康瑞庭，刘国华，唐浩源，张 刚

(华电电力科学研究院有限公司，呼和浩特 010051)

天津华电南疆热电有限公司燃气-蒸汽联合循环发电机组为一套900MW级“二拖一”燃气-蒸汽联合循环供热发电机组。全厂配置为：2台PG9371FB型燃气轮机、2台燃气轮发电机、2台余热锅炉、1台汽轮机和1台汽轮发电机。

汽轮机型号为LNCB320/155-13.02/0.500/565/565型，为三压、再热、双缸、向下排汽、燃气-蒸汽联合循环用凝汽式汽轮机。

1 试验目的

甩负荷试验是在发电机并网带负荷情况下，突然拉掉发电机主断路器，使发电机与电力系统解列，观察机组的转速与调速系统各主要部件在过渡过程中的动作情况，从而判断调速系统的动态稳定性的试验。

燃气轮机-汽轮机调节系统能够符合设计及运行要求，即在额定工况下发电机开关开路机组甩去额定负荷之后，机组调节系统动态过程应能迅速稳定，机组的最高转速不超过额定转速的110%，并能有效地控制空负荷3 000 r/min运行，通过测取机组甩负荷后的转速动态过渡过程特性曲线及各参数之间的动作关系曲线，检查机组调节系统和转速控制系统的品质。

2 试验前准备

2.1 旁路逻辑保护确认

2.1.1 高压旁路阀

1) 快开：无快关条件且锅炉主蒸汽压力>13.8 MPa且无故障。

2) 快关：高压旁路减温水压力<1 MPa，延时2 s且无故障；高压旁路后蒸汽温度>385 ℃且无故障；中压旁路快关条件。

3) 超驰开至70%：汽轮机跳闸6 s脉冲且锅炉主汽压>7 MPa且无故障；汽轮机发电机解列6 s脉冲且#1锅炉主汽压>7 MPa且无故障。

2.1.2 中压旁路阀

1) 快开：无快关条件且锅炉再热蒸汽压力>2.87 MPa且无故障；#1高压旁路蒸汽控制阀快开。

2) 快关：凝汽器液位>1 650 mm且无故障；凝汽器压力>-60 kPa且无故障，测量值为表压力；#1中压旁路蒸汽减温水压力<1 MPa，延时2 s且无故障；#1中压旁路凝气温度>180 ℃且无故障。

3) 超驰开：汽轮机跳闸6 s脉冲且#2锅炉再热汽压>1.4 MPa且无故障；阀门开至50%；汽轮机发电机解列6 s脉冲且#2锅炉再热汽压>1.4 MPa且无故障；阀门开至50%。

2.1.3 低压旁路阀

1) 快开：无快关条件且锅炉低压蒸汽压力>0.65 MPa且无故障。

2) 快关：凝汽器液位>1 650 mm且无故障；凝汽器压力>-60 kPa且无故障，2 s脉冲，测量值为表压力；低压旁路蒸汽减温水压力<1 MPa且无故障；低压旁路凝气温度>140 ℃且无故障。

3) 超驰开：无快关条件且汽轮机跳闸6 s脉冲且锅炉低压主汽压力>0.4 MPa且无故障；阀门开至70%；无快关条件且汽轮机发电机解列6 s脉冲且锅炉低压主汽压力>0.4 MPa且无故障；阀门开至70%。

2.2 阀门关闭时间测试

高、中压调节汽阀和高、中压主汽阀油动机的总关闭时间t为关闭过程中的延迟时间t1和关闭时间t2之和。

表1 阀门关闭时间测试

2.3 调节系统动态特性

汽轮机调节系统动态特性影响调节系统性能和稳定性。动态稳定性、动态超调量和过渡时间是衡量汽轮机调节系统动态品质的基本指标。机组投入运行前 ,必须进行甩负荷试验, 目的是测量调节系统的超调量,因为过大的超调量将引起转子的严重超速, 危及汽轮机的安全。甩50%负荷时，超调量φ不应超过5%。超调量的计算为:

