某电厂3号机组功率、转速及中调门大幅波动问题分析及建议

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法律顾问：张友全 律师

正文：

某电厂 3 号机组在启、停机低负荷阶段多次出现功率、转速及中调门大幅度波动问题（以下简称调速系统摆动），波动时，机组处于单阀运行方式，一次调频功能投入， PSS 功能退出， CCS 和 DEH 侧功率闭环处于解除状态，由运行人员手动设置阀位指令控制汽机功率。

根据历史运行数据，在最近一次停机减负荷阶段，时间 2020 年 1 月 24 日  20:56 ~ 21:12 ，发生了 2 次调速系统摆动，波动时综合阀位均处于 32% 左右，一次调频动作信号发出（其余 3 台机组一次调频动作信号未发）， 2 次波动分别发生在低频加负荷和高频减负荷方向，以低频加负荷为例，有功谷值为 117MW ，峰值为 207MW ，最大振幅 90MW ，波动频率 0.15Hz ；调频转速在 2994r/min~3002r/min 波动，最大调频频差 6 r/min ；综合阀位在 32%~36% 左右波动，高调门在 16%~17% 波动，中调门反馈 14%~30% 波动，持续时间 30s 。

引发汽轮机组调速系统摆动的因素多为调节机构设备故障、调门配汽函数线性度差、功率闭环 PI 调节参数不合理、一次调频参数设置过强以及信号测量传输等原因，导致在汽轮机自动调节负荷、配汽方式切换、一次调频动作等过程中出现功率、频率或调门摆动。

1 ）根据运行数据，高、中压调门指令和反馈跟踪良好，排除阀门或执行机构异常；功率闭环控制已解除，可排除由于 PI 参数不合理导致的问题。

2 ）因波动时发电机无功功率波动幅度较小，幅值不超过 3% 额定值，说明励磁系统为维持机端电压恒定进行正常调节，可排除此时励磁系统输出异常。

3 ）检查 3 号机组一次调频参数设置，调频死区为 2998r/min~3002r/min ，符合设计要求；转速不等率为 4% ，符合设计要求；一次调频功能在 20% 综合阀位以下退出， 20% 至 30% 综合阀位时，阀位因子小于 1 ，大于 30% 综合阀位时，阀位因子为 1 。

4 ）该厂 3 、 4 号同类型机组中调门管理曲线对比。 3 号机中调门管理曲线为通流改造后阿尔斯通提供，与 4 号机组相差较大，通流改造期间 3 号机组的中调门并未更换，仅对阀杆、阀芯及阀座等部件进行了研磨处理，通流特性不应变化较多。

根据 3 号机历史运行数据，可粗略计算 4 个中压调节汽门的综合流量特性，得到综合流量特性如表 1 所示：

表 1  实测中调门综合流量特性

将实际的流量特性与采用 3 、 4 号机组中调门管理函数反算得到的流量特性进行对比， 根据表 可得到以下几点： 1 ）  3 号机组中调管理函数反算得到的阀门流量特性与实际流量特性偏差较大； 2 ）中压调节汽门在 40% 开度时，实际流量基本接近全开； 3 ） 3 号机中调门管理函数选取点的数量较少，难以完全贴合实际流量特性； 4 ）功率波动时，阀位指令处于 32%~35% ，处于阀门管理曲线的不线性区域，表现为综合阀位变化与实际流量变化不匹配。

一次调频动作时，综合阀位指令由 32% 升至 35% ，中调门由 14% 升至 30% ，根据表 1 中调门流量特性，通流量将由 53% 升高至 96% ，变化 43% 左右，这也与负荷由 135MW 突增至 189MW 相契合。但由于综合阀位指令变化仅有 3% ，即使考虑到中压调门参与调节时对流量的影响会更大的因素，根据高、中、低压缸做功比例粗算，最多仅为只采用高调门调节时 3 倍左右，即 9% 流量变化，因此由于阀门管理曲线的不线性，导致一次调频调整幅度放大了 5 倍左右。

初步判断导致出现上述问题的 主要原因 有以下几点： 1 ）启、停机低负荷阶段一次调频动作时中调门参与调节，导致机组实际速度不等率大幅下降，一次调频动作时功率调整幅度明显偏大； 2 ）中调门管理曲线与实际流量特性不匹配，导致综合阀位在 32% ～ 35% 区间内变化时所引起的流量变化过大，进一步放大了一次调频动作幅度，根据历史数据，调频转速 4r/min 时，功率增加约 90MW ，计算得到局部速度不等率约为 0.89% ，远低于设计值 4%~5% ； 3 ）在出现波动时，发电机的 PSS 为退出状态（ 200MW 以下自动退出），未能提供阻尼作用。

处理建议： 1 ）在不违反 “ 两个细则 ” 考核的前提下，适当推迟一次调频功能的投入负荷区间。并网带负荷后，机组稳定后，至少在 50% 综合阀位以上或中调门全开后再投入一次调频功能。 2 ）启动前临时将 4 号机的管理曲线置入 3 号机，防止在 32% ～ 35% 综合阀位区间出现功率突变的情况。采取该措施，主要基于以下两点考虑： ① 3 号机通流改造时未更换中调门，仅进行了研磨，通流特性应基本不变； ② 从中调门流量特性看， 36% 阀位时的实际流量已接近全开流量， 4 号机中调门管理曲线在小于 36% 阀门开度时，斜率较小，一方面可防止综合阀位指令变化时流量出现突变，另一方面，即使一次调频动作，功率调整幅度也会较小。

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