汽轮机甩负荷试验详解

机组正常运行中甩负荷的必要性

机组正常运行中甩负荷联锁的目的，首先是机组在带负荷工况下突然与电网解列，调节系统应能保证飞升转速低于超速保护动作转速，另外它应使过渡过程尽量短，能很快将转速维持在空转值以便快速并网接带负荷，这是机组和电网安全稳定运行的要求。但是，发电机甩负荷的原因是多方面的既包括外部线路故障，也包括发电机内部故障 (如断水、灭磁等 )，不可能也不应该在甩负荷故障原因未明的情况下盲目并网；而且查明事故原因，处理故障的时间不能保证，汽轮机长时间空转也会影响转子疲劳损耗，降低寿命；再者 ，甩负荷后为尽快接带负荷，要求锅炉维持燃烧，但单元制机组大都有炉跳机保护，在正常运行中突然甩负荷，锅炉汽包水位、压力及炉膛压力等剧烈变化，即使改动相关逻辑 ，在预先毫无防范下也很难维持燃烧，因此很多机组设计为甩负荷后全停 。

甩负荷试验应知道汽轮发电机转子平衡方程

MT-ML-MF=0

MF<<MT;    MF<<ML;    MT=ML;

J·dω/dt=MT-ML

MT---转子主力矩

ML---电磁阻力矩

MF---摩擦阻力矩

ω---转子角速度

甩负荷的类型

汽轮电机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。

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，则电机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，则电机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，即电机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，则电机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。

甩负荷事故的危害

运行中汽轮电机发电机组甩负荷，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

(2)甩负荷后对机组形成了一次较大的热冲击。

(3)甩负荷过程伴随着一次较大的机械冲击。

(4)甩负荷对汽轮电机发电机转子构成一次较大的扰动。

(5)甩负荷后还会形成压力容器超压运行，轻者引起安全阀启   跳，重者造成压力容器变形或爆破。

甩负荷试验概况 

汽轮机的调节系统，除了在运行过程中对外干扰应是稳定系统外，还要求在甩全负荷时（最危险工况）转速的动态超调量应小于规定值，即不超过危急保安器的动作转速。

在汽轮发电机组甩负荷的过程中，调节系统必须有效地控制转速飞升，不使危急保安器动作，维持空负荷稳定运行，是对气轮机调节系统动态特性的基本要求，其性能的优劣对机组和电网的安全运行有直接的影响。甩负荷试验有常规法和测功法。

甩负荷试验目的

a.汽轮发电机组的甩负荷联锁是汽轮机甩负荷后锅炉不灭火、汽轮机维持空转，以便机组快速并网接带负荷的重要手段，一般用甩负荷试验来考核

b.调节系统的稳定性,动态超调量,过渡过程调整时间等动态特性,通常通过甩负荷试验来考核,这是甩负荷试验最主要的目的

c.为实现快速并网接带负荷,要求锅炉不灭火维持燃烧,汽机维持空转,因此甩负荷试验也可检验主辅机的适应能力.

d.对于供热机组,还可以考验可调整抽汽逆止门的快速关闭及严密性.

建议甩负荷试验时注意以下问题:

a．对于甩负荷全停机组的试验目的只是为了考核动态特性,因此尽量维持锅炉燃烧.如果灭火,在不违反甩负荷规程要求的汽机进汽参数下,能够使过渡过程结束,维持空转则可以认为成功；

