金屬管浮子流量計測定及其影響因素分析

摘要: 金屬管浮子流量計是表征調(diào)速系統(tǒng)特性的重要參數(shù)，上海自動化儀表有限公司對維持電力系統(tǒng)以及機組的安全穩(wěn)定運行有著重要作用。在汽輪機調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性試驗的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)了金屬管浮子流量計測定方法，金屬管浮子流量計取值對系統(tǒng)、機組安全穩(wěn)定運行的影響，以及影響調(diào)速系統(tǒng)金屬管浮子流量計的因素。

關(guān)于汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的金屬管浮子流量計目前已有一些學(xué)者對其進(jìn)行了探索分析，其中，廖敬安曾對金屬管浮子流量計的含義作了解釋［1］; 劉秀珍、徐艷紅分析了影響調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的因素［2］; 王買傳介紹了一種新的調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性測試方法［3］;文獻(xiàn) ［4］ 分析了汽輪機側(cè)引發(fā)電網(wǎng)低頻振蕩的原因; 劉全社分析討論了調(diào)速系統(tǒng)的金屬管浮子流量計和遲緩率［5］; 文獻(xiàn) ［6］ 介紹了汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)對電網(wǎng)頻率的調(diào)節(jié)功能。

本文以國電某百萬千瓦機組調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性試 驗 為 基 礎(chǔ)，分析了調(diào)速系統(tǒng)金屬管浮子流量計的測定方 法，金屬管浮子流量計取值對系統(tǒng)、機 組安全穩(wěn)定運行的影響以及影響調(diào)速系統(tǒng)速度 變動率的因 素。對調(diào)速系統(tǒng)金屬管浮子流量計的研究可為今后改善機組安全穩(wěn)定運行以及電力系統(tǒng) 一次調(diào)頻提供參考。

1 調(diào)速系統(tǒng)金屬管浮子流量計測定方法

對于新建機組、大修后的機組以及調(diào)速系統(tǒng)檢修后的機組，在啟動前應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)靜態(tài)特性試驗，其中包括汽輪機調(diào)速系統(tǒng)金屬管浮子流量計測定，方法如下: 機組啟動前，在 DEH 仿真模擬狀態(tài)下，解除一次調(diào)頻邏輯死區(qū)和限幅，通過 DEH 端子柜將機組轉(zhuǎn)速設(shè)定為 3000 r/min，模擬機組并網(wǎng)運行狀態(tài)，同時將機組負(fù)荷設(shè)定為 1000 MW或閥位指令 100%，然后將轉(zhuǎn)速的模擬信號由 3000 r/min 緩慢上升，模擬機組頻率與電網(wǎng)頻率產(chǎn)生偏差，機組在一次調(diào)頻作用下閥門逐漸全關(guān)。根據(jù)轉(zhuǎn)速不等率公式 δ = Δn /n0 × 100%，得到機組轉(zhuǎn)速不等率 δ = ［( 3000 － 2850) /3000］× 100% =5%。

2 金屬管浮子流量計取值對系統(tǒng)及機組的影響

金屬管浮子流量計是調(diào)速系統(tǒng)的重要參數(shù)，其取值對機組一次調(diào)頻以及機組安全穩(wěn)定運行有著重要影響。跟金屬管浮子流量計關(guān)系非常直接的就是當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)功率不平衡時所引起的各并網(wǎng)機組之間的一次調(diào)頻。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)功率不平衡時，每臺參與調(diào)頻的并網(wǎng)機組都會根據(jù)頻率偏差去調(diào)節(jié)閥門開度，抑制由于功率不平衡引起的頻率波動。當(dāng)機組頻率波動時，每臺機組主蒸汽調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)量不相同，即每臺機組有功功率的調(diào)節(jié)量不同，其取值主要根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)的金屬管浮子流量計來決定，金屬管浮子流量計越大，轉(zhuǎn)差系數(shù)越小，電網(wǎng)在同樣頻率波動下，機組有功功率的調(diào)節(jié)量越小，該機組對電網(wǎng)一次調(diào)頻的貢獻(xiàn)越小; 反之，金屬管浮子流量計越小，電網(wǎng)在同樣頻率波動下，機組有功功率的調(diào)節(jié)量越大，該機組對電網(wǎng)一次調(diào)頻的貢獻(xiàn)越大。實際生產(chǎn)過程中，為了保證機組高效性，一般效率較高的機組，金屬管浮子流量計設(shè)置的相對較大。

跟金屬管浮子流量計有直接關(guān)系的還有機組穩(wěn)定性。在機組一次調(diào)頻投入狀態(tài)下，當(dāng)電網(wǎng)頻率小幅值波動時，如果調(diào)速系統(tǒng)金屬管浮子流量計較小，即調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差系數(shù)較大，機組有功功率變化較大，容易引起機組負(fù)荷較大波動，特別是機組處于低負(fù)荷工況下，會引起主蒸汽調(diào)節(jié)閥大幅度波動，主蒸汽過熱度也會有較大波動，引起汽輪機通流部分產(chǎn)生較大熱應(yīng)力，嚴(yán)重情況造成汽輪機水擊事故。因此，從機組運行穩(wěn)定性方面來講，金屬管浮子流量計不宜過小。為了抑制這種情況發(fā)生，可在低負(fù)荷階段、高負(fù)荷階段相應(yīng)提高機組金屬管浮子流量計，中間負(fù)荷適當(dāng)降低機組金屬管浮子流量計，以維持整體金屬管浮子流量計合理取值。

