【汽机专业】甩负荷识别/KU及LAW（修改补充、建议收藏）
文摘
教育
2024-06-21 09:09
江苏
文中难懂的内容请参考相关文章（链接如下）文章中修改补充部分已标红标黄，由于运行中极少出现KU及LAW，本文建议收藏研究。由于发电机发出的电能是通过电网输送给用户。因此在机组正常运行时，如果发电机出口开关或升压站的电网开关突然跳闸，或电网输电突然中断，都将引起汽轮发电机组甩负荷。由于此时汽轮机的输入能量远大于其输出能量，两者能量的不平衡必将引起汽轮机转速飞升。为了防止汽轮机超速，所有的DEH都设有防超速的安保系统。传统的以西屋机为代表的DEH系统一般都设有OPC回路，待汽轮机转速升至3090r/min引起OPC动作后，调门的EH油压泄去，调门快速关闭，从而达到防止汽轮机超速的目的。而西门子型DEH则采用与此完全不同的方式，它通过对机组甩负荷的识别，快关调门后，将机组从负荷控制切为转速控制，既预防了汽轮机超速，又能在转速稳定后，维持汽轮机空负荷或带厂用电运行。上汽甩负荷逻辑分为两种，一是瞬时负荷中断 KU（短甩），另一是 LAW（长甩），LAW（长甩）才是真正意义上的甩负荷。瞬时负荷中断 KU（短甩）保护的设计是用于电网负荷波动或甩部分负荷的情况下抑制汽机转速飞升。甩负荷识别功能页LAW把甩负荷分为两个阶段，第一阶段是瞬时负荷中断KU（所谓的短甩负荷），机组的功率信号出现以下情况，即可认为机组发生瞬时负荷中断KU：瞬时降低的负荷量超过甩负荷识别极限值GPLSP（约为70％462MW）若机组出力较低，此时瞬时降低的负荷量可能不会超过GPLSP，但同时满足以下四个条件（转速大于3018rpm）：B、负荷突降后负荷值低于两倍厂用电负荷的限值GP2E（66MW）C、负荷突降后负荷值高于逆功率限值GPNEG（-16.5MW）D、负荷设定值PSW－实际负荷PEL的差值高于（200MW）瞬时负荷中断信号KU马上发出一定时间后（2秒），机组负荷还是很低（发生KU的条件二依然满足），则发出甩负荷信号LAW。KU和LAW都送至转速/负荷调节器NPR，另外LAW还送至转速设定功能页。KU 动作后触发并不是直接触发调门快关，而是通过迅速撤出OSB 流量指令，触发调门快关逻辑。（即C20动作） 无论因何种原因（包括发电机出口开关或升压站电网开关跳闸）导致机组瞬时负荷中断，转速/负荷调节器NPR功能页中的C10开关量（负荷中断信号）都将置0，即C10＝0，导致NPR处于转速控制回路。此时的控制原理如下图。此时PI的输入端偏差：∆＝(转速设定值－NT)×K4－PEL。根据甩负荷前的控制方式，转速设定值回路略有不同，如果当时带负荷运行（LB＝1），C18＝0，则转速设定值＝NSV。NSV根据当时的机组功率又有所不同，若实际功率小于最小负荷时，NSV＝3006r/min（同期转速）；若大于最小负荷，NSV＝3000r/min。甩负荷前，如果机组不在带负荷运行方式（LB＝0），C18＝1，则转速设定值回路切至NNOM。总之，瞬时负荷中断后，转速/负荷调节器的转速控制回路起作用，转速设定值为额定转速NNOM或同期转速NSYNC。由于甩负荷，实际转速肯定会有所上升，因此PI调节器的输入偏差为负值，PI调节器在负偏差的作用下，输出快速减到零。而调门的阀位控制回路会作用使其快速关闭。在调节和硬件回路双管作用下，确保机组甩负荷后调门能迅速关闭，机组转速不超速。在负荷瞬时中断KU发出后，在甩负荷识别时间内，NPR回路不会发生任何切换，因此在甩负荷识别LAW发出前若KU信号消失，则C10＝1，NPR的控制回路切回原工况。所有的回路和设定值都不变。甩负荷信号LAW是负荷瞬时中断信号KU延时后发出的脉冲信号。因此甩负荷前期的DEH处理就是负荷瞬时中断后所做的处理。唯一的区别在于，甩负荷LAW认为负荷已中断不可能恢复，因此在甩负荷识别时间过后，发出甩负荷信号后，NPR调节器会发生切换，发出设置命令（SB＝1），NPR成为在转速调节器作用下的带负荷运行（LBNR＝1）。此时NPR调节器控制根据转速偏差换算得出的目标负荷与实际负荷的偏差。换言之，在电网故障消除后，DEH不会自动恢复到事故前工况，只能维持机组在KU后的状态。若机组未与电网解列，运行人员可以通过设定目标转速来改变机组出力。