汽轮发电机组甩负荷

汽轮发电机组甩负荷试验

摘要：针对汽轮发电机组甩负荷试验的要求，提出了包括前端调理到数据采集一套完整的测试方案。由于该方案的数采部分采用了多通道、并行采集技术，不仅可记录整个汽轮机组甩负荷试验的全过程，而且能正确反映相应安全控制机构的动作时间；同时它还可以作为发电机组日常的监测系统来使用。目前该方案已在某新建电厂甩负荷试验得到了成功的验证。

关键词：汽轮机发电机组甩负荷试验数据采集多通道并行测试

一、引言

在甩负荷试验中，所关心的信号种类主要可分为：转速（r/min）、压力（Mp）（包括有油压及蒸汽压）、行程（mm）、流量（t/h）、温度（℃），发电机功率（Kw）及电压（Kv）等。这些物理量除了一路转速为正弦波信号外，另外的信号均为电流或电压信号。

以上信号中，传感器输出的是4-20mA电流的物理量分别有：一次、二次脉动油压、润滑油压、调节油压、主蒸汽压力、调节级压力、再热蒸汽压力，左、中、右侧高压油动机行程，主汽流量、给水流量，主汽温度、再热汽温、高压缸排汽温度，高、中、低压缸胀差等共22路。

发电机功率对应输出的是0-2.5mA的小电流；主汽温度、再热汽温、高压缸排汽温度等输出的是0~50mV的小电压；从发电机A、B、C三段分别取出的电压/电流即是三PT/CT，经一次侧衰减后接入到测试系统的PT仍高达0-100V，而CT则高达0-50安匝。

针对上述信号特点，我们分别设计相应的前端调理；而根据正常甩负荷试验要求，发电机组一般是从3000r/min过冲到3400r/min后，在控制系统的作用下以略低于3400r/m的转速进入另一个稳定态，整个过程大约为3S左右，为了记录控制机构相应动作的时序及温度、压力等信号，因而要求后端的数采系统为多路、并行采集。

二、总体测试方案

甩负荷试验总体测试，大体上分为传感器、前端调理、并行数采三部分。

对于转速信号虽然只有一路，但在甩负荷试验中至关重要，因为转速传感器输出的信号为正弦波，为此需对其进行隔离、整形，以输出标准的TTL方波，并专门设计了一款计数卡来对它进行采集，它可以以等间隔的时间Δt，将记录的转速脉冲个数存储在计数卡上的存储器中，从而满足甩负荷试验的特殊要求。

对于4-20mA电流信号，我们在前端调理中用25Ω取样后，然后用差分放大器放大10倍以转化为0-5V电压信号；对于0-2.5mA的小电流信号，其取样电阻为20Ω，而差分放大器的放大倍数为100倍，从而保证对应的输出电压也为0-5V；至于三路0-50mV的小电压信号，则只需用放大倍数为100倍的差分放大器直接进行放大即可。对于三路从一次PT/CT过来的信号，市面上有直接将其进一步降低的二次PT/CT产品，很容易将它们转变为0-3.5V的电压信号。

关于多路、并行采集，使用的是我公司非常成熟的TST3000系列的并行采集卡，总共使用了32路，最高采样率为1MHz，A/D分辨率为12Bits，板上存储深度可高达1M个样点，实际

使用时采样率为25KHz、采样长度设为128K即可，这样就能记录大约5S，完全满足记录时间大于3S的要求，因而用我公司性价更好的TST5000系列的并行采集器也是可行的。

三、结语

本文介绍的汽轮机甩负荷试验测试系统，目前已在某电厂成功地完成了甩负荷试验，从而验证了本方案的可行性。不过我们同时也要指出的是，由于电厂的各种干扰较多，特别是其地电位有时就高达三十多伏，因此如何正确处理信号接地问题非常重要，否则可能根本采不到信号，这是我们在现场调试不可回避的问题。

甩负荷:因为电力紧张，供电负荷超过了给你的指标，要求你将不重要的负荷停掉，将负荷减小到规定的目标。或是电厂内部的原因，供网出口断路器突然跳闸，发电机负荷突然掉到基本为零!就叫甩负荷.

甩负荷分为两种：

一种是主动甩负荷：当电网提供的有功大大小于系统需要的有功，主动甩掉部分不重要的负荷，提高电网供电质量。

一种是故障甩负荷，发生这种事故的原因除了电网不正常之外，发电机的主开关跳闸、汽机主汽门脱扣等都是引起该事故的原因。当电站突然甩去大量负荷时，二回路蒸汽流量急剧下降，使一回路冷却剂温度及压力迅速上升。这就是甩负荷事故。

汽轮机增加进汽量,如果负荷不变,转速肯定会增加.自动调速器的作用就是根据负荷的

变化自动调节进汽量.当进汽量不变,负荷增加时,转速就会下降,自动调速器检测到转速下降后,就会增加进汽量,使转速上升到整定值.对于汽轮发电机组,汽轮机的负荷就是发电机,汽轮机的进汽量就是按照发电机的负荷大小进行调节的.整个电网由多台机组组成,可以等效为

一台很大的发电机组,当进汽量大于负荷的需要时,转速就会上升,电源的频率就会增加,反之就会下降,电网的频率就在标准频率(50Hz)左右变化,由于单台汽轮发电机组的作用在整个

电网中占的比例太小,它的转速主要是受到大电网的牵制,所以汽轮机增加进汽量转速不变

是相对而言,是有条件的.

