汽轮机调速系统不稳定现象分析与对策_王永忠

汽轮机调速系统不稳定现象分析与对策

王永忠，李红，李彬，何晓峰，孙秋影

（石家庄东方热电股份有限公司新华热电分公司，河北石家庄050065）

摘要针对新华热电分公司50MW汽轮发电机组启动过程中调速系统不稳定现象进行分析，运用现代PID调节控制技术、及现场经验判断解决了汽轮机调速系统不稳定的问题，保证了机组的安全稳定运行。

关键词汽轮机调速系统转速不稳定PID调节

1前言

新华热电分公司2ˑ50MW汽轮发电机组是上海汽轮机厂制造的单缸、冲动、双抽汽凝汽式，具有二级调整抽汽型汽轮机，汽轮机转子临界转速：1423rpm，发电机转子临界转速：1730rpm。机组的控制系统采用FOXBOＲO公司的I/AS DEH系统。由于设计开发的局限性及现场工况的变化等因素，造成汽机调速系统在运行过程中出现不稳定及控制品质差的现象，影响机组的稳定运行。针对新华热电分公司50MW汽轮发电机组调速系统在启动冲车时出现的不稳定现象进行分析，阐述了造成机组调速系统不稳定的因素及解决方法，为汽轮机调速系统不稳定等问题提供理论支撑。

2调速系统工作原理

机组的控制系统采用FOXBOＲO公司的I/AS DEH系统，电调装置包括控制站、功放卡、I/O卡等，液压部分由电液转换器、流量放大器、自动主汽门油动机、高压油动机、中压油动机、低压油动机等部分组成。

调节系统按照转速、功率、抽汽压力设定值，对转速、功率、抽汽压力进行自动控制，也可以通过操作员手动进行控制。

机组启动采用自动主汽门控制方式，先将中、低压抽汽控制退出，电调装置输出的电流I1（高压油动机的电液转换器输出电流信号）、I2（中压油动机的电液转换器输出电流信号）、I3（低压油动机的电液转换器输出电流信号）均为最大值，电流I0（自动主汽门油动机的电液转换器输出电流信号）为最小值，高压、中压、低压油动机的控制油压Pe1、Pe2、Pe3为最大值，高压调节汽阀、中压、低压旋转隔板均在全开位置，自动主汽门油动机控制油压Pe0为最小值，自动主汽门行程在全关位置。

由运行人员给出转速设定值和升速率，并逐渐提高转速设定值，使电流I0、油压Pe0、逐渐增加，逐渐开启主汽门油动机和主汽门，控制机组升速和暖机。机组转速升至2950rpm时，进行阀切换，高压油动机控制高压调节汽阀逐渐关小，主汽门油动机控制主汽门开至全开位置，阀切完成。

3存在的问题

机组启动冲车过程中，出现冲车转速不稳定问题：在转速上升至目标值1200rpm前，实际转速在设定转速正负150rpm范围内波动，自动主汽门控制油压和行程产生波动现象；维持转速10min后，继续冲转，目标转速2300rpm，已过临界，汽轮机轴瓦振动及差胀均显示正常，实际转速在设定转速上、下100rpm 左右波动；保持转速10min后继续冲转到2950rpm，此时实际转速在2850到3020rpm之间频繁振荡，阀切后实际转速迅速升至OPC动作数值3090rpm，OPC 频繁动作，无法稳定转速，最后只能打闸停机。此外，在此次冲转时还发现机头转速表的转速存在丢转现象。

4原因分析及处理方法

4．1原因分析

a．在升速过程中，自动主汽门的控制油压波动造成进汽流量变化，直接影响转速的稳定，需做自动主汽门静态试验确认其特性曲线的迟缓率。

b．检查自动主汽门PID参数是否背离自动主汽门特性曲线，造成调节品质下降。

c．研究是否可以提前进行阀切，由高调门控制进汽量，稳定转速的效果比主汽门控制要好。

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4．2处理方法

4．2．1转速表丢转问题解决办法

机头转速表是一个很重要的监测点，根据二十五项反措要求和相关安全规定，机头转速表必须显示。热控人员对转速进行测量检查，发现探头电阻值过大，且输出电压不稳。处理思路：由于机组采用磁阻式转速探头，虽然同行业里没有转速并接的依据和案例，但输出信号理论上可以并联，故将数显表的信号线并接到ETS的转速探头上，即一个转速探头同时给两个数显表发送信号进行显示。实际操作之后，发现机头数显表和ETS数显表可以同时显示，且转速值与其他转速表转速值一致，试验成功。4．2．2自动主汽门静态试验

机组打闸停机后，针对自动主汽门重新进行了静态试验（试验数据详见附件1）。通过试验数据分析发现自动主汽门油动机迟缓率偏大，若彻底解决油动机迟缓率的问题，需对油动机进行解体，数据测算和返厂联调，公司并不具备处理油动机本体迟缓率的条件，为此对自动主汽门的伺服模块参数进行重新调整，改善自动主汽门迟缓率。

4．2．3自动主汽门PID参数调整

汽轮机调速系统中，自动主汽门控制为PID调节控制，由于控制器中积分作用的存在，达到稳态后，控制器的输入、输出信号比为零，系统为无差调节。由于采用电子器件来测量被调量，其响应时间短，可以认为传递函数为1；电液转换器，其动作响应时间，传递函数近似为1。

在汽轮机冲转过程中，被调参数除转速外，还有机械特征参数（调节量）：如控制油压，主汽流量等，由于机械部位的特征参数对调节的动态参数要求比转速PID低，

据实际经验，只要PID参数调整合适，通常能满足稳定性要求。而对自动主汽门调节过程而言，无需微分功能，仅采用比例—积分作用完全能达到良好的调节品质。主汽门控制系统方框图见图1

。图1汽车调速系统自动化主汽门控制方框图

系统中执行器为油动机，调节机构为自动主汽门，Wpi（s）为控制器的传递函数，Kz和Km分别为执行器及调节机构的特性系数，Wow（s）为被控对象的传递函数，Ｒh为测速机构的变送系数，Ig被控量的给定值信号，Ir汽轮机转速的反馈信号，It控制器输出的调节信号，μ为自动主汽门的阀门开度。PID控制器的输入和输出为比例—积分—微分关系，以传递函数的形式表示为：

D（s）=Kp［1+1/Ti*s+Td*s］=Kp+Ki/s+ Kd*s

式中：Ki=Kp/Ti为积分系数；

Kp为比例系数。

冲转过程中对主汽门进行PID参数整定，按实

（下转第39页）

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