火电厂给水流量晃动因素分析

程 洋 汪君奇 蒋 威

华能上海石洞口第一电厂运行部

0 背景

某电厂装有4台国产第一批300 MW亚临界燃煤机组，每台机组配置2台50%锅炉额定容量的汽动给水泵。小机为单缸、冲动、凝汽式、下排汽汽轮机，共七级动叶，一级单列调速级，六级压力级，无回热设备，正常运行时汽源来自四抽，启动时采用邻机备汽，两路汽源压力相近，机组负荷变化时无需进行汽源切换，排汽进入主机凝汽器。小机调速系统采用MEH实时控制，抗燃油系统与主机共用。2021年11月至2022年3月，不到 半年的时间里发生了多次给泵A、B流量晃动从而引起主给水流量晃动情况，给机组安全运行带来了隐患。本文结合实际运行经验及参考文献，发现引起给水流量晃动因素如下：

1 影响因素

1.1 一次调频

由于电能无法实现大规模存储，因此电网需时刻保持用电和供电的动态平衡，而电网频率是最直接反映这一平衡状态的重要指标。当频率上升或下降时，各并网机组的一次调频首先完成负荷调整，然后跟随电网AGC指令改变负荷设定值，从而消除频率偏差，保证电网负荷的动态平衡。在额定转速附近，一次调频存在着对频率差和转速差的不灵敏区，称为一次调频死区［1］，这是因为在额定值附近，即使电网频率稳定，也无法避免频繁波动情况。为避免一次调频引起调速系统不必要的动作，减少设备磨损，设置了该死区，使频率在死区内波动时一次调频不动作。该电厂一次调频由CCS和DEH共同实现，频率死区为±2 rpm/min，最大负荷变化19 MW，一次调频动作时CCS侧的负荷指令与一次调频负荷指令相叠加，同时一次调频负荷前馈信号在DEH侧叠加在机组流量指令上，使汽轮机高调门快速动作以响应频率的变化［2］。整个过程中，当调门快速变化时势必引起主汽压、给水阻力和给水量变化，此外，CCS侧因负荷指令的改变，给水及燃料量也发生了改变，在CCS及DEH的共同作用下，给水量发生晃动是必然的，但如果负荷变化在规定范围内，且锅炉燃烧稳定，汽机调门动作正常，则无需担心给水不稳，因最终会趋于稳定。作为运行人员，需正确判断给水晃动是由一次调频引起的还是其他因素引起的，以便采取正确措施。如图1机组稳定运行时曲线均处于平稳状态，当电网频率降低时，一次调频动作，负荷指令上升，汽机调门开大，主蒸汽压力降低，给水与压力反方向变化，实际负荷上升，同时锅炉加煤加水强化燃烧，电网频率上升时动作方向与之相反。

图1 电网频率引起的机组动作

1.2 减温水

机组过热器减温水取自高加出口给水母管，再热器减温水取自给泵中间抽头，给水调节取消了给水调门调节给水量的方法，采用改变给泵转速来调节，减少了节流损失。理论上由于过热器与再热器减温水取水点原因，其用量与给水晃动有关，但实际运行中，因减温水均需通过调门控制且对汽温只是微调，不会出现大开大合情况，用量不会在短时间内频繁波动。该电厂的几次流量晃动均未发现减温水与给水晃动的相关关系。如图2所示，2022年2月22日14 h28 min，给泵B发生了流量晃动，晃动前过热器及再热器减温水量较为平稳，即使在给泵B晃动后，减温水量也只是平稳波动，可见因减温水总量及调门的作用，减温水与给水流量晃动无明显关系。