3 甩负荷试验

在试验前闭锁高、中、低压旁路快关条件，闭锁高、中、低压汽包水位低联跳燃气轮机和汽轮机保护，闭锁3号汽轮发电机故障联跳汽轮机保护。机组退出CCS。

3.1 甩50%负荷

2018年12月15日和16日分别对1号燃气轮机和2号燃气轮机及3号汽轮机进行50%甩负荷试验。1号燃气轮机负荷167.5 MW ，2号燃气轮机负荷167.5 MW，3号汽轮机150.8 MW。1号燃气轮机转速最大飞升值为3 167 r/min,稳定转速为3 000 r/min；2号燃气轮机转速最大飞升为3 168 r/min，稳定转速为3 001 r/min。3号汽轮机最大飞升值为3 078 r/min，稳定转速为3 000 r/min。

通过计算，1、2号燃气轮机超调量超限，不具备甩100%负荷的条件。3号汽轮机具备甩100%负荷条件。

3.2 燃气轮机超调量超限检查

燃气轮机突然甩负荷后，由于燃料行程基准FSR限制值不合理导致燃气轮机在甩50%负荷时出现超调量超限。

燃料行程基准(FSR)是燃气轮机控制过程中燃料量值的总出口，在出口处增加小选作用(FSRMIN)，根据燃气轮机运行的不同阶段，其FSR的值来自不同控制系统的输入。FSR值的来源主要包括启动控制系统、转速控制系统、温度控制系统、加速控制系统、停机控制系统、手动控制系统。在燃气轮机突然甩负荷后，抑制超速的主要是加速控制系统。

图1 燃料行程控制原理图

加速控制系统将转子实际转速信号TNH对时间求导，计算出转子角加速度TNHA,若角加速度实测值超过了给定值TNHAR,则减小加速控制FSR值FSRACC，以减小角加速度，直到该值不大于给定值为止。若角加速度值小于给定值，则不断增大FSRACC，迫使加速控制系统自动退出控制，角加速度为正值时就是转速增加的动态过程，加速控制系统仅限制转速增加的动态过程的加速度，对稳态(静态)不起作用，对减速过程也不起作用。所以加速控制系统其实质是角加速度限制系统(FSKMIND6X FSR Corner 6-Shutdown Aux Curve)。在燃气轮机突然甩去负荷后的过渡过程中，初期转速上升较少，FSRN下降也较少，但此时加速度却很大，使得FSRACC下降很小，所以此时角加速度限制系统的介入，能够快速的降低FSR，减小转子动态超速。同时角加速度限制系统的介入能够限制燃气轮机启动过程中的加速率，以减小热部件的热冲击。

参考第一次甩50%负荷时燃气轮机转速超调量，结合机组启动的加速率，综合考虑，决定将1、2号燃气轮机FSR阀FSKMIND6X系数从21.7%修改为21%。

参数修改后，再一次甩50%负荷，1号燃气轮机转速最大飞升值为3 126 r/min，稳定转速为3 000 r/min；2号燃气轮机转速最大飞升值为3 127 r/min，稳定转速为3 000 r/min。

通过计算，1号燃气轮机、2号燃气轮机、3号汽轮机均具备甩100%负荷。

3.3 甩100%负荷

2019年2月25日机组整体甩负荷，1号燃气轮机负荷315.8 MW，2号燃气轮机负荷321.9 MW，3号汽轮机305.1 MW；超速保护定值为3 300 r/min。机组甩负荷后1号燃气轮机最大转速3 257 r/min，稳定转速3 001 r/min；2号燃气轮机最大转速3 258 r/min，稳定转速3 001 r/min ；3号汽轮机最大转速3 167 r/min，稳定转速3 000 r/min。均未触发超速保护。

机组甩负荷后，高、中压调节汽门快速关闭，机组转速由最高转速向下降低的时候，汽轮机高压主蒸汽压力由12.25 MPa最高升至13.28 MPa；汽轮机高压主蒸汽温度由557.3 ℃最高升到558.6 ℃；汽轮机中压主蒸汽压力由2.542 MPa最高升至3.542 MPa；汽轮机中压主蒸汽温度由561.1 ℃最高升到563.7 ℃；汽轮机低压主蒸汽压力由0.454 MPa最高升至0.549 MPa；汽轮机低压主蒸汽温度由296.4 ℃最高升到297.1 ℃；各安全门均未动作。各主、辅机工作状况良好，运行调整快速得当，主汽温度、再热蒸汽温度没有大幅下降。