另一种说法

所谓甩负荷事故是指汽轮发电机组突然卸掉全部或部分负荷的一种事故现象。甩负荷事故的发生对汽轮机的安全稳定运行影响甚大，必须引起运行值班人员和有关人员的高度重视。2 甩负荷的原因及危害 2.1 甩负荷的类型汽轮发电机组甩负荷主要有以下几种类型：(1) 因供电输变线路突然跳闸，使机组负荷无法正常输出；(2) 发电机保护动作，跳开发电机出口开关；(3) 汽轮机保护动作，高中压自动主汽门突然关闭；(4) 运行中某一自动主汽门、调速汽门或某一油动机突然关闭。2.2 甩负荷的判断机组发生甩负荷时，运行值班人员要迅速判明甩负荷的原因，然后才能采取对应的措施进行处理，判断的方法主要有以下几种：(1) 当由电气原因（上述1，2种类型）造成机组甩负荷时，则发电机甩去全部或大部分负荷（仅剩下厂用电负荷），这时机组最显著的特征是转速升高，若汽轮机调速系统的动态特性不理想，就会造成汽轮机超速保护动作而停机。(2) 当由汽轮机保护动作（上述第3种类型）造成机组甩负荷时，则发电机组会甩去全部负荷，此时机组转速与甩负荷前相比基本不变。由于高中压自动主汽门的关闭，切断了进入汽轮机的所有蒸汽，此时机组得以维持稳定转速全靠电网的返送电，即发电机组变为电动机运行模式，称为逆功率运行。

(3) 当由主调门突关（上述第4种类型）造成机组甩负荷时，则发电机组仅甩去部分负荷，机组转速保持不变。其甩负荷量视突然关闭的主调门的通流量，占机组当时进汽量的份额而定，同时也与主调门的类别有关。就200 MW汽轮发电机组而言，高压主汽门突关比中压主汽门突关甩负荷量大；1，2号高调门突关比3，4号高调门突关影响更大；单一中压调门突关对负荷的影响较小；中压油动机突关比高压油动机突关要严重得多。如2001年2月9日，某厂一台200 MW汽轮机的3号中调门运行中突关，对负荷的影响甚微，从负荷历史曲线上看基本上觉察不到。而2001年3月16日，某厂一台200 MW汽轮机的中压油动机突关，机组负荷由107.5 MW瞬间降至18.32 MW。 2.3 甩负荷事故的危害运行中汽轮发电机组甩负荷，不仅给电网的稳定运行带来了一定的负面影响，而且直接对机组的安全运行构成了威胁，其危害性主要表现在以下几个方面：(1) 甩负荷是造成机组超速的主要因素，超速的结果往往会造成超速保护动作而停机，更有甚者还会造成汽轮发电机组因飞车而毁坏。(2) 甩负荷后对机组形成了一次较大的热冲击。甩负荷后机组负荷发生了大幅度的变化，则进入汽轮机的蒸汽量随之而减小，由于调速汽门的节流作用，通过汽轮机通流部分的蒸汽温度将发生大幅度的降低，使汽缸、转子表面受到急剧冷却，致使其中产生很大的热应力。有数据表明：运行中机组突然甩去50%负荷时，在汽缸、转子金属部件中产生的热应力最为严重。若因汽轮机保护动作，高中压自动主汽门突关甩去全部负荷时，虽然汽轮机暂时没有蒸汽通过，但以后的事故处理需要使汽轮机重新进汽，极热态启动往往会产生更大的热冲击。(3) 甩负荷过程伴随着一次较大的机械冲击。甩负荷后由于机组负荷的突然改变，使流经汽轮机通流部分的蒸汽流量和状态随之改变，则作用于转子上的轴向推力也发生了变化，轴向位移指示值发生突变，造成推力轴承和联轴器螺栓受到一次较大的机械冲击。如2001年2月2日，某厂一台200 MW汽轮机的2号高调门运行中突关，造成负荷突降20 MW左右，轴向位移指示值变化了0.34 mm。2001年3月16日，某厂一台200 MW汽轮机中压油动机突关，造成负荷突降90 MW，轴向位移指示值变化了0.558 mm。

(4) 甩负荷对汽轮发电机转子构成一次较大的扰动。运行中机组突然甩负荷后，会使原来运行相对平稳的转子受到一次不平衡的汽流冲击，诱发机组振动突变。从上述2次机组甩负荷