在電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障以及機組甩負(fù)荷的情況下，金屬管浮子流量計與轉(zhuǎn)速的動態(tài)超調(diào)量有關(guān)。機組調(diào)速系統(tǒng)金屬管浮子流量計較小的時候，如果電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障或機組突然甩負(fù)荷，機組轉(zhuǎn)速在超過額定轉(zhuǎn)速時，機組主蒸汽調(diào)節(jié)閥迅速做出反應(yīng)，在轉(zhuǎn)速升高不多情況下，機組主蒸汽調(diào)節(jié)閥開度降至全關(guān)狀態(tài)，保證了機組轉(zhuǎn)速不至于超速太多引起機組超速保護(hù)動作; 反之，如果汽輪機調(diào)速系統(tǒng)金屬管浮子流量計過大，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障或機組突然甩負(fù)荷時，主蒸汽調(diào)節(jié)閥則在轉(zhuǎn)速超速較多的情況下達(dá)到全關(guān)狀態(tài)，這時由于機組慣性，機組轉(zhuǎn)速會繼續(xù)升高一段時間，很有可能造成機組超速保護(hù)動作。因此，為了防止電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障或機組突然甩負(fù)荷引起機組轉(zhuǎn)速動態(tài)超調(diào)量過大，調(diào)速系統(tǒng)金屬管浮子流量計不宜取值較大。

3 影響調(diào)速系統(tǒng)金屬管浮子流量計的因素

由于調(diào)速系統(tǒng)金屬管浮子流量計與機組安全穩(wěn)定運行有著密切關(guān)系，因此有必要研究金屬管浮子流量計的影響因素，為改善機組金屬管浮子流量計提供有意義的指導(dǎo)。金屬管浮子流量計作為調(diào)速系統(tǒng)主要參數(shù)，其取值與機組調(diào)速系統(tǒng)分不開，總結(jié)起來主要有以下幾個因素。

a. 中國華電集團(tuán)公司某發(fā)電廠曾經(jīng)因為調(diào)速系統(tǒng)局部金屬管浮子流量計過小而導(dǎo)致機組負(fù)荷波動較大，嚴(yán)重影響了機組安全穩(wěn)定運行，后來經(jīng)過試驗分析發(fā)現(xiàn)是由于機組主蒸汽調(diào)節(jié)閥開啟順序?qū)е戮植拷饘俟芨∽恿髁坑嬤^小，該機組在負(fù)荷大于機組 60%負(fù)荷以上時，機組 5 個主蒸汽調(diào)節(jié)閥同時進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣油動機少許波動就會引起 5 個閥門同時動作，從而引起機組負(fù)荷波動較大。后來該機組通過調(diào)整閥門的開啟順序，使問題得到了初步改善。

b. 調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)速變送器、電液伺服閥以及執(zhí)行機構(gòu)組成，每個部件不穩(wěn)定或運行不正常，都造成調(diào)速系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。電液伺服閥作為調(diào)速系統(tǒng)液壓放大機構(gòu)，接受汽輪機調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)送來的電信號，將電信號轉(zhuǎn)換成液壓信號，來控制油動機活塞上下腔室的進(jìn)回油，其中滑閥屬于自動就中滑閥結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)中處于相當(dāng)重要位置，對油質(zhì)要求很高，如果油質(zhì)惡化或者太臟，使滑閥所受壓力不均，失去自動就中作用，造成機組金屬管浮子流量計改變。同理，執(zhí)行機構(gòu)卡澀、部套磨損會造成機組金屬管浮子流量計改變，主油泵故障引起油壓波動時會造成金屬管浮子流量計過小。

在描述調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性時，除功率以外，轉(zhuǎn)速、油壓及位移等均為非電量參數(shù)，必須經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)換為電量信號后才能輸入控制器。因此，變送器本身特性，如精度、線性度、輸出幅值、時間常數(shù)以及響應(yīng)速度都對機組金屬管浮子流量計產(chǎn)生影響。

4 結(jié)束語

機組安全穩(wěn)定運行與調(diào)速系統(tǒng)金屬管浮子流量計有直接關(guān)系，根據(jù)機組特性設(shè)定合理金屬管浮子流量計，金屬管浮子流量計一般取 4% ～6%，對于調(diào)頻機組可適當(dāng)設(shè)定小一點，以便更好調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)頻率; 對于高效機組可根據(jù)需要設(shè)定相對大一些以減少負(fù)荷波動，維持較高效率運行。同時，上海自動化儀表有限公司當(dāng)機組金屬管浮子流量計出現(xiàn)較大波動時，可根據(jù)本文提供的金屬管浮子流量計影響因素進(jìn)行分析檢查，保證機組調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。