N600－24.2／566／566 型汽轮发电机组甩负荷试验分析研究

马扬波

（黄埔发电厂，广东 广州 510100）

1 概述

在汽轮发电机组甩负荷的过程中，汽轮机调节系统能有效地控制转速飞升，不导致危急保安器动作，维持空负荷稳定运行，是对汽轮机调节系统动态特性的基本要求。常用甩负荷试验来考核调节系统的动态调节性能，同时检验各辅机及相关系统对甩负荷的适应能力。但甩负荷是最恶劣的一种工况，涉及到机、炉、电等系统，对机组冲击较大，具有较大风险，直接影响到机组的安全稳定运行，有必要进行甩负荷研究［1］。

2 设备概况

某发电有限公司#4 600MW超临界燃煤机组汽轮机为N600-24.2/566/566超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、凝汽式汽轮机；锅炉为超临界螺旋管圈、一次中间再热、平衡通风、四角切圆燃煤直流炉；发电机为QFSN-600-2型定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、铁芯为氢冷发电机。机组调节保安系统采用数字电液调节系统(DEH)。旁路系统由瑞士某公司生产，高压旁路为一路，容量为在额定参数下能通过30%BMCR的流量。低压旁路为二路，容量能通过高压旁路的蒸汽量加减温水流量约40%BMCR。汽轮机主要参数如表1所示。

表1 汽轮机主要参数

大容量汽轮机的转子时间常数较小，汽缸的容积时间常数较大，在发生甩负荷时，汽轮机的转速飞升很快，最高转速有可能超过110%额定转速，从而致使汽轮机发生遮断。#4机组调节保安系统采用数字电液调节系统(DEH)，设计有三道防止汽轮机超速的保护，即：103%OPC超速保护、110%电超速跳闸保护和机械超速遮断系统。危急遮断控制块上安装了2只OPC电磁阀（作用于高压调节汽阀与再热调节汽阀）、4只AST电磁阀（作用于高压主汽阀与再热主汽阀）和2只逆止阀。2只OPC电磁阀对超速保护（OPC）信号起反应，由DEH控制。如果发生甩负荷（超过30%），或者当机组超速到额定值的103%时，则DEH将给电磁阀约3s的脉冲信号，将OPC油快速泄放到回油管。调节汽阀与再热调节阀将迅速关闭。止回阀将在OPC泄压时保持危急遮断（AST）母管中的油压，使主汽阀及再热主汽阀保持开启状态。DEH来的OPC信号，使调节汽阀及再热调节阀关闭，在汽轮机内部的余汽膨胀后，汽轮机转速将降低。当汽轮机转速稍稍降低后，将切断电磁阀电源，电磁阀将关闭。DEH控制调节汽阀，调节汽轮机转速为同步转速，再热调节阀将以受控制的速度打开［2］。

3 试验前准备

为了保证试验的安全与可靠性，汽轮发电机组已经整套进行了试运行考验，能在额定负荷下长期稳定运行，振动在合格范围内，依次完成阀门严密性试验、电超速试验、机组OPC超速试验、逆止门试验，且试验合格。

3.1 阀门严密性试验

在上述基础上进行阀门严密性试验。试验结果如图1所示。

图1 阀门严密性试验结果

从试验结果可知，机组转速稳定3000rpm，试验时主汽压力11.7MPa，再热汽压1.8MPa，做调门严密性试验。28min后降到500rpm。调节汽门严密性良好。机组转速稳定3000rpm，试验时主汽压力13Mpa，再热蒸汽压力2.1Mpa。主汽门严密性良好。

3.2 超速试验

在阀门严密性试验合格的基础上，进行电超速及OPC超速试验。

试验表明，进行103%超速试验，当转速上升到3090r/min时，高、中压调节汽门关闭。进行110%超速试验，当转速上升到3298r/min时，高、中压主汽门及调节汽门关闭。进行机械超速试验，飞锤动作转速均为3253 r/min。当转速上升到3090r/min时，高、中压调节汽门快速关闭，当转速小于3090r/min时，高、中压调节汽门快速开启。

