测功法甩负荷试验及课题研究回顾

测功法甩负荷试验的课题研究回顾【摘要】回顾了外高桥发电厂测功法甩负荷试验课题研究的情况，对在这期间所遇到的一些问题及解决的过程进行了介绍。并谈了使试验取得成功的几点体会。【关键词】甩负荷测功法1、课题的由来从95年起，根据部领导的指示，大型汽轮发电机组在投产前，都要做甩负荷试验，而后，在第一版的基建达标考核办法中，将甩负荷试验作为重要的考核项目（5分），同时，电力部颁发了“汽轮机甩负荷试验导则（试行）”。由于进行常规法甩负荷试验存在一定的风险，且在机组基建阶段，各方面尚未稳定，进行甩负荷试验风险更大，广州电厂一台机组就曾发生险情在试验时超速至4000转/分以上，险些酿成重大事故。故这项工作的推动阻力很大，相当一部分的基层单位对开展这项工作的必要性认识不一。年月，为强化这项工作，电力部在基建达标考核办法的修订版中，进一步加大了对甩负荷试验的考核力度，将其列为否决条件（20分）。这样，各有关项目才纷纷开展了这一试验。年月日日，电力部在广州召开了“甩负荷试验研讨会”。在此会上，再一次强调了甩负荷试验的必要性，但相当部分基层与会者心存顾虑，事实上，部里早已注意到这一问题，故在此会议上，由电力部安生司高工房德明，简单介绍了国外已得到承认的“测功法甩负荷试验”,并表示拟在国内推广这一方法。由于该方法基本上没有风险，较之常规法相对比较简单，故与会者普遍表示关注并对此持欢迎态度，但考虑到我国这方面尚无成熟经验，除在年代中期曾在一台国产机组上做过一次试验外，基本上没有进一步开展这方面工作，为慎重起见，会议决定在国内5个项目上先试点进行这项试验，在总结经验的基础上，争取在年将此方法正式纳入规程。外高桥电厂号机组列为试点项目之一，后在电力部下发的“甩负荷试验研讨会纪要”中予以了明确。2、课题预研究及理论铺垫笔者当时代表上海电力局参加了广州会议并接受了此项任务。回沪后，中电联高工黄梦玲寄来了国际组织出版的关于“测功法甩负荷试验”的公式及简述，但表明该公式为估算公式（偏大）。当时，对于我们外高桥工程有关各方来说，对该项试验的概念可以说是一无所知，如果仅凭一个公式和简单介绍就进行试验，必然会问题重重，这显然是不合适的。对于一台300MW大型机组，进行一次重大试验，对于有关各方都非同小可，万一试验不成功或数据不完整，要重做一次谈何容易。作为试点单位，工作必须做得更细，应进行课题预研究并做好充分的前期技术准备。为此，对该试验法从基本原理出发，进行了深入的和系统的理论研究，对该试验的方法、计算公式、以及该方法与常规法的不同之处、由此产生的各项误差，如汽机工况变化、发电机工况变化、测量误差以及公式引用误差等逐一进行了定性和定量的分析。在做了大量研究的基础上，推导出了测功法甩负荷试验的理论公式，而后通过数学上的简化，导出了估算公式，继而再进一步从数学上证明了公式的理论误差。基于上述一系列的研究工作，笔者于年月初写成了测功法甩负荷试验原理分析（现已在华东电力发表）。在外高桥电厂的“测功法甩负荷试验讨论会”上向与会各单位（上电承包公司、二公司、调试所、中试所、电厂运行、检修、筹建处等）分发，并在会上就此进行了专题介绍，以期尽可能让参加试验的有关各方及相关人员对该试验做到心中有底。3、前期技术准备及相关问题研究事实上，技术准备工作并未完结，通过研究已发现，高响应速度的功率测量问题以及准确的转动惯量测取问题尚未解决。我厂采用的引进型功率变送器，精度较高（02级）。但标称响应速度为04秒，差得太远，但据调试所称他们新购的一套国产微机记录装置能通过CT、PT直接对电压，电流及功率进行在线测量，测量延迟可以忽略。但考虑到该装置的应用尚无成熟经验，如采取“独木桥”的方式，仅依靠其进行功率测量和记录则感到无把握（幸好没走“独木桥”，否则问题就多了），于是，再从变送器提高响应速度这一角度进一步做工作，根据对测功法试验原理的计算研究表明，可以放宽变送器的纹波系数指标。经与制造厂联系，能否减少变送器滤波环节和时间常数。制造厂试验结果当减少滤波电容容量至变送器输出纹波系数为满量程（标准为）时，响应时间为MS，完全能满足试验要求。在实际试验中，此变送器发挥了重要作用。另外一个重要问题是转子转动惯量准确值的测取问题，这是测功法试验可行的必要前提。因制造厂尚不能提供准确值，该值只能通过常规法甩负荷试验，测得转子转速的飞升过程，通过计算间接地求得。但是，从已完成的国内许多同类型机组的试验报告中可以看出，各项目试验后所计算求得的转动惯量值五花八门，最小和最大的值竞可相差一倍余，完全失去了可信度。而且，已完成的任何一个项目，其和甩负荷试验所求得的转动惯量值都不能吻合，这显然是不合理的。究其原因，主要是转速飞升过程测量手段不完善造成。根据试验要求，须求出在甩负荷起始后的仅数十毫秒内的升速率，这就要求测量记录装置即要快速反应，又要高精度（01转/分），而这两者恰又是转速测量中的一对矛盾。