b．对于有甩负荷联锁的机组,做甩负荷试验时应尽量模拟正常运行工况,否则没有意义；

c．如果机组未进行甩负荷试验,必须改为甩负荷机组全停；

d．试验时，汽轮机的蒸汽参数、真空值为额定值，频率不高于50.2Hz，回热系统正常投入；

e．甩负荷后，调节系统动作尚未终止前，不应操作同步器降低转速，如转速升高到危机保安器动作转速，而保安器尚未动作，应手动危机保安器使机组停机。

常规法甩负荷试验

常规法甩负荷试验,又称甩电负荷试验。一般拟定甩负荷等级最少为2级：即甩50％、100％的额定负荷，有的还需增甩25％、75％的额定负荷，在发电机主开关突然断开，机组与电网解列，甩去全部负荷的情况下，记录曲线,测取汽轮机调节系统的动态特征参数，如：动态超调量，转速不等率，转速动静差比，转子加速度，转子时间常数，转子转动惯量，机组容积时间常数等。这种方法是考核汽轮机调节系统动态特性最直接的方法，也是较为成熟的方法，长期以来一直作为标准方法被广泛采用。一般首台新型机组或调节系统改造后的机组，必须用常规法进行甩负荷试验。这种方法适用于新机组的考核试验和新投产机组的验收试验。

试验方法

a.机组与电网解列，转速飞升，调节汽门关闭，记录汽轮机转速变化过渡过程

b.试验按甩50％，100％额定负荷两级进行

c.以转速飞升至转速稳定或转速飞升至危急保安器动作（不合格）为试验的终结

具体实例分析

（国产引进型 300 MW 机组无旁路甩负荷实验）

某厂1号机组进行甩 5O％负荷试验。试验负荷为151.7MW，真空为-94.5 kPa；OPC开始动作时间为22:34:26，转速甩前值为3001r/min转速最大值为 3120r/min (在OPC第3次动作时），转速稳定至 3003r／min时间为 22:40:05，整个过程历时6mins21S。

主要参数：   甩前值／甩后最大值

主蒸汽压力 :12.4OMPa／13.69MPa；

再热蒸汽压力：1.69 MPa／1.81 Mpa；

OPC动作次数为6次，高调门关闭1次,中调门关闭6次。

该厂1号机组进行甩100％负荷试验。试验负荷为306.53MW,真空为-96 kPa；OPC开始动作时间为O1:57:51,转速甩前值为3001 drain 转速最大值3239r/min(在OPC第2次动作时)；转速稳定至3004r/min，时间为 02:05:19 整个过程历时7mins28s。

主要参数：甩前值/甩后最大值

主蒸汽压力:16.26MPa/18.91MPa；

再热蒸汽压力:3.31MPa/3.64 MPa；

OPC动作次数为7次：高调门关闭 2次;中调门关闭7次。

为了降低最高飞升转速3239 r/min,对2号机组OPC动作程序中的转速定值进行修改如下:

甩负荷后，当转速上升到3090r/min时OPC动作,关闭高、中压调门，当转速下降到3000 drain并延时1S后开启中压调门，再热蒸汽通过中压调门泄压并同时提高汽轮机转速到3090r/min，OPC再一次动作,关闭中压调门,进入下一个动作循环。当再热蒸汽压力 P 低于 0.2 MPa、同时汽轮机转速低于3000 r/min这两个条件均满足时高压调门开启参加调节,稳定并维持机组转速在3000 r／min。

常规法甩负荷总结：

通过试验，发现甩负荷过程中影响最高飞升转速和中压调节汽阀(OPC)闭振荡次数的主要原因是OPC超速保护系统动作逻辑不合理，关键在于如何确定OPC超速保护系统动作中压调节汽门关闭后再次开启的转速定值和高压调节汽门再次开启时的转速定值及再热蒸汽压力P定值。

国产引进型3000MW无旁路机组甩负荷过程中影响最高飞升转速和中压调节汽阀(OPC)开闭振荡次数的其它因素还有：甩负荷前主蒸汽压力、再热蒸汽压力、真空以及中压调节汽门关闭时间等。

测功法甩负荷模拟常规法甩负荷运行工况，在机组不解列情况下，突然动作汽轮机超速保护装置，测取此后发电机有功功率的变化曲线，计算发电机输出电量，据此推算汽轮机组在常规情况下能够达到的最高转速。只要将推算转速和危急保安器动作转速进行比较，即可推断出调节系统的动态特性是否合格。