1.3 给泵控制系统不稳

图2 给泵与减温水量关系

图3 小机MEH的转速控制方式

小机MEH有“转速自动”“转给水”“软手操”三种控制方式（见图3）。在“转速自动”时，运行人员可直接输入转速目标值来改变小机转速，也可点击“转速增”“转速减”按钮来改变目标值，一般在小机启动时用得较多。“转给水”控制相当于遥控方式，即小机MEH接收锅炉DCS发出的给泵转速指令，再生成小机调门开度指令进行给水调节。“转速自动”和“转给水”控制方式均为闭环控制，即伺服卡需根据DPU指令输出值A与反馈值P进行比较再输出最终指令，见图4。“软手操”控制为开环控制，即伺服卡内部指令保持不变，通过外部手动点击“阀位增”或“阀位减”来改变小机转速。需注意的是，手动状态下伺服系统仍然监视汽轮机转速等重要保护，一旦保护被触发，输出指令将关闭调门。由上可知，控制系统的正常对给水流量的稳定起到了重要的作用。实际运行中引起控制系统不稳定的是LVDT和伺服阀这两个设备。

1）LVDT

LVDT（直线位移传感器）是油动机行程的位置反馈，是闭环控制的重要组成部分，其工作环境恶劣，对安装要求较高，虽采取双通道配置以解决单通道故障时导致调门全开的安全隐患，但在实际运行中仍多次发生LVDT卡涩变形、支撑架脱落等故障［3］。当发生LVDT卡涩时，位返不再灵敏，DCS指令不断变化以消除偏差，给水流量随之晃动。导致LVDT卡涩的原因主要有安装时同心度不符合要求、高温环境使部件发生变形等。支架脱落则是更为恶化的工况，此时位返固定在一定值，与实际产生偏差，小机转速指令会不断增加或减少（增减方向视位返与指令的差值，正值增加，负值减少），易引发锅炉断水及小机超速保护动作，给机组稳定运行带来重大安全隐患。因此在实际工作中，LVDT支架与油动机采取刚性连接，防止抖动脱落，巡检也将此点作为巡检点，发现异常及时消缺，运行人员第一时间将MEH由自动或遥控模式切为软手操，直接改变阀位开度来调节给水。

2)伺服阀

图4 MEH闭环控制

图5 伺服阀工作原理

如图5所示，伺服阀收到DEH阀位开大指令时，力矩马达带动可动衔铁顺时针偏移，挡板向左移动，左侧喷嘴喷油受阻使阀芯左侧油压升高，阀芯向右移动，同时带动反馈杆向右弯曲，油口A、B接通，高压EH油通过油口A、B进入油动机开大调门，当调门阀位反馈信号与DEH发出的指令信号一致时，力矩马达失电，可动衔铁复位，挡板回中间，左右喷油量相等，阀芯两侧油室压力相等，阀芯在反馈杆应变力作用下，向左移动回到中间位置，同时关闭油口A，调门达到新的平衡点。同理，伺服阀收到DEH阀位关小指令时,力矩马达带动可动衔铁逆时针偏转，挡板向右移动，右侧喷嘴喷油受阻使阀芯右侧油压升高，阀芯向左移动，同时带动反馈杆向左弯曲，油口B、C接通，高压EH油通过油口B、C排油，调门在弹簧力作用下关小，当阀位反馈信号与DEH发出的指令信号一致时，力矩马达失电，可动衔铁复位，挡板回中，左右喷油量相等，阀芯两侧油室压力相等，阀芯在反馈杆应变力的作用下向右移动回位，同时关闭油口C，调门达到新的平衡点［4］。由伺服阀工作原理可知，在一次调频及机组调峰工况下，伺服阀时刻接受DCS指令，不断开大或关小调门以改变给水流量，伺服阀一旦故障，给水流量将变得不稳定。运行中常见的伺服阀故障主要有：EH油油质恶化，杂质附着于阀芯，使阀芯的往复运动受阻；过滤器堵塞，进出油不畅，使阀反应迟钝，响应降低；阀芯机械磨损。发生以上情况时需停泵将伺服阀取下交专业厂家进行清洗或更换。

2 结论

以上是机组正常运行时与给水量波动有关的因素，除减温水外，一次调频、LVDT、伺服阀是比较常见的因素，某电厂从2021年11月至2022年3月发生的几次晃动均与LVDT及伺服阀有关，最终通过调整LVDT连接或更换伺服阀得到解决。而运行人员在发现LVDT故障或怀疑伺服阀卡涩时应第一时间采取措施，将给泵控制切换到软手操进行开环控制，同时暂停变负荷以减少故障泵的调节。