汽轮机液压调速系统静态试验

汽轮机液压调速系统静态试验
与静止试验的差异
华北电力科学研究院(北京 100045) 司派友
文摘汽轮发电机组的调速系统静态特性试验有静态试验与静止试验两种手段。

文章对这两种试验方法在概念上加以澄清，指出了这两种方法之间的区别，并以哈汽 100 MW 机组调速系统为例，分析了两种试验由于试验条件不同造成的试验结果之间的误差。

关键词调速系统静态试验静止试验
1 正确认识两种概念
发电厂在汽轮机检修完毕后需要进行调速系统的特性试验，以检验其静态特性是否满足运行要求或与制造厂给出的特性曲线是否吻合。

目前一些现场试验人员对静态试验与静止试验概念的含义认识不清，或干脆将其混为一谈。

因此有必要将这两种试验在概念上加以澄清并正确认识这两种试验所得结果之间的差异。

调速系统的静态特性试验分为两种：一种称静态试验，即在汽轮机启动后，在一定的同步器位置下，改变机组转速，在稳态下测量转速、调速器位移(或脉动油压)、油动机行程以及调速系统其它相应参数之间的关系(这一过程又称为空负荷试验)，然后再通过带负荷试验测得油动机行程与负荷之间的关系，就可得到调速系统的静态特性线。

另一种称静止试验，是指在不开机的条件下，通过高压辅助油泵供给压力油和脉冲油，用人工模拟一个转速信号，测得各滑阀、油动机与转速信号之间的关系。

在调门的重叠度符合制造厂要求的条件下，可用制造厂提供的蒸汽流量-油动机行程(G-Z)曲线近似代替功率-油动机行程(N-Z)曲线，若不满足条件或要求更高的精度，就必须使用实测的 N-Z曲线，从而得出调速系统静态特性线。

对液压转速信号，可用压力校验台产生油压信号以代替转速感应信号。

对于机械转速信号，可人为制造一个调速器位移信号代替实际转速感应信号。

转速与转速感应信号之间的关系可由制造厂提供的曲线或现场实测的曲线来表示。

2 静止试验的特点
由于静止试验不用开机，无需等到汽轮机回装完毕和锅炉点火供汽，只需调速系统和供油系统安装完毕即可进行。

一旦发现调速系统存在缺陷可及时重新调整，对于结构比较复杂的部套由于不开机有时还便于架表测量。

如等到正式开机后在静态试验中发现缺陷时就可能需要将机组解体检查，牵涉到机组冷却、拆装保温等一系列问题，延误工期，造成很大损失。

静止试验比静态试验灵活性大，尤其在查找调速系统故障原因时更
是必不可少的手段。

因此现场应对这种试验方法充分重视，尽可能利用这种方法全面掌握调速系统的各项特性。

3 静止试验与静态试验的差异
尽管静止试验具有上述优点，但它不能够替代静态试验。

静态试验是在汽轮机真正运行状态下进行的，所得结果反映了调速系统的真实特性。

静止试验与静态试验的差异是：静止试验时供到脉冲油路前的压力油是由高压辅助油泵供给的，是一个定值，不符合真实运行条件。

由于这一差异，两种试验方法所得结果不同。

由于测量精度问题，这一差异可能表现得不明显，但试验人员对此应该有清楚的认识(现在有些进口机组不设同轴主油泵，运行时压力油由高压油泵供应，这一类的机组不在本文讨论范围之内)。

对不同类型的调速系统，这种差异表现不同。

一般的理论分析所采用的简化条件较多，其结论不一定适用于现场的实际情况。

现以哈尔滨汽轮机厂制造的N100-90/535 型机组为例简要分析这一差异对试验结果的影响。

该机组调速系统可简化为如下形式：
图1 调速系统简图
P 1——主油泵出口油压；P
x
——脉冲油压；P
2
——主油泵入口油压；——
油口；f
m ——油动机反馈滑阀进油口；f
t
——油动机断流滑阀下动态反馈
油口；f
n
——调速器滑阀组中3号调速器滑阀泄油口； ——转速上升
时各油口的变化方向
静态试验中，稳定工况下脉冲油路保持油量平衡：
(1)
式中μ
m
——油动机反馈滑阀进油口流量系数；
μt——断流滑阀动态反馈油口流量系数；
μn——3号滑阀泄油口流量系数(近似认为以上各流量系数为常数)；ρ——油的密度，认为油为不可压缩的流体，则ρ为常数。

