王异成，张 宝，丁阳俊，吴文健

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

660 MW机组甩负荷试验时转速飞升过高原因分析

王异成，张 宝，丁阳俊，吴文健

（国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

介绍了某660 MW超超临界机组50%甩负荷试验过程，指出其存在转速飞升偏高的现象，分析认为根本原因是高压调节阀阀位控制偏差定值设定失当。结合生产实际，对高压调节阀阀位控制偏差定值的形成与修改进行了讨论，并指出对该定值的修改应格外慎重。

660 MW机组；甩负荷；试验；防超速

0 引言

甩负荷试验是检验火力发电机组调节系统动态特性的重要试验[1]，其主要目的是检查汽轮机DEH（数字电液调节系统）在甩负荷瞬间对汽轮机转速的控制能力。甩负荷后汽轮机转速的飞升程度取决于以下几点：

（1）甩负荷信息判断是否准确[2]；

（2）DEH控制器的响应速度[3]；

（3）调节阀关闭的速度[4]；

（4）汽轮发电机组的转动惯量。

当然，如果转速飞升达到了超速保护动作值，最终超速的严重程度还取决于主汽阀的关闭速度和汽门严密性。

目前汽轮机甩负荷时防止超速的功能主要有以下3种形式：LDA（甩负荷预测）功能[2]、PLU（功率-负荷不平衡）功能[5]以及KU（负荷瞬时中断控制）或LAW（长甩负荷）功能[6]。实际应用时，根据汽轮机的结构特点，在上述3种形式中选择1种即可，但无论哪一种形式，汽轮机调节阀快速关闭都是至关重要的一环。

1 机组简介

上汽-西门子某660 MW超超临界汽轮机为单轴、四缸四排汽、八级回热抽汽、凝汽式，汽轮机入口参数为28 MPa（a）/600/620℃，采用40%容量高低压串联旁路，DEH系统采用艾默生公司的OVATION控制系统，通过计算机、电液转换机构、高压抗燃油系统和油动机控制汽轮机阀门的开度，实现对汽轮发电机组转速和负荷的控制。

该机组甩负荷后防超速采用KU与LAW功能，原设计触发逻辑可描述为：

（1）当前负荷为较高负荷（如90%额定负荷）时，如果突然出现负荷干扰大于负荷跳变限值（约70%额定负荷）。

（2）当前负荷为较低负荷（如60%额定负荷）时，则以下条件应同时满足：

1）实际负荷小于2倍厂用电；

2）负荷控制偏差大于2倍厂用电；

3）实际负荷大于负荷负向限值。

KU信号使转速/负荷控制器有效设定值失效，使控制器输出为零并暂时关闭阀门，如果在TLAW（甩负荷识别时间）内，上述两种情况未消失，则系统发出LAW（甩负荷信号）。汽轮机的甩负荷控制逻辑如图1所示，以高压调节阀（简称高调阀）1为例，图中数值X/Y/Z指逻辑控制器所在站/区/页。从图1中可知触发高调阀1快关指令的是高调阀1阀位的控制偏差大于40%，而这个偏差是由高调阀1进汽流量设定值（OSFD1）和根据高调阀1阀位实际值反向折算的进汽流量值（HFD1）两者比较生成[7]。

图1 高调阀1快关逻辑示意

2 甩负荷试验过程

机组按规定进行甩50%额定负荷试验，过程如下：试验前主汽温度495℃，主汽压力16.53 MPa，再热蒸汽温度503℃，再热蒸汽压力2.343 MPa。甩负荷倒计时10 s，5 s各停1台磨煤机，“甩负荷”口令发出，断开发电机并网开关，以此时为计时点，27 ms转速开始飞升，2.388 s达到瞬时最高转速3 126 r/min，26.37 s转速首次回到3 000 r/min，35.17 s转速达到最低2 957 r/min，48.17 s转速开始稳定在3 000 r/min；55 ms高调阀1（CV1）、高调阀2（CV2）分别从33%和35%开度开始关，3.597 s后全关，32.42 s CV1/CV2开始打开，40.52 s分别开到5.2%和4.3%；97 ms中压调节阀（简称中调阀）1（IV1）、中调阀2（IV2）同时从100%开度往下关，507 ms全关。上述过程曲线如图2所示，试验所用高速数据采集仪采样频率为1 000次/s。

甩负荷试验导则[1]规定，凝汽式汽轮机甩50%负荷后，若瞬时最高转速超过105%额定转速，则应中断试验，查明原因。这次试验中瞬时最高转速达到3 126 r/min，虽然没有超出3 150 r/min，但与同类型机组相比，此次甩50%负荷试验瞬时最高转速明显偏高[3，8-10]，具体如表1所示。

图2 50%甩负荷试验曲线

表1 同类型机组甩50%负荷试验数据

另参照DL/T 711-1999《汽轮机调节控制系统试验导则》中所述方法，根据50%甩负荷试验数据，取蒸汽容积时间常数0.2 s，转子飞升时间常数8 s，甩负荷后调门关闭延时0.1 s、净关闭时间0.4 s估算，该机组50%甩负荷最高转速应为3 094 r/min，比实际试验结果低。

3 试验结果分析

图3为该类型机组典型的甩负荷曲线。将图2与其比较可以发现，图2中，汽轮机甩50%负荷后，高调阀只有调节关小的过程，而没有快速关闭的过程，由此可初步判断CV1/CV2没有快关动作、只有调节关动作，是导致此次甩50%负荷试验转子瞬时最高转速偏高的直接原因。

