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汽轮机负荷波动原因分析和处理措施

 以长江动力Q3052C型汽轮机为例，针对汽轮发电机组在运行中出现功率波动的问题，通过对505E控制系统调节回路各环节的分析和试验，找出了EH油内含颗粒杂质过多是造成该问题的主要原因，并结合实际工况通过控制器内部PID参数整定消除部分影响。罗列运行中可能出现的问题，提出分析建议和处理措施。
    湖北大峪口化工有限责任公司3#机为长江动力Q3052C型。在试车成功后一段时间，突然出现电负荷有大幅波动且滞后很大现象。经多方排查，检测出EH油质不达标准，经处理后虽已无显然波动现象，但控制滞后还是较大。依据实际工况重新整定PID参数后，基本能达到工艺控制要求。
    调节回路波动主要原因分析
    2.1主控制器〔505E〕故障
    2.1.1原因分析：505E是以微处理器为基础的调速器，通过电液转换机构对汽轮机调节汽门进行控制，实现对汽轮发电机组执行自动控制的系统。在机组运行过程中，505的工作直接影响汽轮机转速和机组负荷，密切关系机组的发电质量和安全。
    2.1.2处理措施：关闭阀位限制器试着手动控制汽阀。用这种方式锁定汽阀且执行机构输出稳定，但系统仍然振荡，则说明问题不在于控制器
    2.2转速传感器、功率变送器故障
    2.2.1原因分析：本机组采纳的是2个磁阻式探头互为冗余，输入信号高选为主。505E实测机组功率和机组转速作为反馈信号，转速偏差作为一次调频信号对给定功率进行修正，功率给定与功率反馈比较后，经PID运算和功率扩大后，通过电液转换器和油动机控制调节阀门开度来消除偏差信号，对机组功率实现无差调节，假设功率不反馈，则以阀位控制方式运行，即通过增加转速设定，开大调节汽阀，增加进汽量达到增加负荷的目的。假设转速传感器、功率变送器故障则会影响到整个回路的稳定。
    2.2.2处理措施：分别拆下2各转速传感器接至转速数字显示仪，转速均为正常。校验功率变送器电流和功率均输出正常。

功率变送器校验表输入电流〔A)输出电流〔mA)功率(KW)17.255195210.4510388313.6515581416.8520775520.0525969备注：此表型号：JA866-4P3  最大功率25969KW  

    2.3.1原因分析：作为阀门位置反馈的线性位移传感器，随着阀门的变化而变化，其芯杆在线圈中反复移动，由于芯杆与线圈间存在一定的间隙，芯杆移动过程中常常与线圈发生摩擦，线圈磨损，金属芯杆与磨损的线圈接触会影响传感器的输出，造成位置反馈的不稳定引起阀门的波动。更严重的是芯杆被线圈卡涩而不能畅通地移动，在位移信号增大给芯杆积聚了一定的力后，又使芯杆产生一个跳动，通过调节回路的作用也使调节汽门产生波。

  2.3.2处理措施：拆下后检查发现传感器无故障，但芯杆有细小弯曲，校直后波动相对之前较为平稳。

    2.4.1 原因分析：汽轮机进汽调节阀控制系统主要由DDV伺服阀、油动机、卸荷阀、LVDT 组件、伺服卡等构成，电液转换器由汽轮机前轴承座中的主油泵供油。主油泵〔即汽轮机轴头油泵〕输出1.1MPa的压力油，经节流孔和电调装置专用的滤油器后供给电液转换器。当汽轮机转速变化或抽汽压力变化时，输入信号与给定值比较输出一个偏差值，经运算扩大后改变两路分别送给两只电液转换器的控制信号，使两个电液转换器输出的脉冲油压变化。脉冲油直接作用在错油门滑阀下部，从而控制高、中压油动机的位移，改变高压调节汽阀和旋转隔板的开度，达到自整调节的目的。
    当电信号进入DDV伺服阀内扩大电路后，此电信号将转换成一个脉宽调制电流作用在线性力马达上，力马达将产生一推力并使阀芯产生一位移。同时激励器激励阀芯位移传感器产生一个与阀芯实际位移成正比的电信号，并与输入指令信号进行比较，所得偏差信号将改变输入至力马达的电流大小，直到阀芯位移达到所需值，即阀芯位移与输入指令信号成正比。DDV伺服阀采纳的线性力马达可在中位产生左右两个方向的驱动力。推动阀芯产生两个方向的位移。双筒滤油器上设有差压发讯装置，它以开关形式对滤油器的堵塞作报警，当进出口压差达0.35MPa时，即发出电信号。由于线性度关系本机组DDV阀芯位置定在63.5%，故当DDV阀芯动作完毕后会回到63.5%即为正常。机组运行后DDV阀虽工作位置在67.3%，但压差发讯装置未发出堵塞信号，故没有判断阀芯堵塞。
    2.5.2处理措施：首先改换伺服卡及DDV伺服阀，均未见异常。在改换双筒滤油器滤芯时发现滤芯内机械杂质较多，改换后后阀芯位置从67.3%降至63.5%，故判断是油内机械杂质过多，导致堵塞滤网进油量不够，阀位动作滞后增大，最终使整个调节系统紊乱，出现负荷大幅波动现象。因在电液转换装置中油质要达到美国国家宇航标准〔NAS1638〕7级或以上，其中机械杂质在每100Ml油中大于100µm粒子数不得超过32个。故我们在用滤油机过滤的状况下还在滤油器出口加装滤网且至少每个星期改换一次。当阀芯位置大于67.0%时改换双筒滤油器滤芯，待油内机械杂质合格后，重新整定PID参数。经过一系列措施之后，负荷已能得到及时控制且无显然波动。 
    PID参数对回路的影响
    在整个调节系统中，当外部因素不可逆时，可适当的通过调整PID参数来达到稳定调节的目的。PID控制回路的增益是回路中所有增益的综合。回路的总增益包括执行机构增益，阀门增益，阀门连杆机构的增益，变送器增益，汽轮机内部增益和505调速器的可调整增益等。如果累加的机械增益〔执行机构、阀门、阀门连杆〕等很大的话，要加入的505调速器增益必须很小以满足系统稳定要求的系统总增益。
    关于恰当调整好的系统来说，当给其一个阶跃变化时，应略微过调后就达到稳定控制。为了获得较佳的响应，比例增益和积分增益应尽可能地大。要获得较快的过渡响应，缓慢地增大比例增益设定值直到执行机构或最终驱动器输出开始晃动或摆动，然后调整积分增益使输出稳定。如果调整积分增益无法使输出稳定，则减小比例增益的设定值。
    以下是505E一种简便的调整方法，能使PID增益值调整至接近最正确值。
    〔1〕    将积分增益减至最小
    〔2〕    增加比例增益直至系统刚开始晃动
    〔3〕    记录系统增益〔G〕和晃动周期〔T〕
    〔4〕    按以下说明调整动态参数
    关于PI控制设定比例增益=0.45*G，积分增益=12/T，DR=100
    这种调整方法将使增益设定值接近最正确，然后再从这一点对它们作微调。
    关于负荷波动是汽轮机常见问题之一，造成负荷原因较多，一旦出现，严重影响机组的安全稳定运行。通过本次对湖北大峪口化工有限责任公司3#汽轮机负荷波动原因分析，系统的分析了造成负荷多种原因，提出了具体的处理措施，关于其他电厂处理此类事故有一定的借鉴意义。