350 MW超临界机组甩负荷试验过程分析

安 欣，李续军，张亚夫，刘国弼

（西安热工研究院有限公司， 西安 710032）

国内现阶段投入商业运行的国产化300 MW级火电机组绝大部分为亚临界参数机组，哈尔滨汽轮机厂（哈汽厂）生产的首台350 MW超临界机组已在华能东方电厂和江西瑞金电厂顺利投产。由于该机型为哈汽厂自主设计制造，所以机组的运行特性还有待实际检验。

本文对华能东方电厂350 MW超临界机组50%及100%额定负荷下的甩负荷试验过程进行分析计算，并就机组的系统设计和运行提出建议。

1 国产超临界350 MW汽轮发电机组简介

华能东方电厂1、2号汽轮机组型号为CLN 350-24.2/566/566，为一次中间再热﹑单轴﹑两缸两排汽的汽轮机。发电机及励磁机采用无刷励磁，冷却方式为水-氢-氢。锅炉采用哈尔滨锅炉有限公司制造的超临界压力、变压运行燃煤直流炉，锅炉最大连续出力（BMCR）1 100 t/h，锅炉最低稳燃负荷（不投油）35%BMCR。

机组设计8级不调整回热抽汽，为常规的3高4低1除氧器布置方式，分散控制系统DCS选用新华控制工程公司XDPS-400E控制系统，调节系统采用哈尔滨汽轮机厂自行设计生产的数字电液式控制系统，具备103%和110%电超速保护功能。旁路系统采用上海威域达公司制造的35%BMCR容量的高、低压二级串联电动旁路，高低旁路快开﹑快关时间均为5 s，正常开关时间为10～15 s。炉侧过热器出口设计4个容量为20%BMCR的安全阀以及2个容量为10%BMCR的压力控制（PCV）阀，再热器出口设计5个容量为20%BMCR的安全阀。

甩负荷试验是考核汽轮机运行特性尤其是调速系统动态特性最直接的方法。甩负荷试验为机组带一定的负荷（通常为50%或100%），甩去机组负荷后测取转速变化和振荡过程，计算相关动态特性参数。甩负荷试验要求机组在转速波动过程中，汽机超速保护不动作，同时甩50%额定负荷过程中转速动态超调量不超过5%额定转速。按照火电机组启动验收规程要求，在新机组整套启动带负荷调试阶段应完成汽轮机组甩负荷试验。

2 试验前准备

2.1 甩负荷预测器及复位转速的设定

甩负荷预测器（LDA）的功能为发电机实发功率大于30%额定负荷时，一旦接到发电机解列信号，不等转速升至超速保护（OPC）动作值即迅速全关调门，从而抑制最高飞升转速。复位转速为超速过程中转速降至设定值时OPC电磁阀恢复动作前状态所对应的设定值。

机组采用的两级旁路，在OPC动作时再热器可以通过低旁泄压，尽量延长低旁的开启时间，将OPC复位转速设为3 000 r/min。在LDA保持时间设置上，参考哈汽引进型亚临界300 MW机组的甩负荷经验，2台机组在甩50%负荷时预设为2 s。

2.2 主汽门与调门关闭时间

静态情况下，对1号机组汽门关闭时间进行测量，见表1。

表1 1号机组自动主汽门及调门的关闭时间

2.3 汽门严密性和超速试验

调节系统静态仿真试验，静态试验、仿真试验以及转速不等率设定为4.5%均符合设计要求。还进行了主汽门、调门严密性试验，结果见表2。

1号机超速试验动作值见表3。2台机组的机械超速动作值均偏低且低于电超速动作值，在征求哈汽厂家意见后，认为机械超速动作值可以满足运行要求且暂不调整。

2.4 热工保护

表2 严密性试验表

表3 1号机组超速试验动作转速 r/min

甩负荷前进行了高低加保护、ETS通道、锅炉PCV阀、热工以及电气保护试验，对锅炉过热安全门及再热安全门分别进行了校验，确认符合甩负荷的条件。

3 50%甩负荷试验

3.1 甩负荷前后的运行方式

甩负荷前，轴封、除氧器切至辅汽，启动电动给水泵，电泵带负荷，负荷175 MW，甩负荷前炉侧运行3台磨并提前投入油枪和等离子点火装置，检查闭锁低旁的凝汽器真空，排汽温度以及减温水压力、温度正常。甩负荷后通风（VV）阀联开，迅速减给水至炉侧最小上水量，锅炉燃烧稳定，保证汽机维持 3 000 r/min，根据机组运行情况决定停机或并网加负荷。汽机侧电动给水泵MFT跳泵保护切除，机炉电大联锁中锅炉MFT联跳汽机保护切除。