设高目标转速，升负荷，否则降出力。也可以在OM切换带负荷运行方式，将DEH切至在负荷调节器作用下带负荷运行（LBPR＝1），重新设置目标负荷来恢复机组出力。若机组已与电网解列，则机组带厂用电或空负荷运行。此时应该重新投入汽轮机自启动程控，再次并网。瞬时负荷中断 KU（短甩）条件满足时将触发RS 触发器的置位，同时经过150ms 延时后发出一个7s 的脉冲信号对 RS 触发器进行复位，即KU信号触发时间为150ms，且在复位后7秒内不会再次触发。KU触发后，无负荷中断信号 C10被复位，有效负荷设定 PS-PSW 被置为“0”，NPR（转速负荷控制器）回路在负偏差的作用下快速下降，DEH 系统流量指令快速降低，在快速降低过程中，高调中调门指令流量与反馈反算流量偏差小于 -0.25时，触发高调中调门流量快关保护信号 C20，C20信号触发高调中调门快关指令，将高调中调门跳闸电磁阀失电，调门快速关闭 。LAW（长甩）和瞬时负荷中断KU（短甩）的触发条件相同，2秒内触发条件不消失时将触发 LAW、即长甩， LAW（长甩）触发后，机组进入转速控制模式。2012年7月7日7时17分9秒，#2发电机功率从645MW突变为300MW，后又突变为662MW，触发DEH调门快关指令，高、中压调门迅速关到0，负荷降至-170MW。7时17分11秒触发汽轮机长甩负荷指令，DEH控制系统执行甩负荷工况时切至带负荷下的转速控制运行方式，此时负荷为-12MW。7时17分43秒“发变组第一套保护逆功率跳闸”保护动作，发电机保护动作触发汽轮机跳闸，锅炉MFT保护动作。DEH首出为“发电机保护动作”，MFT首出为“汽机跳闸”。7时17分9秒，#1发电机功率从644MW突变为300MW，又突变为658MW，触发DEH调门快关指令，高、中压调门迅速关到0，负荷降至-130MW。7时17分11秒调门快关信号消失调门开启，汽轮机负荷逐渐恢复，7时17分40秒达到644MW。- 7日7时17分9秒，2号主变高压侧B相电流突变启动，2号主变、发电机电流电压均有不同程度的波动。
- 7时17分18秒，逆功率保护报警动作（7时17分13秒逆功率保护启动）。
7日7时17分9秒，500KV系统B相接地，故障距离102.39公里。 B相电压从故障前的 60.58V降至36.2V(二次值）。- 7月7日 7时17分09秒225毫秒，2号主变后备保护启动；
- 7时17分09秒775毫秒，2号主变后备保护启动返回。
- 时17分18秒757毫秒，2号发电机逆功率保护告警，启动故障录波。
- 7时17分43秒745毫秒，2号发电机逆功率保护动作跳闸，
- 7时17分43秒745毫秒5021开关及5022开关跳闸。跳闸前发电机机有功功率-12.6MW。
随后，对2号机组分别送到DCS，DEH的功率变送器进行了通电检查，功率变送器显示值和实际值一致。逆功率保护定值：-0.5%；延时5秒告警，延时30秒跳闸。同时对逆功率保护装置及DEH装置进行了检查，均无异常，动作正确。电厂500kV系统接线方式：1、2号1000MW机组负荷经500kV线路送至XX变，XX变与XX变直接相连。经询问电网调度，2号机组跳闸前XX变电站500kV母线B相接地故障、母差保护动作跳闸，引起电厂500kV系统电压、电流瞬间波动，#2机输出功率变化，故障持续时间约50ms，2号主变高压侧B相电压从60.58V降至36.2V(二次值），B相电流从0.49A升至0.57A(二次值）。与电厂同样接入XX变的另外电厂500kV系统电压、电流瞬间也发生类似波动，故障录波器启动，波形图见。查#2机组DEH历史曲线DCS和DEH报警记录，7时17分9秒，发电机功率从645MW突变为300MW，又突变为662MW，造成汽轮机高调门指令与反馈偏差大于35%，触发DEH高、中压调门快关指令，高、中压调门迅速关到0，负荷降至-170MW，7时17分11秒590毫秒触发汽轮机长甩负荷指令（见以下说明），DEH控制系统切至带负荷下的转速控制运行方式，此时负荷为-12MW（见下图）7时17分43秒745毫秒“发变组第一套保护逆功率跳闸”保护动作，发电机保护动作触发汽轮机跳闸，锅炉MFT保护动作。