350,MW超临界机组负荷波动原因分析及解决措施

吕 建，王映奇，闫星磊

（山西世纪中试电力科学技术有限公司，山西 太原 030001）

随着火力发电机组的不断发展，机组容量也在不断扩大，电网对电能质量的要求越来越高。在《电力系统调度管理规程》中明确规定：系统频率标准为50 Hz，偏差不得超过±0.2 Hz。因此，要求机组一次调频功能可靠投入，提高电网负荷变化时频率响应能力，保持系统频率在允许范围内。某厂在进行一次调频试验时出现机组负荷波动较大，不符合《火力发电机组一次调频试验及性能验收导则（GB/T30370—2013）》的规定，试验结果不合格。分析造成负荷波动的原因并加以解决，确保高质量的电力供应是本文探讨的关键。

某电厂汽轮发电机组采用上海汽轮机厂生产的超临界机组,型号为CJK350-24.2/0.4/566/566，一次中间再热、单轴、双缸双排、间接空冷（两机一塔）、凝汽式汽轮机[1]，其数字电液控制系统DEH（digital electro-hydraulic control system）采用国电智深EDPF-NT Plus控制系统，汽轮机DEH控制系统属纯电调型，机组共配置6个调门，分别为4个高调门和2个中调门，调门类型均为MOOG阀，机组在并网带负荷后中调门全开。DEH伺服模块采用国电智深EDPF-VC（六线制）系列，具体采用EDPF-VC0106G（±10 V）模块。调门控制回路原理构成如图1所示。调门控制是由伺服卡、高选卡、线性可变差动变压器LVDT（linear variable differential transformer）位移传感器组成，LVDT测量信号分别进入伺服卡进行解调后高选，在伺服卡放大器里经过高选后的LVDT信号与阀位给定进行比较后，经过比例积分微分PID（proportion integration differentiation）闭环运算控制，然后输出±10 V/4~20 mA/—10~10 mA模拟量信号去控制伺服阀动作，使进入调门油缸的油量变化，控制调门开度。

图1 伺服阀控制原理

机组负荷波动发生在一次调频试验过程中。机组一次调频试验分别在阀控方式、功率控制方式、协调方式下进行。试验负荷工况点选择不少于3个，宜在60%Pe、75%Pe、90%Pe工况附近选择，每个试验负荷工况点应至少分别进行±4 r/min及±6 r/min频差阶跃扰动试验[2]。

机组运行在阀控方式，负荷210.1 MW动态模拟进行一次调频正向阶跃+4 r/min转差信号，试验开始后由分布式控制系统DCS（distributed control system）实时采集数据，发现机组负荷呈现锯齿状波动，负荷波动峰峰值接近2 MW，DEH侧3个功率变送器最大波动峰峰值分别为1.709 MW、1.903 MW、1.809 MW，并且与DCS侧的3个功率信号变化趋势一致。根据DL/T 1870—2018《电力系统网源协调技术规范》A4.3.1一次调频死区开始到发电负荷最后进入偏离稳态偏差±5%范围内，且以后不再越出此范围所需时间应不大于60 s[3]。最终因负荷波动较大导致一次调频试验不合格。

结合上述现象分析原因有如下几点。

a）功率变送器原因。DEH采集的发电机功率信号取自电气发变组变送器屏，交流侧电流0~5 A，电压0~57.74 V，通过变送器转换为4~20 mA信号，该信号量程一次值为0~519.6 MW，电气变送器本体参数设置不当可能造成功率波动。

b）LVDT震荡原因。LVDT安装位置不牢固出现轻微震荡，伺服卡通过高选后的反馈进行比例积分PI（proportion integration）运算输出伺服指令，引起某个调门摆动，导致负荷摆动。

c）LVDT线性度原因。由于现场LVDT设备的线性区刻度线标识不准确，LVDT信号传输至DEH伺服卡的显示码值不准确。通过DCS历史采集数据可看出4个高调门均存在±0.3%的上下波动，通过电子设备间精密仪器测量伺服电压，结果显示伺服卡件的伺服电压输出也存在轻微抖动，故可能原因为LVDT就地安装不在真实线性区内导致负荷波动。

d）伺服卡参数设置原因。DEH控制系统的EDPF-VC系列模块与EDPF-SD（发电机测速）模块配套使用，用来组建汽轮机纯电调型DEH伺服系统。伺服系统与现场的汽轮机控制机构（伺服阀、油动机滑阀、油动机活塞、油动机行程反馈LVDT等）一起组成通过PI运算输出控制电压/电流来控制油动机行程的伺服随动系统，伺服卡中PI运算回路原设置参数不合理，调门伺服指令在控制死区内存在比例积分作用较强，可能造成调门在某一位置的开度下出现轻微震荡继而引起机组负荷的波动。

根据上述故障原因分析，对可能存在的故障点进行一一排查。

a）检查功率变送器。机组共设计6个功率测点，DCS和DEH各3个。功率显示均由电气功率变送器采集并通过硬接线4~20 mA信号送入DCS卡件，由DCS逻辑进行三取中运算处理，DCS任务控制区扫描周期为200 ms，DEH任务控制区扫描周期为100 ms。检查DCS运算处理参数设置正确，控制区扫描周期符合要求，在电气功率变送器CT侧用示波器测量数据，电流确实存在波动，通过分析判断说明机组负荷波动是真实存在的，可以排除功率变送器本身参数不当引起机组负荷波动。

b）检查LVDT安装的稳定性。机组运行期间，投入DEH功率控制回路，缓慢修改1号调门流量指令直至调门全关，调门关闭后同时关闭就地调门供油门保证调门不会误开启，LVDT的下部和调门底部连接为刚性连接，检查2、3、4号调门LVDT的底部螺母预留为4圈，1号调门则预留8圈，故将1号调门底部螺母预留改为4圈，在线将LVDT重新定零位和满位。缓慢开启1号调门通过历史采集数据比对发现波动幅度较之前未有好转，说明机组负荷波动不是由于LVDT震荡引起的。

c）检查LVDT有效线性区。投入DEH功率控制回路，缓慢修改1号调门流量指令缓慢关闭1号调门，将1号调门LVDT重新校验，检查安装显示码值和伺服卡在线指示的码值显示一致，LVDT活动拉杆在有效线性区内，并手动活动LVDT拉杆确保可自由活动不出现卡涩现象，同理按照1号调门的整定方法将2、3、4号调门依次进行重新安装并校定零位和满位，在线进行拉阀观察机组功率曲线，功率波动情况较之前有所改善。

d）调整伺服卡参数设置。利用机组停机机会，对1、2、3、4号调门伺服卡进行更换，对伺服卡内部PI参数进行修改，静态下重新整定伺服卡比例积分参数，在DEH静态试验阶段重新进行拉阀校定零位和满位。重新整定参数后再次进行一次调频试验，发现机组负荷波动峰峰值小于1 MW，满足一次调频试验要求。

本文通过对某电厂一次调频试验过程中出现负荷波动的问题案例进行分析，全面了解了造成负荷波动的原因，并进行了相应的检查和排查，最终通过调整伺服卡控制参数有效地解决了负荷波动问题。实践证明，调门摆动引起的机组负荷波动，在排除设备故障和安装缺陷的前提下，可以通过优化伺服卡控制参数来解决。由调门摆动引起的负荷波动在火电机组负荷波动的故障类型中较为普遍，已有不少学者在这方面进行了研究，本文的分析研究为解决此类问题提供了一种有效的思路和方法，使此类问题得到更好的解决。

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