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。在汽輪機調速系統(tǒng)靜態(tài)特性試驗的基礎上，分析總結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，以及影響調速系統(tǒng)金屬管浮子流量計的因素。

關于汽輪機調速系統(tǒng)的金屬管浮子流量計目前已有一些學者對其進行了探索分析，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節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性測試方法［3］;文獻 ［4］ 分析了汽輪機側引發(fā)電網(wǎng)低頻振蕩的原因; 劉全社分析討論了調速系統(tǒng)的金屬管浮子流量計和遲緩率［5］; 文獻 ［6］ 介紹了汽輪機調節(jié)系統(tǒng)對電網(wǎng)頻率的調節(jié)功能。

本文以國電某百萬千瓦機組調速系統(tǒng)的靜態(tài)特性試 驗 為 基 礎，分析了調速系統(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速系統(tǒng)速度 變動率的因 素。對調速系統(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) 一次調頻提供參考。

1 調速系統(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速系統(tǒng)檢修后的機組，在啟動前應該進行相應靜態(tài)特性試驗，其中包括汽輪機調速系統(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，解除一次調頻邏輯死區(qū)和限幅，通過 DEH 端子柜將機組轉速設定為 3000 r/min，模擬機組并網(wǎng)運行狀態(tài)，同時將機組負荷設定為 1000 MW或閥位指令 100%，然后將轉速的模擬信號由 3000 r/min 緩慢上升，模擬機組頻率與電網(wǎng)頻率產(chǎn)生偏差，機組在一次調頻作用下閥門逐漸全關。根據(jù)轉速不等率公式 δ = Δn /n0 × 100%，得到機組轉速不等率 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速系統(tǒng)的重要參數(shù)，其取值對機組一次調頻以及機組安全穩(wěn)定運行有著重要影響。跟金屬管浮子流量計關系非常直接的就是當電力系統(tǒng)出現(xiàn)功率不平衡時所引起的各并網(wǎng)機組之間的一次調頻。當電力系統(tǒng)出現(xiàn)功率不平衡時，每臺參與調頻的并網(wǎng)機組都會根據(jù)頻率偏差去調節(jié)閥門開度，抑制由于功率不平衡引起的頻率波動。當機組頻率波動時，每臺機組主蒸汽調節(jié)閥的調節(jié)量不相同，即每臺機組有功功率的調節(jié)量不同，其取值主要根據(jù)調速系統(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，機組有功功率的調節(jié)量越小，該機組對電網(wǎng)一次調頻的貢獻越小; 反之，金屬管浮子流量計越小，電網(wǎng)在同樣頻率波動下，機組有功功率的調節(jié)量越大，該機組對電網(wǎng)一次調頻的貢獻越大。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置的相對較大。

跟金屬管浮子流量計有直接關系的還有機組穩(wěn)定性。在機組一次調頻投入狀態(tài)下，當電網(wǎng)頻率小幅值波動時，如果調速系統(tǒng)金屬管浮子流量計較小，即調速系統(tǒng)轉差系數(shù)較大，機組有功功率變化較大，容易引起機組負荷較大波動，特別是機組處于低負荷工況下，會引起主蒸汽調節(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)生較大熱應力，嚴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，可在低負荷階段、高負荷階段相應提高機組金屬管浮子流量計，中間負荷適當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荷的情況下，金屬管浮子流量計與轉速的動態(tài)超調量有關。機組調速系統(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荷，機組轉速在超過額定轉速時，機組主蒸汽調節(jié)閥迅速做出反應，在轉速升高不多情況下，機組主蒸汽調節(jié)閥開度降至全關狀態(tài)，保證了機組轉速不至于超速太多引起機組超速保護動作; 反之，如果汽輪機調速系統(tǒng)金屬管浮子流量計過大，當電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障或機組突然甩負荷時，主蒸汽調節(jié)閥則在轉速超速較多的情況下達到全關狀態(tài)，這時由于機組慣性，機組轉速會繼續(xù)升高一段時間，很有可能造成機組超速保護動作。因此，為了防止電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障或機組突然甩負荷引起機組轉速動態(tài)超調量過大，調速系統(tǒng)金屬管浮子流量計不宜取值較大。

3 影響調速系統(tǒng)金屬管浮子流量計的因素

由于調速系統(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。金屬管浮子流量計作為調速系統(tǒng)主要參數(shù)，其取值與機組調速系統(tǒng)分不開，總結起來主要有以下幾個因素。

a. 中國華電集團公司某發(fā)電廠曾經(jīng)因為調速系統(tǒng)局部金屬管浮子流量計過小而導致機組負荷波動較大，嚴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節(jié)閥開啟順序導致局部金屬管浮子流量計過小，該機組在負荷大于機組 60%負荷以上時，機組 5 個主蒸汽調節(jié)閥同時進行調節(jié)，這樣油動機少許波動就會引起 5 個閥門同時動作，從而引起機組負荷波動較大。后來該機組通過調整閥門的開啟順序，使問題得到了初步改善。

b. 調節(jié)系統(tǒng)主要由轉速變送器、電液伺服閥以及執(zhí)行機構組成，每個部件不穩(wěn)定或運行不正常，都造成調速系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。電液伺服閥作為調速系統(tǒng)液壓放大機構，接受汽輪機調節(jié)控制系統(tǒng)送來的電信號，將電信號轉換成液壓信號，來控制油動機活塞上下腔室的進回油，其中滑閥屬于自動就中滑閥結構，在系統(tǒng)中處于相當重要位置，對油質要求很高，如果油質惡化或者太臟，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。

在描述調節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性時，除功率以外，轉速、油壓及位移等均為非電量參數(shù)，必須經(jīng)過變送器轉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)以及響應速度都對機組金屬管浮子流量計產(chǎn)生影響。

4 結束語

機組安全穩(wěn)定運行與調速系統(tǒng)金屬管浮子流量計有直接關系，根據(jù)機組特性設定合理金屬管浮子流量計，金屬管浮子流量計一般取 4% ～6%，對于調頻機組可適當設定小一點，以便更好調節(jié)電力系統(tǒng)頻率; 對于高效機組可根據(jù)需要設定相對大一些以減少負荷波動，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行分析檢查，保證機組調速系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。