汽轮机调速系统波动原因分析与处理

汽轮机调速系统波动原因分析与处理摘要：汽轮机调速系统是凝汽式汽轮机的主要附件之一，其日常工作状况直接 影响到安全生产和系统的稳定运行。关键词：汽轮机；调速系统；故障引言 引起汽轮机调速系统波动的原因很多，针对相关问题，肯定会有相关现象及 相关数据偏差的表现，作为生产管理人员就要根据现象，综合调节系统原理，多 方面多角度地系统思考，才能更好地解决现场出现的各种故障和难题。1. 汽轮机调速系统工作原理 汽轮机调速系统同时接受二个转速传感器变送的汽轮机转速信号，将接收到 的转速信号与转速设定值进行比较后输出执行信号，执行电信号经电液转换器转 换成二次油压，二次油从底部进入错油门，推动滑阀旋转并上下颤振，错油门可 将油路构成五档不同的油路，中间为动力油进油，在稳定工况，滑阀下端的二次 油作用力与上端的弹簧力相平衡，使滑阀处在中间位置，滑阀凸肩正好将中间套 筒的油口封住，油缸的进、出油路均被阻断，因此油缸活塞不动作，汽阀开度亦 保持不变。若工况发生变化，如机组转速下降时，二次油压升高，滑阀的力平衡 改变使滑阀上移，动力油通往油缸活塞上腔的油口被打开，活塞下腔与回油接通， 活塞下行，使调节阀开度加大，进入汽轮机的蒸汽流量增加，使机组转速上升。2. 存在问题 近期某公司汽轮机转速调节系统发生情况如下：1）6 月13 日08：23，调速 器阀开度突然由72%开至83.4%，6月13 日16：04，调速器阀开度突然由78.6% 开至 91.4%，最高达到 98%。通过对比，汽轮机调速器现场的实际开度 75%，二 次油压指示0.4MPa （经过换算大约为83%左右），而控制室显示调速器的开度为 92%。（2） 6月15日，汽轮机重新启机时，目标值为1000r/min,冲转实际值达 到3000r/min,并且难以回落，同时错油门及其管道附件振动大。3.原因分析3.1 系统的部件有卡涩现象 汽轮机调速系统部件出现卡涩现象是影响正常生产的主要因素之一。卡涩问题的出现通常是需要活动的部件运行缓慢或者静止造成的，出现该状况后油压也 处于不正常数值。除此之外，油的质量差以及调节部件的锈蚀也能使其卡涩。随 着转速的降低，调速器阀门实际开度、反馈开度偏差越小，同时可以看出转速越 高二者偏差越大，而转速在10701r/min时，调速器实际开度和反馈开度之间相差 23%，因此可以判断系统的部件之间存在卡涩。3.2 负荷摆动受错油门过封度的影响 针对断流放大机构的错油门滑阀，由于机组运行的转速不能达到相对稳定，因而必须保证适应的过封度，实际上其脉冲油压在转速不变的情况下或在一定范 围内也是波动的，这是一个不可避免的问题，主要因主油泵供油压力的脉动及油 管中的涡流所造成的。由此可见，滑阀也是在一定的幅度内波动的。解决对策： 为避免油动机摆动，确保一定的过封度是非常有必要的，但过封度不宜太大，否 则会增大调节系统的迟缓率。必须保证错油门过封度的数值符合检修的相关规定3.3 负荷摆动受透平油品质不良的影响 透平油的品质会严重影响到调速系统的正常工作。油质差，既会对调节系统的静态特性造成影响，也会影响到其动态性能，因此，为保证机组运转过程中的 透平油品质合格，必须对油质引起高度重视。通常因机械杂质多、油透明度差及 轴封漏汽而导致油中带水是透平油品质不良的主要原因，机械杂质主要是一些坚 硬的固体颗粒，如氧化皮、砂粒及金属屑等，这些杂质容易导致调速系统卡涩， 从而影响到各个调节部件工作的协调，最终造成汽轮机负荷波动。