3.3 逆止门及其它试验

高压缸排汽逆止门、各段抽汽逆止门与主汽门联动正常，关闭迅速严密。

手动及远方停机按钮试验正常,EH油系统运行正常,油质检验合格。润滑油系统及主机AOP、TOP、EOP、顶轴油系统、盘车装置运行正常，联锁可靠，处于备用状态。低油压联锁保护试验合格，油质合格。高、低旁系统运行正常，动作可靠。机组的DEH功能和静态特性、ETS功能、OPC功能试验符合设计要求，超速保护已投入。汽轮机监视仪表投入正常，指示正确，报警及记忆打印功能符合要求。过热器、再热器安全门校验合格，起跳及回座灵活、可靠；PCV阀联锁正常、动作可靠。热工电气保护接线正确，动作可靠。厂用电源可靠，保安电源自投试验正常；柴油发电机自投试验正常、带负荷正常。UPS可靠、正常［3］。

3.4 甩负荷前机组状态

机组带600MW负荷，在CCS方式下运行；主汽温、主汽压在额定值；发电机出口开关与500kVI母、II母联接。

A/B汽泵并列运行，电泵投备用；A凝泵运行，B凝泵投备用；高、低加投入正常，水位保护已投入，各抽汽逆止门、高排逆止门联锁投入，高、低旁切手动并保持约8%开度，高、低旁减温水投自动；除氧器水位正常，水位控制投自动；凝汽器水位正常，真空正常，A、C真空泵运行，B、D真空泵备用；润滑油系统运行正常，启动TOP并保持运行，全开凝汽器疏水扩容器减温水门和低压缸喉部喷水门。

风烟系统运行正常，总风量、一次风压正常，锅炉总联锁投入正常；A、B、C、D、E制粉系统运行，F制粉系统备用；过热器、再热器减温水投运正常；NWL、HWL1、HWL2投自动关闭，启动分离器水位正常；辅汽切为临机供且辅汽母管压力正常；两侧主汽管PCV投自动。

厂用电已切为启备变带；ETS各保护已投入，发变组各保护已正确投入，压板投入正确，解除发电机主开关跳闸联锁主汽门关闭保护18LP。

4 甩负荷风险控制

试验测取汽轮机组甩负荷后的动态过程，考核汽轮机调节系统动态特性，检查汽轮机调节系统的品质。检验汽轮机甩掉负荷后，调速系统能否控制机组转速，不至使危急遮断器动作跳闸，使转速迅速稳定。检验主、辅设备对甩负荷的适应能力［4］。

按下操作台上发变组紧急跳闸按钮，发电机出口开关断开，发电机负荷快速降至零，汽机转速最高升至3133rpm，OPC动作，转速最终稳定在3000rpm，汽轮机的调节系统完全能够适应甩负荷工况的要求，锅炉燃烧稳定，试验取得成功。

4.1 高、低旁控制

试验前高、低旁切手动并保持约8%开度，以防止OPC动作高压调门及中压调门关闭时，高、低旁未能及时打开导致再热器保护动作而引起锅炉MFT。试验开始后应手动快速打开高、低旁阀，控制主、再汽压在正常范围，同时注意高、低旁减温水动作正常，否则手动干预，控制高、低旁阀后温度在正常范围内，防止因高、低旁阀因阀后温度高联锁关闭而导致锅炉MFT［5］。

4.2 制粉及风烟系统控制

试验开始后，立即打闸3台磨煤机，保持A、B磨运行，投入4个角等离子，将A、B磨煤量减至最低稳燃煤量30t/h以上，控制好燃料量，使汽温汽压在正常范围内。

在打闸3台磨煤机瞬间，炉膛总风量及炉膛负压将会大幅波动，送引风机动叶控制会因指令开度与实际开度偏差过大而跳至手动，导致锅炉总风量与炉膛负压失控，这时应立即手动调整送、引风机动叶开度，控制锅炉总风量与炉膛负压在正常范围内，等总风量、炉膛负压稳定后投入送、引风机动叶自动控制。

4.3 给水流量控制

在直流炉中，当运行工况发生大幅波动时，给水流量的控制既是保证机组正常运行的重点，也是一个难点。在100%甩负荷试验过程中，给水流量要在很短的时间内由约1900t/h减至约650t/h，靠给水自动控制是不可能达到的，这时应立即将A、B汽泵控制切手动，手动控制两台汽泵的转速，当汽泵给水流量低于635t/h时，汽泵再循环阀开始动作开启，由于两台汽泵的再循环阀动作特性存在差异，这时两台汽泵经常会出现“抢水”现象，造成给水流量大幅波动，容易因给水流量过低而导致锅炉MFT。所以这时应手动减小任一台汽泵转速，退出一台汽泵运行，并手动控制另一台汽泵转速，将给水流量降至650t/h左右，在此过程中应控制好给水流量下降速度，下降速度太快，可能会引起锅炉超温，下降速度太慢，则可能造成启动分离器水位升高。

