防止功率振荡专业培训-轮机部分TJv07

广东电网公司电力科学研究院2014年06月广东电网并网机组防止机组功率振荡专业培训汇报人：谭金——轮机部分汇报提纲1、轮机专业检查依据2、汽轮机及调速系统功率振荡影响模式分析3、检查内容及材料提交要求4、检查情况总结检查依据1：1、轮机专业防止振荡检查依据《防止电力生产事故的二十五项重点要求》国能安全[2014]161号检查依据2：《南方电网并网机组防止功率振荡运行管理规定》中国南方电网检查依据3：《并网运行汽轮机调节系统技术监督导则》DL/T338-2010《火力发电厂汽轮机电液控制系统技术条件》DL/T996-2006检查依据4：《火力发电厂汽轮机控制系统验收测试规程》DL/T656-2006检查依据5：检查依据1：1、轮机专业防振荡检查依据《防止电力生产事故的二十五项重点要求》国能安全[2014]161号检查依据1（续）：1、轮机专业防振荡检查依据《防止电力生产事故的二十五项重点要求》国能安全[2014]161号检查依据2：1、轮机专业防振荡检查依据《南方电网并网机组防止功率振荡运行管理规定》中国南方电网检查依据2（续）：1、轮机专业防振荡检查依据《南方电网并网机组防止功率振荡运行管理规定》中国南方电网附录一与机组稳定性强相关的试验统计表检查依据3：1、轮机专业防振荡检查依据《并网运行汽轮机调节系统技术监督导则》DL/T338-2010《火力发电厂汽轮机电液控制系统技术条件》DL/T996-2006检查依据4：1、轮机专业防振荡检查依据《火力发电厂汽轮机电液控制系统技术条件》DL/T996-2006检查依据4（续）：1、轮机专业防振荡检查依据《火力发电厂汽轮机控制系统验收测试规程》DL/T656-20061、轮机专业防振荡检查依据检查依据5：2.1阀门流量特性对机组功率振荡的影响2、汽轮机及调速系统功率振荡影响模式3个图分别为：

流量需求→阀位指令关系F2(X)、调门开度→流量特性F1(X)、流量需求→调门流量关系F3(X)。其中F1(X)是调门和机组通流部分的固有物性，F2(X)是控制逻辑中的设定曲线，可近似认为F3(X)=F2*F1。

理想的情况下，F2应是F1的反函数，这样的话，F3是1:1的线性关系，也就是说，控制系统给定多少流量需求，机组调门就通过多少流量。F1(X)F2(X)F3(X)2.1阀门流量特性对机组功率振荡的影响（续）2、汽轮机及调速系统功率振荡影响模式某机组顺序阀时流量需求指令与流量输出特性曲线

机组阀门流量特性由于设计偏差、安装、检修、运行损耗等因素的影响会发生导致设置值与实际值的偏差。流量特性的偏差，通常会导致开环运行时实际功率与功率指令的偏离，闭环运行时则有可能引发功率振荡。应尽量保证阀门总指令-流量特性的关系接近线性，尽量避免局部斜率过大的现象发生（斜率过大的现象一般发生在单阀拐点或顺阀重叠区的部分）。否则在该阀门开度下，不容易达到调节的稳定。阀门重叠区域运行时，流量对调门开度过于敏感，调门很难稳定，容易造成汽轮机组输出功率发生振荡。某机组单阀时流量需求与阀位指令理想与设定曲线对比2.1阀门流量特性对机组功率振荡的影响（续）2、汽轮机及调速系统功率振荡影响模式流量需求-阀位指令曲线设置曲线和实际曲线对比

仿真分析为了便于分析阀门流量特性偏差故障的影响，简化进汽调阀的流量特性曲线为四段式分段函数曲线，如图所示。

图示的简化曲线反映了设置曲线和实际特性曲线在阀门流量特性拐点处（图中60%-90%流量需求段）的斜率变化差异。分别进行流量需求从92%阶跃-５%扰动和从58%阶跃+５%扰动的仿真。2.1阀门流量特性对机组功率振荡的影响（续）2、汽轮机及调速系统功率振荡影响模式从92%阶跃-５%扰动的仿真结果从58%阶跃+５%扰动的仿真结果图中曲线从上至下依次为：转子转速Wm，电功率Pe，功角delta，流量需求FlowDemand，调节汽阀开度ValvePosition2.2调速器参数设定不当2、汽轮机及调速系统功率振荡影响模式在汽轮机调节系统控制回路中，PI调节器（没有微分作用的PID调节器）应用最为广泛。在受到扰动时，设定不当的PI调节器的控制参数，容易造成调节系统的不稳定而引起执行机构(汽机调门)的晃动。上图所示为某一二阶系统在不同的PI参数设定下的阶跃响应过程。

从图中可以看到，PI控制器在设置了适当配合的比例和积分系数时，系统的输出能在快速响应和维持稳定这两者间取得平衡；若配合不当，或者可能出现响应过慢达不到迅速调节的要求，或者可能出现过调作用过强甚至出现振荡的情况。某二阶系统在不同的PI参数设定下的阶跃响应过程2.2调速器参数设定不当（续）2、汽轮机及调速系统功率振荡影响模式仿真分析（积分时间Ti=5，比例增益分别取Kp=1,2,3；在有功Pe的反馈回路上施加-1%幅值的负阶跃扰动。）参数不当仿真结果