4 存在问题及处理

3号汽轮发电机组100%甩负荷试验时，联轴器、SSS离合器短轴及离合器受到冲击时，联轴器联接螺栓及中间垫片止口同时失去定位作用，造成联轴器发生相对位移，产生转子不平衡,造成晃度增大、轴系振动超标。经过对连接对轮螺栓的紧固和轴系增加配重等一系列处理措施的实施，3号汽轮机各轴瓦振动正常，无超标现象，机组运行稳定。

4.1 汽轮机振动超标现象

2019年2月25日，机组100%甩负荷试验前，1号燃气轮机负荷315.4 MW、2号燃气轮机负荷314.3 MW、3号汽轮机负荷292.2 MW，“二拖一”总负荷921.9 MW，3号汽轮机各瓦轴振正常，均在报警值125 μm以下，最大轴振103.9 μm，位于2瓦Y方向。

2月25日21：20，经市调批准，开始进行机组100%甩负荷试验。21:21:39，1号发电机解列，21:21:44，2号发电机解列，21:21:51，3号发电机解列，3号汽轮机最高转速3 165 r/min，定速3 000 r/min时，1X轴振156.7 μm、1Y轴振131.9 μm、2X轴振220 μm、2Y轴振286 μm、3X轴振208 μm、3Y轴振215 μm， 3号汽轮机跳闸停机。之后在2月26日02:30、2月26日 17:34、2月27日18：18、2月28日17：34对3号汽轮机冲车4次，1Y、2X、2Y、3X、3Y轴振在126 μm～286 μm之间，振动值均在报警值以上。

4.2 汽轮机振动超标现象处理过程

2019年3月8日，汽轮机缸温降至180 ℃后，在闷缸状态下，每间隔30 min盘车180°，拆除2号轴承箱上盖，实测高压转子与SSS离合器联轴器最大晃度为0.30 mm(安装时的原始数据0.01 mm)，联轴器24条联结螺栓伸长量经测量有6条螺栓伸长量不足安装标准，最大偏差0.18 mm，高压转子偏心最大为30 μm。鉴于上述实际情况，以及安装时的联轴器螺栓、中间轴销孔和高中压转子销孔的基础数据，决定拆卸联轴器螺栓并重新紧固。螺栓紧固时，联轴器连接螺栓伸长量在原设计基础上增加20%，增加后伸长量为0.47～0.50 mm，拧紧力矩为3 936 N· m。按照上述技术数据对联轴器进行了拆卸和复装，并恢复轴承箱，复装后实测发电机和高中压转子联轴器的转子对轮最大晃度为0.02 mm，中间轴和高中压转子联轴器的高中压转子对轮最大晃度为0.03 mm、短轴对轮最大晃度为0.04 mm、对轮垫片最大晃度为0.04 mm，高压转子偏心58～63 μm 。

3月14日汽轮机再次冲转2次，2号轴振最大180 μm，停机，盘车投入。

3月15日～3月21日在闷缸状态下，分别在汽轮机中压转子2号轴瓦处的平衡盘同一相位、1号轴瓦处的平衡盘同一相位、2号轴瓦处的联轴器联接螺栓紧固螺帽上、在SSS离合器短轴的配重槽内加装配重块。再次进行3号汽轮机冲车，轴系最大振动3X=138 μm。

3月25日，1号燃气轮机发电机组进行进项试验，3号汽轮发电机组带负荷后轴系振动稳定，最大振幅稳定在2Y=112 μm。

2019年4月28日，168小时试运结束时，1X=78 μm、1Y=69 μm、2X=48 μm、2Y=30 μm、3X=109 μm、3Y=69 μm、4X=48 μm、4Y=44 μm、5X=64 μm、5Y=67 μm、6X=89 μm、6Y=83 μm、7X=26 μm、7Y=15 μm、8X=38 μm、8Y=12 μm，轴系振动皆在报警值以下。机组运行稳定。

