发电厂

韩景复
广东省电力设计研究院
【摘 要】 随着新建火力发电机组的不断投产，汽轮发电机组甩负荷试验的进行已经越来越普遍，本文结合具体实例，说明了汽轮发电机组在进行常规法甩负荷试验之前，应进行静态模拟甩负荷试验的重要意义，并对试验结果进行分析。
【关键词】 甩负荷 飞升转速 超速保护控制（OPC）电磁阀
汽轮发电机组的甩负荷试验是考验汽轮机调节系统对转速的控制能力，检查汽轮机调节系统的品质，预防机组超速的重要手段。自《火力发电厂基本建设工程启动及竣工验收规程（1996年版）》颁布以后，甩负荷试验就得到了广泛的开展，并且随着《火电机组达标投产考核标准（2001年版）》的颁布而成为基建达标的一项必检项目。由国家电力公司发布的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》第九章“防止汽轮机超速和轴系断裂事故”中明确规定“9.1.11 对新投产的机组或汽轮机调节系统经重大改造后的机组必须进行甩负荷试验。对已投产尚未进行甩负荷试验的机组，应积极创造条件进行甩负荷试验。”[1]
为了确保机组在运行中或甩负荷试验时不发生危险，要求机组必须进行危急保安器试验、汽门严密性试验、超速试验、汽门关闭时间试验、抽汽逆止门关闭时间试验和静态模拟仿真试验。本文主要结合广东粤泷发电有限公司罗定发电厂135MW机组2号机的甩负荷试验实例分析说明在机组静止状态下进行模拟甩负荷试验的重要意义。
1、关于静态模拟甩负荷试验的说明
静态模拟甩负荷试验是汽轮发电机组进行实际甩负荷试验前应该进行的一项预备性试验。试验在汽轮发电机组停止状态下进行。试验方法是：汽轮机挂闸，手动将汽轮机所有汽门开启至满负荷位置（一般在实际试验中将所有汽门全开），电气专业实际合上发电机出口开关（但实际发电机没有与电网并上），由热工专业解除“发电机出口开关跳开汽机掉闸”的连锁条件，并模拟发电机出口开关跳开后触发超速保护控制（OPC）电磁阀动作致使调节汽门关闭的条件, 包括发电机负荷或代表发电机负荷的主蒸汽流量。将需要采集的发电机出口开关跳开信号、OPC电磁阀动作信号、所有汽门（主要是高、中压调节汽门）位移行程信号接入专用高速数据采集装置。一切条件准备就绪后手动断开发电机出口开关，利用采集仪器测量发电机出口开关断开时刻、汽轮机汽门开始关闭时刻、汽轮机汽门完全关闭时刻，然后计算出各分段时间，结合汽轮机厂家提供的汽轮机动态常数设计值，将上述各参数代入《汽轮机调节系统控制系统试验导则》(DL/T 711-1999)给出的甩负荷瞬时最高飞升转速静态预测公式（本文后面详细介绍的公式1）就可以计算出汽轮机实际甩负荷发生时最高飞升转速的理论值。
2、机组设备状况简介
广东省罗定发电厂2号汽轮发电机组是装机容量为135MW燃煤机组，其中锅炉是由东方锅炉厂生产的DG420/13.7-Ⅱ2型一次中间再热、π型布置、超高压自然循环汽包炉；汽轮机是由上海汽轮机厂生产的N135-13.24/535/535型超高压、中间再热、双排汽单轴布置冲动凝汽式汽轮机；发电机是由上海汽轮发电机厂制造的QFS-
135-2型发电机。机组采用DEH纯电调控制系统。该套机组于2004年6月4日首次点火整套启动，2004年6月12日完成72小时试运行，2004年6月23日通过24小时试运行考核后移交生产投入商业运行。
3、甩负荷试验过程和分析
根据国家电力公司对新投产机组必须进行甩负荷试验这一要求，罗定发电厂2号发电机组于2004年6月12日进行第一次甩负荷试验，由于超速保护控制 (OPC)电磁阀动作缓慢导致试验失败，经过对失败原因进行详细分析并对OPC电磁阀进行更换处理后，于2004年6月22日成功进行了甩50％和 100％负荷试验。