Kp=1参数不当仿真结果

Kp=2参数不当仿真结果

Kp=32.3

调频增益过大（即转速不等率过小）2、汽轮机及调速系统功率振荡影响模式

转速不等率（也称速度变动率）是调节系统的一个重要指标参数。转速不等率的定义式为：

一方面，转速不等率反映了汽轮机由于负荷变化所引起的转速变化的大小，对转速不等率可以这样理解：汽轮机在正常运行时，当电网发生故障或汽轮发电机出口开关跳闸使汽轮机负荷甩到零，这时汽轮机的转速会出现动态飞升；转速飞升增量的最大值与额定转速的比值，可以认为就是转速不等率。

另一方面，转速不等率反映了发电机组参与一次调频，协助维持电力系统的功率负荷自平衡的能力。转速不等率数值越小参与一次调频越多，会造成机组运行不稳定，反之参与一次调频少，会影响电网的自平衡能力。

在系统仿真中用转速不等率的倒数，即调频增益（或者叫转速放大系数）

来反映转速不等率的影响，调频增益的定义式为：

K值越大，机组的一次调频贡献量越大，反之一次调频的贡献量越小。2.3

调频增益过大（即转速不等率过小）（续）2、汽轮机及调速系统功率振荡影响模式

常规机组的转速不等率通常设定为δ＝5%

，此时一次调频环节的增益K=20，调频曲线如下图中黑色曲线所示。不等率和调频增益为：为了一次调频考核达标，部分电厂会增加靠近死区侧一次调频曲线的局部调频增益（减小不等率）。以图中所示红色曲线为例进行简单说明。在2~3r/min的区间范围内（实际上由于电网容量较大，出现大范围的频率波动的可能性较小，因此大部分的频率波动都落在这个范围内）的不等率和调频增益为：在3~11

r/min的区间范围内的不等率和调频增益为：2.3

调频增益过大（即转速不等率过小）（续）2、汽轮机及调速系统功率振荡影响模式仿真分析：将调频不等率从=5%分别改为=2.5%,1.67%，即将调频增益从

从20分别改为40和60。然后在转速反馈上施加-0.001幅值的阶跃扰动调频增益仿真结果

K=20调频增益仿真结果

K=40调频增益仿真结果

K=602.4迟缓作用影响模式2、汽轮机及调速系统功率振荡影响模式

迟缓率是反映调节系统品质的另一重要指标。调节系统的迟缓率是指由于迟缓现象的存在，转速上行和下行静态特性曲线存在偏差，即：

机械液压式调速系统迟缓率过大，通常是调节部件的严重磨损、滑阀过封度过大等原因造成的；

数字电液型调速系统的迟缓率过大，则通常是电调控制器故障、伺服机构或执行机构故障等造成的。

迟缓率越大，说明调节汽门响应机组转速变化开始动作所需的时间越多；迟缓作用对于机组的运行有着很不利的影响，容易引起调门晃动和机组负荷的摆动。2.4

迟缓作用影响模式（续）2、汽轮机及调速系统功率振荡影响模式仿真分析：在调速系统模型中加入迟缓通路环节后，仿真结果显示，迟缓过大对系统稳定性的影响较大，转速、电功率和功角均迅速出现了周期性等幅振荡。迟缓作用仿真结果

3.1阀门流量特性检查项目分析材料提交要求：1、阀门流量管理逻辑中各函数具体参数；2、应提供阀门流量特性试验报告，否则无法评估阀门流量特性偏差程度；3、实际运行时阀门流量特性与设定值的对应关系。3、轮机专业检查内容及材料提交要求3.2阀门活动与阀切换试验检查项目分析材料提交要求：1、阀门活动试验中阀门流量的计算及逻辑、参数；2、实际阀门活动试验时各参数波动情况分析；3、单顺阀切换逻辑及参数；4、单顺阀切换试验时各参数波动情况分析；3、检查内容及材料提交要求3.3调速器静态测试参数检查项目分析材料提交要求：1、汽轮机调门迟缓率，应从调速系统静态试验结果获取；2、阀门定位调节品质及参数，指的是在静态阀门整定时，在某一稳定开度指令下调门开度的稳定程度和偏差情况；3、调节汽门关闭时间，按最近一次开机前的静态汽门关闭时间测试数据提供。3、检查内容及材料提交要求3.3调速器静态测试参数检查项目分析（续）阀门定位调节品质及参数，指的是在GV静态阀门整定时，在某一稳定开度指令下调门开度的稳定程度和偏差情况；例如下图为某厂GV静态整定记录：3、检查内容及材料提交要求3.3调速器静态测试参数检查项目分析材料提交要求：1、汽门开启、关闭时间常数，可以从调速系统参数实测报告中获取；2、开启、关闭速率限制，可以从控制逻辑中查得；3、电液转换器PID参数，应从伺服卡的预设参数中获取。3、检查内容及材料提交要求4、检查情况总结各电厂很多项目未提供数据（空白/填写了类似“正常”之类表述的自评），或只提供了部分数据，或提交了不符合要求的数据。表中“待评估”是指机组未做过阀门流量特性测试，也未提供相关的DEH开环控制运行时的功率偏差数据，无法进行阀门流量特性是否合理的评估。“无此项”是指机组无此项功能或表格项目与机组类型不匹配。“不合理”是指提交数