汽轮机调节系统摆动问题诊断与处理

汽轮机调节系统摆动问题诊断与处理

于书才

国能内蒙古呼伦贝尔发电有限公司  内蒙古自治区呼伦贝尔市 021025

摘要：汽轮机是利用具有一定压力和温度的蒸汽来做功的回转式原动机，用以驱动发电机来产生电能。由于电能不可大量储存且实际用电负荷常有一定的波动，因此要求电力生产过程连续、稳定、平稳并对外界负荷有很强的适应性，而要达到这一功能，则需要汽轮机调节系统来得以实现。汽轮机调速系统的摆动是指汽轮机调节汽阀、油动机等设备周期性动作，同时伴随着功率、转速的摆动，调速系统对设备寿命产生不利影响，当调速系统摆动剧烈时，甚至会引起电网低频振荡，已有多次电网低频振荡事故是由于汽轮机调速系统摆动引起的，而随着电网特高压工程的建设以及新能源发电机组的大规模并网，电网稳定性有所下降，火电机组一次调频愈发频繁，考核愈来愈严格，出现调速系统摆动的次数也越来越多。

关键词：汽轮机；调节系统摆动；处理  

调节系统摆动过大直接威胁汽轮机组的安全稳定运行，严重影响机组和锅炉的安全稳定运行。造成调节系统摆动的原因很多，如蒸汽品质、检修调整、制造设计等。汽轮机调速系统摆动多出现在汽轮机升降负荷、一次调频动作、单顺阀切换的过程中，针对调速系统摆动的处理办法主要有一次调频参数优化、功率闭环参数优化、高调门管理函数优化及加强运行管理如对单顺阀切换时间、阀门活动试验及功率闭环的投退进行严格管理等手段。结合调节油系统分析了调节系统摆动的原因，提出了解决的方法。

一、汽轮机调节油系统异常

调节油系统异常对调节系统稳定性的影响包括直接影响油压波动和间接影响 如油中渗有水分使元部件生锈腐蚀和油中含有机械杂质等。

1、油压波动。引起调节系统油压波动的因素主要有 2 个:一是主油泵和注油器本身的工作性能不稳定;二是油系统混入空气。油流中的空气造成油压波动，对调节系统的稳定性危害最大。油流中空气的来源是在机组启动时油系统的空气没有排净，尤其启动辅助油泵时出口门开启，高速油流将会卷进大量的气泡。因此在启动辅助油泵前一定要关闭出口门，待油泵运行正常后再缓慢开启出口门提升油压，进一步排出调节系统各部套及油路中的空气。油中空气的存在与油路系统中空气分离的条件有关，如油箱容积过小、回油管路布置过高造成回油飞溅、油位偏低、排烟风机调试不当或排烟风机进口不严密，使油箱未建立起微负压及系统中的油流速度过高等都是造成空气不能充分分离的原因。为便于排出积存在系统中的空气，应在弯管的最高部位及可能积存空气的死区开设排气孔。调试过程中人为地使调速系统波动，对于排出调节油系统中积存的空气同样效果良好。

2、调节部件漏油。调节系统部件漏油造成系统油压过低、油动机出力不足、 调节系统迟缓率增加及调节元件性能的失常，引起调节系统摆动，对安全生产十分不利。造成调节系统部件漏油的原因很多，如 :调节系统部件磨损腐蚀造成配合间隙过大;油动机活塞缸壁局部磨损严重使油动机两腔室短路；系统逆止阀不严;对于全液压调节系统整个调节油回路都包含在一个焊接箱体内，如果箱体上存在气孔、砂眼、未焊透等缺陷，或结合面不平整及垫片破损等，将造成不同油压等级油路之间发生短路。各种滑阀等活动部件的配合间隙应符合设计要求，对磨损或腐蚀严重的部件要及时更换。

3、油质不良。油质不良包括油质不清洁及运行中油质恶化。由于液压调节元件的间隙很小，如果油中含有机械杂质，尤其是较硬的砂粒时调节系统卡涩，造成调节系统摆动，这类现象较常见。有的机组在油质良好时调节系统工作完全正常，但随着运行中油质的劣化油中进水引起调节元件的锈蚀和卡涩，从而破坏了正常的工作状态，使调节系统摆动。对于大修后的机组一定要重视油管路系统的清洗和透平油的过滤，应特别注意检修清理调节部套各腔室的死角，彻底清除砂粒等杂物，启动前一定要保证油循环质量。对于运行的机组，应经常保持油质的良好状态，防止油质劣化，定期化验油质,如果存在油中进水或油温过高等缺陷，应及时进行处理。

