浅谈小型汽轮机组调速系统负荷波动的原因

2012-08-15张爱民

科技视界 2012年11期

张爱民

（创冠环保〈中国〉有限公司福建厦门 361004）

汽轮机调速系统是由转速感受机构、传动放大机构、执行机构和反馈装置组成，主要作用是通过对汽轮机进汽量的调整，使汽轮机的输出功率和电负荷保持平衡。但是在实际的运行工作中，由于制造、安装、检修和运行中的一些问题，调速系统会出现一些异常情况，特别是调速系统的摆动是运行中的常见问题，给设备的安全、稳定运行带来隐患。所谓调节系统的摆动是指汽轮机的转速或负荷等不能维持相对的稳定，而是产生了较大的波动。调节系统摆动的原因较多且较为复杂，这里仅列举几种常见的情况，如下：

1 从调节系统本身分析负荷摆动的原因

1.1 透平油品质不良对调速系统摆动的影响

透平油的品质对调速系统工作的影响是普遍的，也是根本性的。油质差，既影响调节系统的静态特性，也影响动态性能，必须引起足够的重视，务必保持运转中机组的透平油品质合格。透平油品质不良主要包括油的透明度差，机械杂质多，特别是坚硬的固体颗粒，以及由于轴封漏汽导致的油中带水等。其中的机械杂质，比如焊渣、氧化皮、金属屑、砂粒、灰尘等，极易引起调速系统的卡涩，使各个调节部件工作不协调，引起汽轮机错油门滑阀动作不正常，造成汽轮机负荷波动。保证透平油品质合格，首先在机组调试前，就要认真按规范要求做好油循环工作，确保油质达到要求。对油系统中的盲管进行技改，防止停机时盲管里的机械杂质回流到油系统中。其次，运行中要对前后汽封进行及时调整，防止汽封冒汽过大，导致油中含水。严格执行油务监督制度，发现油质不合格，及时投入滤油设备进行滤油。

1.2 油压波动造成调速系统摆动的影响

（1）因为对全液压调节系统的机组而言，调节系统的脉冲信号取自主油泵出口油压的变化。当主油压变化时，脉冲油压也随之变化，经放大后的油压也随着波动，从而引起调速系统的负荷波动。一般来讲，引起调速系统油压波动原因主要是主油泵本身工作不稳定造成的；另外当油系统混入空气时，由于空气的可压缩性能，导致油压波动，对调速系统的油压稳定影响较大。因此，在运行中注油器应工作正常，保证主油泵入口压力，另外，在开机前应首先启动低压润滑油泵，运行一段时间后再启动高压电动油泵运行一段时间，进一步驱赶调节系统各部套及油路中的空气，一般要求润滑油泵连续运行时间不少于10min。

（2）抽汽式汽轮机调节系统有两路脉冲油：高压脉冲油和低压脉冲油。高压脉冲油控制调速器油动机，低压脉冲油控制旋转隔板油动机。低压脉冲油在调压器内形成。调压器离旋转隔板油动机较远，低压脉冲油信号管细而长，容易造成信号传递的失真。另一方面，由于低压错油门上部腔室接往油泵组的回油，回油管也比较细长，而且弯道扁道较多，再者，回油管路的标高与油箱标高相差较小，这样，使得回油不易畅通甚至形成管内一定的正压，当回油时多时少时，管内压力也时高时低。因此低压错油门滑阀上下作用着完全不是按调节要求的脉冲压力。造成了工作的紊乱，旋转隔板油动机也因之而工作失常，引起旋转隔板油动机的大幅摆动，调速器油动机也跟着大幅摆动。脉冲油压形成过程不稳定时，从根本上产生了调节系统的不稳定因素。