通过查看试验过程曲线与DEH控制逻辑，发现高调阀快关电磁阀在甩负荷后并没有接收到快关指令，原因是在42/3/33逻辑页（见图1）中触发C20、从而触发高调阀快关指令的“高调阀阀位控制偏差大于40%”逻辑条件没有满足。对比同类型机组，该定值一般取20%～25%，即触发C20的逻辑为“高调阀阀位控制偏差大于20%～25%”，根据实际数据折算，将定值改为25%后，50%甩负荷试验时C20会触发，由此可确保甩负荷后高调阀快关动作。

图2分析发现，甩负荷试验过程中虽然DEH系统没有触发C20指令，但是从42/3/28出来的高调阀的进汽设定值发往位于42/3/33的高调阀阀位控制器，进行调节关，控制逻辑如图4所示。

图3 典型的负荷试验曲线

图4 CV1调节关逻辑

可以看到，2个高调阀分别从33%和35%的开度调节关到全关，需3.542 s；将逻辑修改为“高调阀阀位控制偏差大于25%”后，进行100%甩负荷试验，2个高调阀分别从66.3%和67.0%开度快关，只需297 ms，相差3.245 s。如果100%甩负荷试验时DEH控制逻辑仍为“高调阀阀位控制偏差大于40%”，试验过程中高调阀没有快关，此时2个高调阀开度比甩50%负荷时大了近1倍，调节关需要更多的时间，瞬时最高转速极有可能超过3 300 r/min，引发超速保护动作。

将原C20触发逻辑修改为“高调阀阀位控制偏差大于25%”逻辑后，进行100%甩负荷试验，汽轮机最高转速为3 191 r/min，过程曲线如图5所示，与同类型机组基本一致。

需要说明在甩负荷试验前，机组由于锅炉水冷壁温度出现高报警点，试验时主蒸汽参数偏低、调阀开度比正常时偏大，高调阀关小过程比同类型机组用时长，这会使甩负荷后的转速飞升略偏大。

4 调节阀快关触发条件的讨论

从之前讨论可知，C20触发调节阀快关逻辑中的定值选取十分关键，直接影响到甩负荷后汽轮机的转速，该值取为25%，被诸多机组的甩负荷试验结果证明是可靠的。为了解决LVDT（调节阀线性位移变送器）跳变造成的调节阀快关问题，有的发电厂将该定值进行放大，分析后认为，如此并不影响流量偏差大时的调节阀快关保护功能[11]，这一做法值得商榷[7]。

造成高调阀阀位控制偏差大途径有2种，一是反馈突增，二是指令流量值锐减。LVDT故障时的情况属于前一种情况，而甩负荷工况属于后一种情况。实际上，即使只对第一种情况，准确选取高调阀阀位控制偏差定值也是有难度的，原因是负荷、主蒸汽压力以及高调阀开度三者之间存在依存关系[12]，即使在同一负荷下，主蒸汽压力不同时，高调阀的开度也差别较大，根据某一负荷与主蒸汽压力确定出来的调节阀开度，并由此得到的高调阀阀位控制偏差定值是无法适应所有工况条件的，比如当运行主蒸汽压力增大时，之前所设定的值就会偏小，也就不能防止LVDT故障时的调节阀快关。

甩负荷工况发生时，高调阀的指令流量值会锐减，此时高调阀阀位控制偏差定值偏大时，高调阀同样不会快关。此时该定值的选取也有一定难度，基于以上相同理由，并考虑到甩负荷发生后，高调阀会有调节关的动作，不能根据某一个工况下高调阀在甩负荷之前瞬间开度来确定该定值。因此，对该定值的修改要慎重。

5 结语

高调阀阀位控制偏差定值设定失当，是造成机组50%甩负荷后转速飞升过高的根本原因。高调阀阀位控制偏差定值的选取直接影响到甩负荷后汽轮机的转速，对该定值的修改应格外慎重，如有可能应得到相关设备供应商的首肯，并通过试验验证。近年来，部分机组在DEH系统改型后，在甩负荷防超速功能相关关键定值的选取上存在一定随意性，给安全生产带来隐患，应引起足够重视。

[1]DL 1270-2013火力发电建设工程机组甩负荷试验导则[S].北京：中国电力出版社，2014.

[2]张宝，徐熙瑾，沈全义.甩负荷预测功能失效时的甩负荷试验[J].汽轮机技术，2006，48（2）∶124-126.

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[4]童小忠，张宝，周轶喆，等.汽轮机再热调节阀快关过程异常分析及处理[J].热力发电，2009，48（11）∶53-56.

[5]韦东良，樊印龙，吴刚.北仑电厂二期汽轮发电机组甩负荷试验分析[J].浙江电力，2002，21（1）∶36-39.

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[11]王会.西门子1 000 MW汽轮机DEH控制逻辑优化[J].中国电力，2014，47（9）∶6-9.

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（本文编辑：陆 莹）

Cause Analysis on High Rotation Speed Rising of 660 MW Units in Load Shedding Test

WANG Yicheng，ZHANG Bao，DING Yangjun，WU Wenjian
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces 50%load shedding process of 660 MW ultra-supercritical units and indicates the high rotation speed rising.The paper believes the reason is inappropriate valve position control deviation settings of high pressure governing valve.In accordance with production practicality，the paper discusses formation and correction of valve position control deviation settings of high pressure governing valve and indicates that special attention to the correction of the settings must be paid.

660 MW units；load shedding；test；overspeed prevention

TK267

B

1007-1881（2015）09-0046-04

2015-07-15

王异成（1975），男，硕士，工程师，主要从事电力基建调试技术和管理工作。