4.3 汽轮机振动超标现象总结

3号汽轮发电机组100%甩负荷试验时，联轴器、SSS离合器短轴及离合器受到冲击时，联轴器联接螺栓及中间垫片止口同时失去定位作用，造成联轴器发生相对位移，产生转子不平衡，造成晃度增大、轴系振动超标。汽轮机厂家同意对其不合格联接螺栓和相关配件进行择机更换。

联轴器联接螺栓孔径过大失去定位作用。2017年11月份，现场安装时发现高压转子与SSS离合器短轴联轴器联接螺栓孔错口最大0.2 mm，造成现场穿装螺栓无法进行，汽轮机厂派人到现场用D=59 mm的铰刀扩孔处理，扩孔后的中间轴联轴器销轴孔径为D=59.05～59.1 mm，高中压转子联轴器销孔为D=59.05～59.1 mm。同时安装单位在绞刀扩孔前，依据设备厂家提供的《汽轮机安装说明书》及安装图纸先行进行联轴器联接螺栓的二次加工，加工后的连接螺栓直径为D=58.93～58.94 mm，致使中间轴和高中压转子的联轴器销孔孔径与连接螺栓直径的差值超标，铰孔后的差值为0.11～0.16 mm，而设计值为0.04～0.06 mm；同时继续使用二次加工后的螺栓；另外联轴器螺栓安装时紧力增加5%。为补偿联轴器联接螺栓与螺栓孔间隙增大造成限位功能的缺失，联轴器螺栓安装时紧力增加5%，以增加联轴器端面摩擦力，提升联轴器不产生相对位移工况下传递力矩的能力，但实际情况是增加5%的螺栓紧力，无法抵御在非正常工况下联轴器需要承受的力矩，在甩100%负荷试验时，联轴器所传递的力矩大于联轴器端面摩擦力，造成高压转子与SSS离合器短轴联轴器产生径向位移，使联轴器晃度达到0.28 mm，汽轮机转子中心发生变化，新的轴系不平衡产生，使汽轮机2号轴承轴振增加，波及1号、3号轴承轴振也随之增加。

高压转子与SSS离合器短轴联轴器中间垫片止口失去定位作用。通过查阅试运数据，3号汽轮机甩50%负荷试验前轴系振动为优，试验后轴系振动数据恶化，超出合格标准；3号汽轮机进行100%甩负荷试验后，振动严重超标。通过对比分析，机组甩50%负荷试验时，高压转子与SSS离合器短轴联轴器受到的冲击力小于机组甩100%负荷试验时的冲击力，高压转子与SSS离合器短轴联轴器、中间垫片产生的相对位移小于机组甩100%负荷试验时的相对位移，从而也说明在汽轮发电机组非正常工况时，轴系受到冲击时，振动的恶化程度随冲击力的变化而变化，即在恒定螺栓紧固力的工况下，冲击力越大，轴系中心产生的变化也越大。在高压转子与SSS离合器短轴联轴器的中间垫片失去限位的情况下，通过增加联接螺栓紧力，进而增大端面摩擦力是无法平衡突变工况下力矩的陡增。

联轴器中间垫片孔径过大失去定位作用。因高压转子与SSS离合器短轴联轴器中间垫片存在较大(0.75 mm)偏心，随后进行了返厂扩孔二次处理，致使中间垫片同时失去联轴器螺栓定位作用，造成在100%甩负荷试验时发生位移，进而产生转子不平衡。

5 结语

通过对天津华电南疆热电有限公司燃气-蒸汽联合循环发电机组进行50%甩负荷试验，发现了1号燃气轮机、2号燃气轮机角加速度限制系统限制值设置不合理，通过修改该定值，使得1号燃气轮机、2号燃气轮机在100%甩负荷后转速能够快速回落到3 000 r/min，不发生超速保护动作，保持全速空载运行。3号汽轮机在100%甩负荷后，发现了2瓦振动严重超标现象，在处理过程中发现联轴器螺栓不合格等重大隐患。通过本次机组甩负荷试验，为整个机组在今后的安全稳定奠定了良好的基础。同时在本次机组甩负荷过程中，调节系统动态特性良好，超速保护不动作，动态过程迅速平稳。