汽轮机单阀-顺序阀切换造成电力系统振荡分析

汽轮机单阀-顺序阀切换造成电力系统振荡分析

史海涛

（云南能投威信能源有限公司云南昭通657903）

摘要：本文详细介绍了电力系统振荡，同时通过实例介绍了汽轮机单阀-顺序阀切换容易诱发电力系统振荡问题，进而寻找产生振荡的原因，同时给出切实可行的解决措施。希望能够为业界人士提供有价值的参考，进而有效解决汽轮机运行过程中单阀-顺序阀切换引起的电力系统振荡问题。

关键词：单阀-顺序阀切换；电力系统；振荡

前言：现阶段，中国一直主张和提倡使用电能，因为电能属于清洁型能源，适合大范围推广和使用，并为中国的经济发展做出突出贡献。具体实施过程中，需要保证所供电能的质量能够达到客户的实际需求。虽然目前有许多发电方式，但仍以火电和水电为主。目前，火力发电主要依靠燃烧煤燃烧发电。

1.电力系统振荡概述

所谓的电力系统振荡是指电力系统中一个或多个电磁参数随时间的推移而发生变化。传输线的传输功率超过最大允许功率值，这又破坏了电路系统的静态稳定性，这就是电力系统出现振荡的根本原因。一旦电网发生短路，就不可避免地要拆除大容量发电，输电和变电站设备。一旦发生负荷瞬间变大的情况，难免会破坏电力系统的暂态稳定性。电源之间的异步合闸没有进入同步状态势必会造成很多影响，轻则造成机械设备无法在额定条件下进行正常工作或系统保护故障，严重的会造成系统崩溃。

2.单阀-顺序阀切换

顺序阀：机组稳定运行时，宜用喷嘴调节方式，即高压调节阀顺序开启，尽量减少处于节流状态下的高压调节阀，从而提高热效率；

单阀：在启动过程中，为保证机组全周进汽，减小热应力，宜采用节流调节方式，即所有高压调节阀同步开关。

混合方式：综合单阀和顺序阀的优劣势，从而诞生出一种混合阀运行方式，即在机组整个启动过程中，高压调节阀同时动作，保证了全周进汽，但在逐步的汽轮机提转速和升负荷阶段，四个高压调节阀动作幅度不一样，#1高调门开度最小，#4高调门开度最大，以减少节流损失。

在单阀方式下，单阀系数为1。当操作员发出转到顺序阀方式的指令后，单阀系数用10分钟时间，由1变到0，最后保持为0，即为顺序阀方式。经过反复试验及参数对比发现，通常在机组负荷小于30%时，采用单阀方式，安全稳定性、经济性较好。为避免转换时可能产生的负荷波动，应投入负荷反馈（可以为ccs方式）。当满足下列条件时，可进行单阀到顺序阀之间的转换：

