié)調(diào)控制時(shí)，由于汽壓波動造成負(fù)荷偏離目標(biāo)負(fù)荷時(shí)，控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)負(fù)荷升高，由于#2高調(diào)門閥位開度不能反映實(shí)際開度，造成負(fù)荷調(diào)

15、整超過原有幅度。從而使負(fù)荷反復(fù)大幅度波動，由于汽壓可能升高或降低，所以，此方式下的負(fù)荷初始波動可以是增加也可以是減少，具體情況要視汽壓變化情況而定。5.3由于#2高調(diào)門有空行程，因此在每次負(fù)荷波動時(shí)，其調(diào)門后壓力必先發(fā)生變化。6預(yù)防措施6.1機(jī)組大修時(shí)應(yīng)重視對閥位測量系統(tǒng)的檢查與處理。6.2需更換閥位測量系統(tǒng)時(shí)應(yīng)采用技術(shù)成熟，經(jīng)使用性能穩(wěn)定的同類型產(chǎn)品，不應(yīng)隨意更換未經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)的其他類型產(chǎn)品。6.3在運(yùn)行中運(yùn)行人員、檢修人員應(yīng)重視對閥位測量系統(tǒng)及其部件的檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。6.4檢修人員應(yīng)定期對閥位測量系統(tǒng)所屬部件、接線進(jìn)行檢查和緊固。6.5運(yùn)行中調(diào)門出現(xiàn)抖動時(shí)要及時(shí)處理，防止長期震動造成球型鉸鏈連