事实上，在广州研讨会上，也已提出这一问题。目前，无论是在线仪表还是试验仪器，且不论是国产还是进口仪器，均不能满足试验要求。如我厂机甩负荷试验所用仪器，上海调试所采用美国型测量记录装置配合在线系列转速测量转换装置进行记录，该系统实际响应速度太低，为01S/次，且误差为转/分。而中试所采用日本产频率电压转换器并配次/秒微机数采装置，该系统响应速度可行，但误差太大（9转/分），故试验结果极为牵强。为此，笔者对这一问题进行了研究分析，从理论上找出了现有系统测量原理上存在的缺陷，提出了一套解决方案，并请研究单位按此方案研制了二套测量记录装置（误差01转/分，响应速度MS）。从号机的二次（，）试验情况来看，效果极佳，起到了关键作用。不过问题并未到此为止。在试验记录曲线出来后，令人不可思议的是飞升曲线中出现了转速周期波动现象。为解释这一现象，又进行了深入的研究，找出了该现象产生的物理原因，进而再从数学上严格的加以证明。在此基础上，用数学方法对曲线进行了退耦，从而求出了精确的转子起始飞升速率，使转动惯量的计算迎刃而解。经校核，二次试验（，）所求得转子转动惯量值误差仅为11，完全能满足工程应用要求。在总结了转动惯量测取研究工作的基础上，整理写成了汽轮发电机组转子转动惯量测取探讨一文。并发表在98年动力工程第5期上。4、试验引出问题的研究年月日，外高桥电厂机成功的进行了测功法甩负荷试验，为确保万无一失，采用两套微机系统同时记录发电机CT、PT信号及功率变送器输出电流曲线。在对两功率曲线进行研读后，发现了两个问题第一，调试所微机采样系统记录的功率曲线（直接取至，）中存在许多干扰波，而且该曲线和中试所记录的功率变送器输出电流曲线不吻合，经仔细研判，发现是该采样系统记录的曲线，将功率信号的“负值”部分全部记录成了“正值”，当然这很容易解决，至于干扰波则更容易剔除。经处理后的该功率曲线，与变送器记录之功率曲线能很合理的吻合。第二个问题是功率曲线中出现了周期为07秒的衰减震荡，这使各方人士百思不得其解，再对照房德明，黄梦玲等的汽轮机测功法甩负荷试验（中国电力）一文，文中介绍国外发表的试验曲线及我国曾做过的一次试验曲线中也可看出这种现象，不过其波动与我们试验所记录之曲线相比，较缓一些。这些都已说明这是一个客观存在的现象。不过，这一现象是何原因造成，从已知的国内外文献均没有述及，包括这些试验结果（换算飞升曲线等），亦回避了这一问题。为能进一步分析，笔者将所记录功率曲线进行了严格的数学分析，求出了该曲线的数学表达式及式中的所有系数。用该表达式输入计算机后打出的曲线能和原始记录曲线高度吻合。观察这一表达式，很明显该式的四项中的三项存在着合理的物理解释，只有最后一个衰减振荡项难以说清。为解决这一问题，又从各个角度进行了研究，最后，从电机学出发找到了突破口，并物理上解释出了这一现象，在此基础上导出了甩负荷时的汽轮发电机功率微分方程。用计算机解此微分方程后，得到的曲线和实际曲线相同，从而使这一现象得到了严格的理论证明。另外，还要加以解释的是国外（前苏联）等发表的曲线为何振荡现象较缓。正巧97年十一月，因外高桥二期工程设备评标需要，我们考察了从俄罗斯进口的二个机组项目。对该国机组的情况有了较深入的了解，且发现其测量技术甚为落后。故随之对数学方程按不同的条件及测量惯性进行了计算，得到了与他们发表的曲线相同的结果。从而使这一问题找到了合理的答案。上述问题一一解决后，整理写成了测功法甩负荷试验实践及分析一文，并在98年中国电力第6期发表。98年6月，国家电力公司在山东济南召开了“测功法甩负荷试验研讨会”，在会上，许多单位介绍了试验的经验和体会。在会议最后，有关领导提出能否进一步对功率变送器的测量误差作出定量分析。带着这一问题以及会议中反映的相关问题，回沪后对其进行了系统的和深入的分析和计算，推导出了简洁的变送器惯性误差修正公式，采用该公式对记录数据进行修正，对于具有一阶惯性环节的变送器，理论上可将误差降至零。在此基础上，并结合试验的经验，又撰写了测功法甩负荷试验的功率测量及误差分析一文，介绍了测功法甩负荷试验中发电机功率测量、数据处理及积分计算的要点，对试验的计时零点及功率变送器等可能造成误差的有关因素进行了全面定量分析，提出了对策措施。此文刊于98年中国电力第10期5、一些体会这次外高桥发电厂4机组的测功法甩负荷试验，总的来说进行得较为成功，积累了许多宝贵的数据及经验，在技术上及理论上都取得了成果。回顾这一过程，有几个方面值得肯定、在对该试验原理等各方面尚未明了的情况下，花大力气进行课题预研究，对试验的原理、应用公式、需用仪器、误差控制等做到胸有成竹。、充分做好试验前的技术准备，对需要解决的关键仪器设备进行技术攻关。试验的技术和组织措施完善，参试人员了解试验原理，熟悉措施。、对关键参数，进行多重手段冗余检测和记录，并妥善保存原始数据，切实做到万无一失。、对试