A、并网后；

B、阀门未在进行活动试验或校验

3.切换操作：

在单阀控制方式下，按下“阀序切换”的“顺序阀”按钮，从单阀方式切换到顺序阀方式，顺序阀系数（占比）由0%变化到100%。

若在顺序阀控制方式下，可按下“阀序切换”的“单阀”按钮，从顺序阀方式切换到单阀方式，单阀系数（占比）由0%变化到100%。

在正常过程时阀门配汽方式的转换需要10min。

为维持负荷稳定，在转换期间，通常应投入机炉协调运行方式，负荷变化率为5MW/min。

阀序切换过程中，需注意汽轮机轴承温度、振动等参数的变化，发现任何参数异常，随时可以反切。

当下列条件产生时，将终止阀门配汽方式的转换：

a、汽机打闸。

b、机组脱网。

1）长时间顺序阀运行时，定期开启导汽管的疏水，避免阀门未开的导汽管由于死汽导致温度下降；

2）机组启动后，阀序切换建议在助燃油退出后，负荷360MW以上，切换期间维持燃烧稳定，避免与其他操作同时进行。

4单阀顺序阀之间的转换引起了功率波动

4.1阀门流量曲线

在阀门进行转换时，如果一部分阀门关小和一部分阀门开大是同时进行的，并且关小阀门减小的流量相当于大阀的增加的流量，阀门转换期间不会出现蒸汽流量改变，并且汽轮发电机组在稳定的负载下运行是不会对电网造成干扰。但是，在阀门转换期间，每个阀门的开大关小操作是由制造商提供流量曲线决定的，每组阀门的流量特性都有变化。如果阀门的流量特性曲线与阀门的实际流量特性不匹配，则在阀门切换过程中，在相同的负载指令下，蒸汽流量会有所不同，这可能导致汽轮机组的负载波动。

4.2切换期间的蒸汽参数变化

当执行阀转换操作时，一旦主蒸汽的压力超过设定的允许范围，而机组负荷不变，就会造成调节阀开启位置变小。此时，阀位置较小范围的波动，都会导致负载的波动增大。另外，主蒸汽压力大，很容易诱发流动特性曲线与实际流速之间出现严重偏差，进而增大负载的波动。

4.3阀门转换时间

如今，在中国大多数火电机组中，完成单阀--顺序阀切换通常需要5到10min。如果切换时间过短，流量在相同时间内变化过大，高压调节阀动作速度快速增大，这样，很容易引发电力系统负载波动。

5.抑制单阀-顺序阀切换过程负荷波动的方法

5.1测定机组实际流量特性曲线

阀门转换过程中发生装置负荷波动的根本原因是流量特性曲线与实际流量之间存在很大差异，而且这也是不可避免的。如果要在阀门切换过程中有效避免和减少汽轮机组的波动，可以通过已安装的汽轮机组的阀门测试获得调节阀的升降流量特性曲线，从而取得顺序阀最佳控制重叠度，然后根据测试数据优化阀门管理程序中的阀门流量特性和重叠度等。

5.2控制方法和参数选择必须选择适当

在汽轮机组运行期间，可以利用以下方式控制机组负载波动：（1）利用功率回路控制；（2）稳定调节级压力。在阀门切换过程中，应稳定蒸汽参数，采用这种操作方式，使整个机组均受控制。当参数变化很小时，调门波幅减小，就不会轻易引起大的负载波动。

5.3结合实际情况选择适合的切换时间

当进行汽轮机组的单阀-顺序阀转换时，如果适当地延长阀的切换时间，则在系统的每个控制周期中，阀的变化和负载的波动会变小。此外，延长了转换时间，电源电路的调节和调节级压力使负载扰动更小，它可以有效地消除阀门切换时单位负荷的大幅波动。

5.4操作方式

当汽轮机从单阀门转换为顺序阀门时，所使用的控制系统不仅包括输入协调控制，还包括输入功率回路和调节级压力回路。输入协调控制是控制阀门的位置并控制阀门的开度，以调节机组的功率和单位前面的压力。这种调节方法交替产生阀的流量特性曲线和实际流量特性之间的差异，这可能引起干扰。当阀门在输入功率回路和调节器级压力回路之间切换时，可以稳定流量值。即使阀门的流量特性曲线与事实不符，由于调节级的电源电路和压力回路具有自动校正功能，因此流量值将保持稳定，并且功率可以快速恢复到稳定。通过此控制模式切换运行方式，不会导致更多的功率振荡。

结束语：

总之，现阶段，电能是应用范围最广，对我国社会的稳定发展具有重要作用的能源。电力企业需要做好电力供应，尤其是必须保证电能的质量。为了对中国的经济社会建设做出更大的贡献，必须采取正确的方法来解决汽轮机生产过程中的负荷波动问题。

参考文献：

[1]汪涛，王向群.700MW机组汽轮机单阀切顺序阀优化分析[J].制造业自动化，2010，04：116-119.

[2]盛锴，刘复平，刘武林.汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制策略[J].电力系统自动化，2012，07：104-109.