3.2 甩负荷后OPC动作过程

甩负荷试验过程中，OPC动作3次，动作后转速峰值见表4。

表4 OPC动作转速 r/min

3.3 试验过程

1号机组甩负荷前功率为174.80 MW，转速3 000 r/min，发电机开关断开0.03 s后LDA动作，2 s后，转速飞升至第一飞升转速3 056 r/min，升速率为每分钟28 r/min，然后开始下降，转速升至第一峰值后经16 s降至3 000 r/min，速度变化率为每分钟3.5 r/min。OPC指令复位，在中调门开启中，经过1 s转速最低降至第一最低转速2 992 r/min，调门开启3 s后转速飞升至3 090 r/min，转速变化率为每分钟32 r/min，调门全关前中调门开至40%，全关1 s后转速升至第二飞升转速3 123 r/min，升至第二飞升转速15 s后，手动开低旁，7 s后转速降至3 000 r/min，OPC复位，速度变化率为每分钟5.6 r/min，调门打开，复位后2 s，转速最低降至第二最低转速2 991 r/min，经过5 s后转速升至3 090 r/min，速度变化率为每分钟19.8 r/min，此时低旁全开，调门全关1 s后转速升至第三飞升转速3 108 r/min，经过18 s，转速降至3 000 r/min，速度变化率为每分钟6 r/min，此时再热压力低至0.4 MPa，调节系统已经可以控稳转速，OPC不再动作。试验过程中转速、压力及调门开度的变化趋势见图1。

图1 1号机组转速、压力及调门开度变化曲线

4 100%甩负荷试验

由于电网以及数据采集原因，仅对2号机组100%甩负荷试验情况进行分析。

4.1 甩负荷前后的运行方式

甩负荷前，轴封、除氧器切至辅汽，电动给水泵热备用，汽动给水泵带负荷，负荷349 MW，甩负荷前炉侧运行5台磨并且提前投入油枪和等离子点火装置，检查闭锁低旁的凝汽器真空，排汽温度以及减温水压力温度正常。甩负荷后VV阀联开，迅速减给水至炉侧最小上水量，保证汽机维持3 000 r/min。汽机侧电动给水泵MFT跳泵保护切除，机炉电大联锁中锅炉MFT联跳、汽机保护切除。

4.2 试验过程

2号机组甩负荷前机组功率349.24 MW，转速3 001 r/min，发电机开关断开瞬间LDA动作，2.7 s后，转速飞升至第一飞升转速3 148 r/min，升速率为每分钟54 r/min，然后开始下降，转速升至第一峰值后经41 s降至3 000 r/min，速度变化率为每分钟3.6 r/min。转速降至3 000 r/min时OPC指令复位，在中调门开启中，经过1.3 s转速最低降至第一最低转速2 995 r/min，0.9 s后调门开启，经4 s后转速飞升至第二飞升转速3 105 r/min，转速变化率为每分钟22.4 r/min，升至第二飞升转速5 s后，手动开低旁，20 s后转速降至3 000 r/min，OPC复位，速度变化率为每分钟4.2 r/min，复位后2.6 s，转速最低降至第二最低转速2 992 r/min，此时再热压力低至0 MPa，经过8 s后转速升至3 019 r/min，速度变化率为每分钟3.3 r/min，调节系统已经可以控稳转速，OPC不再动作，经过13.3 s转速降至3 000 r/min，速度变化率为每分钟1.4 r/min。

根据机组试验记录对各项甩负荷参数给出计算结果，见表5。

表5 甩负荷参数计算结果

5 甩负荷试验过程分析

5.1 旁路系统对甩负荷的影响

国产化超临界350 MW机组在旁路系统均未设计旁路热备用管，在甩负荷前通过手动方式提前暖管，甩负荷后低旁应迅速联开。在甩负荷试验过程中，低旁没有第一时间开启，在OPC动作2次之后，手动开启旁路，由于旁路不具备快开功能而开启过慢，影响再热器泄压，导致OPC动作3次。从甩负荷过程中再热压力、转速及中调门开度变化曲线也可以看出，中调门不能控制转速且低旁没有第一时间开启，是OPC动作3次的直接原因。