二、汽轮机调节系统摆动的原因

1、调节系统迟缓率过大。实践证明，调节系统工作不稳定，常和迟缓率过大有关，特别是对于杠杆联接的调节系统工程，迟缓率过大更是造成调节系统摆动的普遍原因。迟缓率越大，则转速及负荷的变化值也越大。

2、调节系统速度变动率太小。汽轮机调节系统速度变动率大小，将会引起调节系统工作不稳定。有时平均速度率符合要求，便局部速度变动率太小，则机组在该工作点运行时，也容易造成不稳定。一般要求调节系统的速度变动率在3～6％范围内，过低会造成调节系统工作不稳定，过高又会造成动态飞升转速过快，易造成危急保安器动作，因为汽轮机在骤然甩掉全负荷时，转速升高约为速度变动率的 1.5 倍，如果速度变动率大于7％，则由计算结果7％×1.5＝10.5％可见，已接近危急保安器动作值 10％～12％的范围了。所以不能超范围地用调高的方法来满足稳定性的要求。而机组一般将低负荷和额定负荷附近的局部速度变动率调的大一些，而其它区域的局部速度变动率调小一点，使机组在低负荷和额定负荷时工作平稳，而又保证了总的速度变动率在要求范围内。

3、滑阀构造的影响。无论半液压、全液压调节系统，都设置有各种滑阀，要保证这些油阀能正常工作，则要求滑阀应有合理的构造，如果设计不合理，制造有超差或运行中严重损坏，常会影响调节系统的稳定运行。对于断流放大机构的错油门滑阀，保证适应的过封度是十分重要的，因为机组运行的转速并不是绝对稳定的，其脉冲油压实际上也是在一定范围内波动的，即使在转速不变的情况下，脉冲油压的波动也是不可避免的，这是由于油管中的涡流、主油泵供油压力的脉动等引起的，所以滑阀实际上也是在一定的幅度内波动的。因此，一定的过封度是避免油动机摆动的有效措施。适当的过封度是必要的，但过封度太大，则使调节系统的迟缓率增大和动态性能恶化。

4、电网周波摆动过大。由于汽轮机并网运行时，转速随电网周波变化而变化，由于汽轮机转速变化大就会造成调节系统摆动，一般情况运行人员就可以确定摆动的原因，也不需要检修做任何调整工作，只需联系调度将电网周波调整正常后即可消除。

三、汽轮机调节系统摆动原因及处理

1、原因分析。某电厂原#5机组调节系统摆动尤为严重，经过机组大修解体后检查，调节系统的调节汽门重叠度偏离设计值，并且第一个调节汽门的线型不好，低压调节汽门阀芯部件松动加之低压调节汽阀阀芯处蒸汽扰动，一起造成#5机带抽汽时调节系统摆动过大和低压调节系统配汽机构抖动。

2、处理及效果。经厂专业人员更换了#5机高压调节汽阀的第一个调节汽门，重新按厂家标准调整了高低压调节汽阀的重叠度尺寸，紧固了低压调节汽门的部分松动部件，减小了机组的迟缓率。重新开机试验时发现#5机调节系统较以前工作稳定了很多，基本符合厂家设计要求，解决了机组带抽汽调节系统摆动间题。

对汽轮机调节系统摆动问题认真分析，精心检修调整都可以解决。总之，全液压式调节系统的汽轮机调节系统摆动的原因很多，但归根到底基本上是以上原因，只要认真对照和认真检修都能准确的分析出调节系统摆动原因并加以处理，汽轮机运行将更加稳定，电网也能更好的为生产、生活等发挥更大的作用。调节系统摆动是困绕汽轮机运行的难题，以上分析的汽轮机调节系统摆动的原因为日常检修工作提供了理论依据，针对不同的现象及原因采取不同的处理方法，减少故障的处理时间，确保机组安全稳定运行。

参考文献 :

［1］朱经昌． 汽轮机调速系统中影响电力系统低频振荡的关键因素［M］． 北京: 国防工业出版社，2019.

［2］马文星．汽轮机调速系统中电力系统低频液力传动理论与设计［M］． 北京: 化学工业出版社，2018.

［3］鲁统利，葛安林，张宏坤． 液力变矩器性能试验台油温自动控制系统研制［J］． 农业机械学报，2018( 4) : 95－ 98.