测功法原理分析

t0———超速保护控制(OPC)开始动作时的时间，s；

t———有功功率到零时的时间，s；

J———汽轮发电机转子转动惯量，kg·m2；

P———在t0～t时间内有功功率的平均值，W。

测功法甩负荷试验的方法:

a．手操或者遥控超速危机遮断器，迅速关闭主汽阀和调节阀，当机组出现逆功率时，联跳发电机主开关，机组与电网解列；

b．手操或者遥控超速保护装置，关闭调节汽阀和抽汽逆止阀，联调发电机主开关，关闭主汽阀，机组与电网解列；或即可恢复超速保护装置，控制机组空负荷运行，迅速接带负荷。

两种测功法甩负荷试验的区别：

两种试验方法的主要差别在于主汽阀的状态对有功功率衰减过程的影响。由于试验目的和要求的不同。在操作方法上亦有差异：方法a是在主汽阀、调节汽阀同时关闭的情况下进行的，适用于考核汽轮机调节系统故障情况下，危急保安器动作后的最高飞升转速；方法b与常规法的试验工况基本相同，适用于考核汽轮机调节系统动态特性。

具体实例分析

某电厂为东方汽轮机厂生产的引进型300 MW亚临界、一次中间再热、双缸双排汽凝汽式汽轮机，型号为N300－16．7／537／537。甩负荷前，机组运行状况为：负荷298．9 MW、主汽参数16．07 MPa／520．2℃，高、低压旁路充分疏水，电动给水泵与A汽动给水泵并列运行，高、低加全部投运，锅炉燃烧状态为4支油枪、17个火嘴，C，D2套制粉系统投运。OPC动作后，汽轮机做功迅速下降，后又在有害蒸汽容积作用下做功有所振荡。在整个试验过程中，汽轮机调节级温度变化为0.4℃／min，高压缸排汽温度变化为0.3℃／min，汽缸缸温变化最大的高压缸0.2℃／min；主汽压力从试验开始时的16.07 MPa上升至18.67 MPa，最后稳定在13MPa；主汽温由试验开始时的520．2℃最后升至530℃，最高稳定在515℃。以上机组数据变化均在制造厂规定的范围内。

根据录制的有功功率P过渡过程曲线及数据，汽轮机从OPC开始动作时的功率298．9 MW到功率为0，共做功185．68 MJ。

则推算出汽轮机最高飞升转速为:

Δn＝（30．42／21 778．78）×185 680＝259．35 r／min。

测功法甩负荷总结：

a．测功法提高了甩负荷试验的安全性。b．测功法试验可以采用不同的操作方法来满足不同的试验目的和要求。

c．试验可以不分级，直接进行甩全负荷试验，不用象常规法一样要分2级甚至于分4级才能完成，也可利用停机的机会来完成；为满足试验条件不需要采用过多的临时措施。

d．通过试验过程安全性分析可知，测功法与常规法试验相比，在安全和经济性方面更占有无可比拟的优越性，具有进一步推广应用的价值。

甩负荷试验失败的主要原因：

a.调门不能正常关闭，或者漏汽量大

b.调速系统的迟缓率过大，或者执行机构部件卡涩

c.调速系统的不等率过大

d.调试系统的动态特性不良

e.调速系统的调试整定不当

防止汽轮发电机组甩负荷的相应措施 ：

(1) 要严格按照工艺要求和标准对机组进行检修，确保调速系统静态特性符合设计要求，保证调速系统工作性能满足甩负荷的需要。

(2) 加强对油质的监督和管理，大小修中应对主油箱和油系统管道、附件进行彻底清理，以清除系统中残留的粒状杂质。运行中应调整好轴承箱负压和轴封供汽压力，避免油中的颗粒度和水分超标，同时也要加强对油样的跟踪化验，确保油质合乎要求。

(3) 运行中应按反事故措施的要求，定期进行自动主汽门和调速汽门的活动试验，保证自动主汽门和调速汽门动作灵活，无卡涩现象。

(4) 严禁汽轮机组处于高压油动机全开或过开状态下运行，以避免高压油动机卡涩而动作不灵活。

(5) 运行中要加强对液压调速系统部套油压的监视，如果一、二、三次脉动油压，油动机活塞上下油压等表计指示异常时，应及时分析处理。

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