3.1 首次甩负荷试验
罗定发电厂2号汽轮发电机组于2004年6月12日下午16：00顺利通过72小时试运后，试运指挥组决定于当晚22：00进行甩负荷试验。在试验前按照要求完成了各项准备试验，但静态模拟甩负荷试验由于启动前试验条件不具备未能进行，这也正是首次甩负荷试验最终失败的主要原因。
2号汽轮发电机组于22：00进行甩100％负荷试验，在发电机出口开关手动跳开后，汽轮机1、2号危急保安器先后动作导致汽机跳闸，高、中压主汽门迅速关闭切断汽轮机进汽，仅仅经过1.44s的时间汽轮机组就达到最高飞升转速3281r/min。
3.2 甩负荷试验记录数据
利用DATAQ DI722高速数据采集装置记录了整个甩负荷试验过程曲线。以发电机出口开关断开瞬间做为计时起点零，到各个调节汽门因OPC电磁阀动作开始关闭的时刻这段时间为延迟时间，再到各个调节汽门关闭结束时刻这段时间为总关闭时间。分析试验记录结果发现从发电机出口开关跳开到所有调节汽门全部关闭的总时间相对偏长，虽然在国家和电力行业标准中没有对发电机跳闸OPC电磁阀动作调节汽门关闭的总时间象对汽门关闭试验的时间一样进行具体要求，但参考其他相同类型机组（同为上海汽轮机厂生产的同型号135MW机组）相比较要长的多。例如参考罗定发电厂1号汽轮发电机组，静止状态下进行的甩负荷模拟试验的调节汽门总关闭时间最长的中压调节汽门也才只有0.197s（关于1号机组的数据来源于广东省电力试验研究所编写的罗定发电厂1号机组整套启动调试报告），而2号汽轮发电机组的中压调节汽门要经过0.835s才能完全关闭，具体比较请参见下表1、表2：
表1 罗定电厂1号机静态模拟
甩负荷试验数据记录
汽 门
名 称
GV1
GV2
GV3
GV4
ICV1
ICV2
延 迟
时 间
（s）
0.033
0.033
0.033
0.033
0.033
0.033
总关闭
时 间
(s)
0.147
0.160
0.150
0.157
0.197
0.197
注：表中GV1～4分别表示1～4号高压调节汽门、ICV1～2分别表示1～2号中压调节汽门，以下同
表2 罗定电厂2号机首次甩100%负荷
试 验 数 据 记 录
汽 门
名 称
GV1
GV2
GV3
GV4
ICV1
ICV2
延 迟
时 间
（s）
0.020
0.020
0.020
0.020
0.020
0.020
总关闭
时 间
(s)
0.515
0.515
0.515
0.515
0.835
0.835
3.3 甩负荷最高飞升转速静态预测
《汽轮机调节系统控制系统试验导则》(DL/T 711-1999)给出了甩负荷瞬时最高飞升转速静态预测公式：[2]
△nmax=(n0/Ta)ψ[Tv+αH(tH1+tH2/2)+αI(tI1+tI2/2)]r/min
公式（1）
式中：
n0－额定工作转速，r/min
Ta －转子时间常数，s 计算时取设计值7.0。
ψ －甩负荷相对值，%
Tv －蒸汽容积时间常数，s 计算时取设计值0.264。
αH、αI－高、中低压缸功率比例系数，% 计算时近似取用αH=0.3、αI=0.7。
tH1 tI1－高、中压油动机延迟时间，s
tH2 tI2－高、中压油动机工作行程等值关闭时间或工作行程关闭时间(总关闭时间减去延迟时间)，s
按照《汽轮机调节系统控制系统试验导则》(DL/T 711-1999) 给出的甩负荷瞬时最高飞升转速静态预测公式，结合表2中记录的试验数据对甩100％负荷进行最高飞升转速静态预测：将由试验数据记录得出的关闭时间数值 tH1、tH2、tI1、tI2代入公式（1）：