1.3 调节系统速度变动率和迟缓率的影响

汽轮机负荷与转速摆动大小与速度变动率δ，迟缓率ε的大小有密切关系，一般可从下式进行估算：

a）机组负荷摆动值：

ΔN=Neε/δ（千瓦）

式中：Ne——机组额定功率

ε——调节系统迟缓率

δ——速度变动率

如机组额定功率Ne=15000 千瓦速度变动率δ= 5.5%迟缓率ε= 0.15%

则机组负荷摆动值为: Δ=15000×（0.15/5.5）=409.09 千瓦

b）机组转速摆动值：

如机组额定转速3000 转／分迟缓率0.15%

则Δn＝3000 X 0.15 %= 4.5 转／分

从以上计算分析可知：机组并入电网运行，要使运行稳定，则机组调节系统迟缓率ε 愈小愈好，而速度变动率δ 愈大愈好，但速度变动率越大，对机组动态甩负荷特性不利，因此一般速度变动率只取3－6%左右。迟缓率过大，使得调速系统的动作严重滞后于转速的变化，造成负荷摆动（或孤立运行时转速摆动）。因此为保证调节系统工作的稳定性，对迟缓率提出严格要求。引起迟缓率过大的原因有：传动机构连接处发生磨损；错油门弹簧作用力偏斜，使滑阀移动的阻力增大；错油门、阀碟、油动机等发生卡涩或锈蚀等。因此，为避免系统的迟缓率过大，主要依靠严格的检修维护工作。

1.4 调门重叠度对负荷摆动的影响

调节汽门重叠度不正确。调节汽门重叠度过大或过小甚至存在空行程都对调节系统的稳定性有很大影响。重叠度过大相当于在某段负荷内，同时有两个调节汽门都在有效地控制流量，因而在这段负荷内，油动机行程或调节汽门行程不大的变化，便引起较大的功率变化，因而极易引起调节系统摆动，同时也会增加节流损失。重叠度过大引起调节系统摆动的特点是具有明显的定点性，即摆动都发生在相邻的两个调节汽门交接处所对应的负荷，超过这一负荷，便能重新趋向稳定。重叠度过小甚至存在空行程,则较小的功率变化便对应着很大的调节汽门升程改变量，重叠度太小还使油动机的工作行程增大，因而减少了油动机的富裕行程。从以上分析来看，调节汽门重叠度不宜过大，也不能太小，所以应有一个合适的范围。经验表明，在前一个调节汽门开启到其门后的压力为门前压力的90%时，后一个调节汽门即开启为最合理。

1.5 错油门过封度对负荷摆动的影响

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。错油门过封度的数值一定要符合检修的规定。

1.6 油动机提升力不够，也是造成调节系统工作不稳定的重要因素

在一些机组上加大了油动机直径后，调节系统的稳定性立即得到了改善，并能投入正常运行。

1.7 其它方面的原因

部套装配情况不好；旋转隔板油动机与下部底板之间的纸板垫被冲坏或原来剪样有错；调门连杆松动；蒸汽初、终参数的变化等，在发生油动机的摆动时，这些部分应首先检查。

2 从热网方面分析摆动的原因

2.1 单机供热要比热网供热条件差。单机供热时，有时热负荷的变动是跳跃式的，更不利于调压系统工作的稳定。在这种场合下，建议在热网系统内采用蓄能器，这样无论对汽轮机供热，还是生产流程中用汽，都能收到良好的效果。

2.2 供热压力不易过高，特别是在机组带较低的电负荷时，汽轮机高压部分汽压较低，如果供热压力偏高，汽轮机高压部分级后压差变小，几乎与抽汽室压力相平。这样，在抽汽压力稍有变化时，汽轮机高压部分容易造成“阻塞”现象。这将引起汽轮机功率的突变和抽汽室压力的突变，使调压系统工作失常。因此建议，调压系统的投入过程尽可能地缓慢些，。调压器投入时，热网的压力要求比较稳定。根据运行的实际投入情况来看，在额定负荷的二分之一到三分之二时，投入调压器比较合适。