查#1机组DEH历史曲线（如下）、DEH报警记录7时17分9秒，#1发电机功率从644MW突变为300MW，又突变为658MW，造成汽轮机高调门指令与反馈偏差大于35%，触发DEH调门快关指令，高、中压调门迅速关到0，负荷降至-130MW。7时17分11秒调门快关信号消失（当汽轮机高调门指令与反馈偏差不再大于35%后，延时0.5秒快关信号就消失），此时DEH系统仍处于负荷控制方式，其负荷控制器的设定值仍是644MW，所以调门开启，汽轮机负荷逐渐恢复，7时17分40秒达到644MW。DEH内甩负荷判断条件之一是单位时间内（一个扫描周期16ms）负荷变化率大于728MW。电气送至DEH三个功率信号4~20mA所对应量程为0~1309MW, DEH内部判断功率信号质坏为信号低于3.2mA或高于19.8mA。即DEH内有效最小功率值为（3.2-4）*1309/(20-4)=-65.45MW。由历史曲线可以看出电气功率信号最低降至-170MW,已经小于-65.45MW,DEH内部判断出最小有效负荷为-65.45MW。当时#2机组负荷为662.59MW,调门快关后负荷降至-170MW,取其有效值-65.45MW,即负荷变化率为662.59+65.45=728.04MW,达到728MW/周期甩负荷值。当时#1机组负荷为658MW,按此计算。负荷变化率为723MW/周期,未超过728MW/周期的甩负荷值。4.2.2、甩负荷限制值为单位时间(16ms)负荷变化率大于728MW的说明上汽厂自控中心回复：上汽出厂的所有机组出厂负荷变化率均按出厂最大负荷70%设置为甩负荷值，1040MW×70%=728MW。凡西门子超超临界机组都设置该自动控制逻辑。4.2.3、关于汽轮机高调门指令与反馈偏差大于35%的说明7时17分09秒503毫秒，发电机功率信号从643MW突然下降到300MW左右，负荷控制器检测到负荷下降经PID运算发开高调门指令，ADDFEM板件输出正电流，高调门由35.09%开至38.88%，7时17分09秒723毫秒负荷突变为662MW，此时高调门负荷控制器检测到负荷突升经PID运算发关高调门指令。此时ADDFEM板件应从正电流输出转变为负电流输出，伺服阀也应从进油开阀状态转变为排油关阀状态。由于负荷控制器运算周期为16ms，因此其反应速度相当快，在负荷突变时能正确输出开关阀门指令，但反馈回路有一定滞后，使调门指令与反馈出现偏差，当偏差大于35%时触发快关高调门与中调门信号。综合阀位指令控制器即“转速负荷控制器”运算周期为16ms，所以其指令变化很快，无速率限制。4.2.5、关于调门指令与反馈偏差大快关调门的说明- 高调门指令与反馈偏差大35%时，同时关闭同一侧高、中调门及补气阀。
4.2.6、关于DCS、DEH功率变送器及历史曲线的说明DCS侧有三个变送器，曲线图见附图12，DEH侧有三个变送器，曲线图见附图13。DEH功率信号历史数据采集周期为50ms，DCS功率信号历史数据采集周期为1000ms。因此数据精度不一样，同时DCS与DEH使用的是不同的控制系统曲线图无法整合到一块。甩负荷识别模件LAW把甩负荷分为两个阶段，第一阶段是瞬时负荷中断KU（所谓的短甩负荷），第二阶段是长甩负荷LAW。KU和LAW都送至转速/负荷控制器NPR，使转速/负荷控制器输出为零，暂时关闭调门，LAW还送到转速控制器。机组的功率信号出现下面二种情况之一，即认为机组发生瞬时负荷中断KU：1)一个周期16ms降低的负荷量超过甩负荷识别极限值728MW；- 实际负荷低于两倍厂用电负荷的限值GP2EB(104MW)
- 有效负荷设定值PSW－实际负荷PEL的差值大于两倍厂用电负荷的限值GP2EB。
短甩负荷KU延时2秒，如果功率信号在此甩负荷识别时间TLAW（2秒）范围内恢复，机组可以正常带负荷运行。但此次#2机组发生KU的条件2在2秒后依然满足，所以发出长甩负荷信号LAW，使DEH控制器切换至转速控制模式，在转速控制模式下维持汽轮机3000转/分运行。-12MW为转速控制方式下电气功率实际信号，没有特别意义。且转速控制模式下功率信号不参与调节。但此时发电机变成了电动机，从电网吸收有功，大于-5MW将启动发电机逆功率保护，延时30秒保护动作联跳汽轮机。