△nmax = (n0/Ta)ψ[Tv+αH(tH1+tH2/2)+αI(tI1+tI2/2)]
=（3000/7.0）×100%×[0.264
+0.3 (0.02+0.495/2)+0.7(0.02+0.815/2)]
= 276 r/min
根据以上计算结果，完全有理由相信，DEH控制系统OPC电磁阀动作后汽门关闭时间偏长是导致罗定发电厂2号汽轮发电机组首次甩负荷失败的直接原因。
3.4 问题处理和处理后效果
利用2号汽轮发电机组停机消缺的机会联系上海新华厂对两个OPC电磁阀进行更换处理，并于2004年6月18日进行静态模拟甩负荷试验，试验记录数据如下表3所示：
表3 罗定电厂2号机OPC电磁阀更换后
静态模拟甩负荷试验数据记录
汽 门
名 称
GV1
GV2
GV3
GV4
ICV1
ICV2
延 迟
时 间
（s）
0.015
0.015
0.015
0.015
0.015
0.015
总关闭
时 间
(s)
0.180
0.190
0.190
0.180
0.210
0.210
根据表3的试验数据结合公式（1）进行甩100%负荷静态飞升转速预测：
△nmax = (n0/Ta)ψ[Tv+αH(tH1+tH2/2)+αI(tI1+tI2/2)]
=（3000/7.0）×100%×[0.264
+0.3(0.015+0.17/2)+0.7(0.015+0.195/2)]
= 160 r/min
3.5 问题处理后甩负荷试验过程简述
经过对OPC电磁阀进行更换处理，并在静止条件下进行模拟甩负荷试验达到要求后，罗定发电厂2号汽轮发电机组于2004年6月22日再次进行甩负荷试验，试验结果如下：
3.5.1 甩50%负荷试验
6月22日做甩50%负荷（67MW）试验：最高飞升转速是3072r/min，OPC动作一次持续约2.5秒，经96秒后基本稳定转速3000r/min。
3.5.2 甩100%负荷试验
6月22日做甩100%负荷（127MW）试验：最高飞升转速是3153r/min， OPC动作一次持续大约12秒，经128秒后基本稳定转速3000 r/min。
甩100%负荷最高飞升转速153r/min与在静态条件下预测的甩负荷瞬时最高飞升转速160 r/min相比仅相差7r/min，可见在静态条件下的预测结果还是比较准确的，对实际甩负荷试验有一定的指导意义。
4、结束语
目前电力资源的紧缺可以说是全国性的问题，广东省电力资源形势尤为严峻，未来几年是广东省电力建设高峰时期，各新建机组将相继投产，甩负荷试验是汽轮发电机组投产前必须进行的试验项目之一。虽然目前关于火力发电机组甩负荷试验的研究经验已经相当丰富，但为了保证这项具有一定危险性的试验的顺利进行，试验前的各项准备工作和预备性试验是必不可少的。
本文中引用的甩负荷试验实例广东省罗定发电厂2号汽轮发电机组尽管装机容量相对较小，但其在甩负荷试验中所发生的问题及分析方法完全可以应用到其他大容量亚临界机组甚至超临界机组。
在进行机组甩负荷试验前进行静态模拟甩负荷试验并对试验结果进行详细分析计算是非常重要的，可以在一定程度上避免甩负荷试验中出现不必要的风险。
参考文献：
[1] 国家电力公司.防止电力生产重大事故的二十五项重点要求.北京：中国电力出版社，2001.
[2] 中华人民共和国国家经济贸易委员会.汽轮机调节控制系统试验导则.DL/T 711-1999.

来源：http://www.gaikuo.com/html/7/2007/0316/13524.html