4.4 凝汽器水位控制

本厂低旁阀后减温水及汽泵密封水都来自凝结水，凝泵跳闸后，汽泵会因密封水压力低跳闸，引起给水流量过低导致锅炉MFT动作，同时低旁阀因阀后减温水失去而闭锁关闭。所以在100%甩负荷时，因高低压旁路门迅速打开，大量的蒸汽进入凝汽器，凝汽器压力短时间内发生较大的变化，造成凝汽器水位的快速下降；另外凝汽器蒸汽的凝结量骤然减少，也会造成凝汽器的水位快速下降，因此应快速启动备用凝补水泵，手动打开凝汽器补水阀，控制凝汽器水位在正常范围内，防止凝泵因凝汽器水位低低跳闸。

4.5 除氧器水位控制

100%甩负荷时，除氧器压力瞬间会发生剧烈变化，将会使除氧器水位大幅波动；另外因给水流量快速减小，也会使除氧器水位发生剧变。为了防止因除氧器水位异常对设备带来危害，必须要控制好除氧器水位，必要时可将除氧器上水主、副调阀切手动控制。除氧器上水流量太小时应手动打开凝泵再循环阀，防止凝泵因流量低保护跳闸。

5 甩负荷结果

5.1 甩50%负荷

50%甩负荷试验状态为：机组负荷300MW，给水流量740t/h，A、B、D、E四台磨运行，燃料量118t/h，汽机门前压力15.6MPa，机组跳闸后最高升至16.92MPa，B、D、E三台磨跳闸，A磨在等离子方式保持运行，煤量34t/h。

50%甩负荷试验:初始转速n0＝3000r/min；最高转速nmax＝3083r/min；转速动态超调量：100%＝2.77%。

在甩50%额定负荷试验中，最高转速nmax＝3083r/min，转速动态超调量φ＝2.77%低于5%。作为甩100%负荷试验的预备性试验，甩50%额定负荷试验初步考验了汽轮机组调节控制系统的动态特性。甩50%负荷转速飞升曲线如图2所示。

图2 甩50%负荷转速飞升曲线

从试验的结果来看，甩50%额定负荷后，最高转速3083r/min离103%OPC保护值3090r/min还有7r/min的余量，转速动态超调量φ为2.77%＜5%，机组具备进行正式甩100%额定负荷条件。

5.2 甩100%负荷

甩100%额定负荷工况时，把机组稳定在额定转速非常困难，需锅炉控制系统和旁路控制系统的协调配合、快速响应。2007年1月30日11：58，机组在CCS方式，带600MW负荷，主汽温、主汽压在额定值；发电机出口经5021、5022、5023开关与500kVI母、II母联接。试验前高、低旁切手动并保持约8%开度，以防止OPC动作高压调门引起锅炉MFT。初始转速n0＝3000r/min；最高转速nmax＝3149r/min；转速动态超调量×100%＝4.97%。

4号机组100%甩负荷过程曲线如图3所示。

图3 甩100%负荷转速飞升曲线

汽轮机在数字电液调节系统（DEH）和转速控制系统的控制下，其最高动态飞升转速为3149r/min，与使危急保安器或电超速保护（电气危急遮断ETS）的动作转速比较，有相当大的余量，转速动态超调量φ＝4.97%，汽轮机的调节控制系统的动态特性良好。

6 结论

该600MW超临界直流炉机组甩负荷试验的成功，证明了汽轮机调节系统动态特性及汽轮机调节系统的品质是合格的，能有效地控制甩负荷后的汽轮机的转速飞升，主辅设备也完全具备机组100%甩负荷的适应能力。甩负荷试验涉及面广，存在较大风险，甩负荷的整个过程中，机组和辅机系统能够维持正常运行，机组和各配套辅机及系统对甩负荷工况的适应能力较强。该试验分析可为同类型机组甩负荷试验提供经验。

［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.

［3］冯伟忠.大机组实现快速甩负荷的现实性和技术分析［J］.动力工程，2008，28（4）：532－536.

［4］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.

［5］孙海军.600MW超临界机组测功法甩负荷试验分析［J］.汽轮机技术，2007，49（5）.