对于这种类型的调速系统，在稳态下P
x ＝ P
1
/2，于是：
(2)
现将(1)式中的P
1和P
2
用一个不变的油压P
1
′和P
2
′替代(这是静
止试验的条件)。

现有一个功率变化ΔN，无论压力油为P
1，还是 P
1
′，
功率相同时，只要运行参数相同，油动机的行程是一样的，即f
m
是相同
的，而在稳态下断流滑阀的位置不变，因此 f
t
也是不变的。

设在压力油
为 P
1′时3号滑阀泄油的开度为 f
n
′，则 (2) 式变为：
(3)
分两种情况讨论主油泵入口油压变化：3.1 认为主油泵入口油压 P
2
不变
(2) 式除以(3) 式得：
(4)
由(4) 式可以看出，假定负荷减小ΔN，则因 n的上升，P
1＞P
1
′，
从而得出 (f
n ′)/(f
n
)＞1，f
n
′＞f
n
，这意味着在P
1
′不变的条件下，3
号滑阀泄油口的开度变化要更大一些，即对应于相同的ΔN，Δn′＞
Δn，静止试验的速度变动率δ′大于静态试验的速度变动率δ。

以上结论适用于主油泵入口油压基本不变的机组。

如果入口油压是变化的，且其变化幅度不能忽略，这就要采用下面的分析方法。

3.2 考虑主油泵入口油压的变化
(5)
功率减小ΔN，可分三种情况：
(1) 即转速上升时主油泵入口、进口油压比下降，则有。

静止试验得到的速度变动率δ′大于静态试验的速度变动率δ。

(2)即转速上升时主油泵入口、进口油压比不变，则有。

静止试验和静态试验得到的速度变动率是相同的。

(3)即转速上升时主油泵入口、进口油压比变大，则有。

静止试验得到的速度变动率δ′将小于静态试验的δ。

综上所述，汽轮机运行时，功率减小，使调速汽门关小，油动机反馈滑阀进油口开大。

由于转速的上升，静态试验时的 P
1
要增大一些，同
时脉冲油压 P
x 也将相应增大(静止试验时 P
1
′、P
x
′、P
2
′不变)，根据
脉冲油路的流量平衡，此时主油泵入口油压(即排油压力)的变化就决定
了 P
1与 P
1
′两种试验条件下3号滑阀泄油口开度变化的不同，即转速
变化量的不同，也就是决定了静止试验与静态试验的速度变动率的差别。

现场技术人员要认清实际机组静止试验与静态试验的差异，首先应
掌握 P
2/P
1
随转速变化的趋势，这种趋势是系统本身的特性决定的。

关
于两种试验结果之间的具体误差，理论上的推导比较繁琐，针对现场实际情况，可以通过具体的试验比较得出误差值，并用它作为以后试验的修正依据。

以某台 N100-90/535机组为例，该机投产时进行了调速系统的鉴定试验。

在现场条件下，转速信号的模拟只能用同步器滑阀(1号滑阀)代替2号滑阀来带动3号滑阀，由于2号滑阀正处于滑阀组连杆中点，所以将1号滑阀行程的一半代替2号滑阀行程即得调速器-油动机行程(X-Z)曲线。

另外，n-x曲线就采用静态试验下所得的实际曲线。

计算结果为：静态试验所得的δ等于3.63%，静止试验所得的δ′等于3.93%。

两种试验结果误差为0.3%，相对误差达8.3%，这已不算是一个小数值。

特性曲线见图2
图2 静止试验与静态试验特性曲线
---：静态试验；——：静止试验
4 小结
前面的分析是针对某一类型的调速系统的，对其它类型的调速系统，
有不同的分析方法和不同的结果。

通过分析及计算可知，静止试验虽然有很多优点，但其结果并不能准确反映真实情况，现场技术人员对此应有清醒的认识，为反映实际情况，对于静止试验的结果应进行必要的修正。

在对机组进行调试过程中，对调速系统的整定经常要参照制造厂给出的特性曲线，厂家在测定这些特性曲线时设备所处的静止工况与实际运行时的工况也是不同的，因此更应考虑到其中的差异。