解决对策：为 确保透平油品质合格，在油循环工作中必须按相关规范要求进行机组调试，以利 于保障油质达到要求。为防止停机时油系统中流入盲管中的机械杂质，应对盲管 进行技术处理。此外，为避免汽封冒汽过大而导致油中有水，在运行过程中应及 时调整汽封。为及时发现油质不合格，应严格执行油务监督制度，并采用滤油设 备进行滤油处理。3.4 负荷摆动受调节汽门重叠度的影响 调节汽门重叠度过小或过大都会严重影响到调节系统的稳定性。重叠度过大 就相当同时有两个调节汽门在某段负荷内对流量实现有效的控制，因而在这段负 荷内，调节汽门行程或油动机行程的变化不大，导致功率发生较大的变化，从而 容易引起调节系统的摆动。与此同时，节流的损失也会增加调节系统摆动因重叠 度过大所致具有定点性的特点，也就是在相邻的两个调节汽门交接处所对应的负 荷发生摆动，而超过这一负荷，能够确保其稳定性。解决对策：从上述问题来看 应对调节汽门重叠度控制在合适的范围内，不能过大或过小1。4. 处理措施第一，将氮氧化物压缩机密封气压力由0.16MPa提高到0.22MPa，调整48h 后，通过氮氧化物压缩机回油视镜观察，润滑油颜色有明显好转。第二，启动滤 油机，建立油箱与滤油机循环，除去油中携带的水分和杂质，定期对滤油机进行 排水作业。通过现场观察，润滑油中确实有水存在。第三，对油箱中润滑油进行 取样分析，分析结果显示油质合格。第四，在停车期间，将动力油、润滑油管线 拆卸清洗，并用白布擦拭管道内壁、管道连接件及视镜，安装前用纯净压缩空气 吹扫合格后安装复位。第五，拆检油动机及错油门。通过拆检发现，油动机活塞 杆导向螺栓断裂，错油门内滑阀顶端转动盘脱落，是造成卡涩和错油门振动大的 主要原因，应更换活塞杆导向螺栓和滑阀备件。5.处理后的效果经过对滑阀、油动机活塞杆定位螺栓的更换、油路系统的清洗、汽轮机调速 系统参数的校正等操作后，冲转时汽轮机转速达到目标值后基本稳定无大幅波动 在机组带负荷和各种变工况的情况下，调速系统均能满足要求，消除了汽轮机调 速系统的波动2。结论简而言之，针对汽轮发电机组 20%负载工况下转速大幅波动的故障进行原因 分析，发现其原因是流量-升程曲线局部线性度较差。分析多种处理方案后发现， 调整调节汽阀各阀碟的重叠度可有效解决 20%负载工况下转速大幅波动的故障。 通过故障处理，得到以下结论：1）汽轮机调速控制需要调速器、调节阀和喷嘴 组的紧密结合和良好设计。在设计阶段，应对调速控制系统综合考虑，对其中任 何一个部件进行重要改动时都应考虑其对调速控制的影响。2）喷嘴调节和节流 调节的特性是完全不同的，调节方式的差异造成流量-升程曲线的线性度不足，影 响调速控制的调节性能。因此，在设计阶段需对调节阀和喷嘴组的特性进行良好 的匹配。3）针对机组 20%负载下的转速波动，调整阀碟的结构虽能有效改善调 节阀流量升程曲线的线性度，但也导致其与阀座不匹配，从而产生碰擦等问题， 危害汽轮机运行。因此，调整阀重叠度仍然是调节流量升程曲线最可靠且行之有 效的手段3。参考文献：1 马琳，胥建群.600MW汽轮机喷嘴配汽方式下阀门重叠度影响的研究J.发 电设备， 2017， 27（6）：382-385.2 朱奇，谷传纲，戴韧.超超临界百万千瓦汽轮机主调阀流场非稳态数值研究J.动力工程学报，2017，30（10）： 743-748.徐克鹏，蔡虎，崔永强，等.600MW汽轮机高压联合进汽阀内部流场的数 值模拟J.工程热物理学报，2018，22（5）： 555-558.