甩负荷试验是考核机组在事故突发情况下调节系统动态特性能否保证机组的安全性，而实际试验中机组旁路系统不能热备用，这就增大了实际工况下突然甩负荷时机组的危险性。曾经有机组因为旁路系统没有热备用管道，在事故状态下联锁快开导致旁路管道振裂。为了能够真实考核机组在事故状态下的安全可靠性，同类型的机组在设计中应考虑旁路系统增加热备用管道。

5.2 启动方式的选择及对甩负荷的影响

DEH启动方式中既有高压缸启动方式，又有高中压缸启动方式，配置两级旁路的东方电厂机组虽然采用了不带旁路而仅在炉侧设计5%BMCR启动疏水旁路的高压缸启动方式，但其并不适合该方式。首先，从经济性上考虑，高压缸启动方式在冲转过程所需的时间比高中压缸联合启动的时间长。其次，采用高压缸启动方式，在汽机挂闸状态下，旁路一直处于切除状态，因此旁路不能与高中压缸并联运行，其超压溢流功能得不到充分发挥。最后，由于在汽机挂闸状态低旁无法投入自动且无法使用，因此在事故工况下（甩负荷）或者冲转前再热器会保持干烧，影响再热器的寿命。正是基于以上各点，建议后续投产的超临界350 MW机组，如果设计有两级旁路，应采用高中压缸联合启动方式。

机组虽然设计了两级旁路，但是仍采用高压缸启动方式，中调门不参与转速的调节，在甩负荷过程中再热器泄压过慢是造成转速二次飞升即最大飞升转速的直接原因。考虑到高压缸启动方式下再热压力与转速二次飞升的关系，复位转速还可以在保证低压保安油压的前提下适当下放，延长再热器泄压时间。此外由于系统配置了两级旁路，因此可以考虑在今后的启动过程中采用高中压缸联合启动方式，这样不但保证旁路投入自动在第一时间联开，而且能够在挂闸状态下充分发挥两级旁路的功能。

5.3 甩负荷试验方法的选择

测功法作为一种新的甩负荷试验方法，虽然上世纪90年代末才被引入我国，但是由于其安全简捷，已经在国内一些机组上得到应用。测功法在最高飞升转速的计算过程中，需要用到转子的真实转动惯量，而常规法能够考核整个甩负荷过程的动态特性，并对转动惯量给出真实的计算值。东方电厂机组由于是该类型首批机组，无论从获得转子真实转动惯量角度或者从考核机组调节系统的动态特性方面，均要求采用常规法进行试验。

今后投产的同类型机组进行甩50%负荷试验，可采用常规法检验机组的调节系统动态特性，对于甩100%负荷试验，则可采用常规法所计算得到的转动惯量或者本文所计算的转动惯量，选择测功法进行。

6 结论

通过机组50%及100%甩负荷试验和对甩负荷试验各项参数的计算，初步掌握了350 MW超临界机组甩负荷工况下的运行特性和DEH控制系统的调节特性。试验结果证明，汽机调节系统能够很好地控制机组转速，调节品质良好；LDA延时设置为2 s，复位转速设定为3 000 r/min，经过甩负荷试验证明上述参数均可以完成甩负荷试验的要求，而且有效抑制了一次转速飞升的峰值。不足之处是在高压缸启动方式下，中调门无法参与控制转速且旁路无法投自动，手动开启低旁时间过慢导致OPC动作3次。

建议在今后技改项目中增加旁路热备用管道，以保障机组运行的安全性。

[1]ERIO GADDA，Load Rejection Operation on Conventional Power Plants[J].Transactions on Energy Conversion，1989（4）:382-391.

[2]孙伟东.600 MW超临界机组DEH系统甩负荷控制的关键点[J].江苏电机工程，2006（3）:21-23.

[3]王文营.国产引进型300 MW机组甩负荷试验分析[J].河北电力技术，1999（4）:31-34.

[4]田丰.大型机组甩负荷试验若干问题探讨[J].中国电力，2000（7）:84-88.

[5]房德明.汽轮机测功法甩负荷试验[J].中国电力，1997（9）:58-60.