汽轮发电机组甩负荷的原因分析及判断

汽轮发电机组甩负荷的原因分析及判断

作者：周汉斋

来源：《科学与财富》2017年第35期

摘要：汽轮发电机组甩负荷是一种相对严重的生产安全故障，如果处置不当，极易造成故障升级、危害增大，严重影响整个汽轮发电机组的安全稳定运行，甚至可能造成恶劣安全事故，本文从甩负荷的定义、分类、原因分析及防范措施等进行了研究和探讨。 关键词：汽轮发电机组；甩负荷；保护；超速 一、汽轮发电机组甩负荷的定义

所谓甩负荷事故是指汽轮发电机组突然卸掉全部或部分负荷的一种事故现象。对于汽轮发电机组而言，甩负荷分为两种1、汽轮机甩负荷；2、发电机甩负荷。无论哪种甩负荷事故的发生对汽轮发电机组的安全稳定运行影响很大，必须引起运行值班人员和有关人员的高度重视。对于我们运行人员而言，应该熟练掌握机组甩负荷的现象、原因最重要的就是掌握甩负荷后的事故处理，尽可能的减小事故损失。 二、汽轮发电机组甩负荷分类

如上文所提到的对于汽轮发电机组而言，甩负荷分为如下两类： （一）汽轮机甩负荷

汽机甩负荷指的是由于汽轮机发生调速系统故障或油动机故障致使汽机的主汽门或者调门关闭造成汽缸不进汽，使得发电机不对外做功，反而从电网吸收功率，机组转速维持额定转速，但容易造成汽机的低压缸鼓风摩擦过热，需要投入低压缸减温水。 （二）发电机甩负荷

发电机甩负荷指的是发电机出口开关突然跳闸和电网解列，此时机组转速超速，极有可能造成超速保护动作停机，甚至造成机组飞车的重大事故发生。（这是因为当发电机甩负荷时，线路负荷降低或为零，使发电机定子磁场相对转子磁阻力降低，同时，自动调节的励磁电流也下降，转子的激磁也就减弱，原动机负载减轻了，转速就相应提高），因此相比这两种甩负荷而言，发电机甩负荷的危险性比汽机甩负荷的危险性更大。 三、导致汽轮发电机组甩负荷的原因分析及判断

根据上文对汽轮发电机组甩负荷分类我们将其分为如下四小类进行分析：

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1.因供电输变线路突然跳闸，使机组负荷无法正常输出； 2.发电机保护动作，跳开发电机出口开关； 3.汽轮机保护动作，高中压自动主汽门突然关闭；

4.运行中某一自动主汽门、调速汽门或某一油动机突然关闭。

机组发生甩负荷时，运行值班人员要迅速判明甩负荷的原因，然后才能采取对应的措施进行处理，判断的方法主要有以下几种：

（1）当由电气原因（上述1，2种类型）造成机组甩负荷时，则发电机甩去全部或大部分负荷（仅剩下厂用电负荷），这时机组最显著的特征是转速升高，若汽轮机调速系统的动态特性不理想，就会造成汽轮机超速保护动作而停机。

（2）当由汽轮机保护动作（上述第3种类型）造成机组甩负荷时，则发电机组会甩去全部负荷，此时机组转速与甩负荷前相比基本不变。由于高中压自动主汽门的关闭，切断了进入汽轮机的所有蒸汽，此时机组得以维持稳定转速全靠电网的返送电，即发电机组变为电动机运行模式，称为逆功率运行（一般都有逆功率保护，主汽门关联跳油开关）

（3）当由于主汽门或调门突关（上述第4种类型）造成机组甩负荷时，则发电机组仅甩去部分负荷，机组转速保持不变。其甩负荷量视突然关闭的主调门的通流量，占机组当时进汽量的份额而定，同时也与主调门的类别有关 四、汽轮发电机组甩负荷的危害分析

1.造成机组超速。甩负荷是造成机组超速的主要因素，超速的结果往往会造成超速保护动作而停机，更有甚者还会轮机调速系统工作不正常造成汽轮发电机组因飞车而毁坏。 2.甩负荷后会在汽缸、转子表面产生严重的热应力。甩负荷后机组负荷发生了大幅度的变化，则进入汽轮机的蒸汽量随之而减小，由于调速汽门的节流作用，通过汽轮机通流部分的蒸汽温度将发生大幅度的降低，使汽缸、转子表面受到急剧冷却，致使其中产生很大的热应力。 3.导致定子电压过高。这主要是因为：在甩负荷的瞬间，发电机的磁链不能突变，在短暂的时间内维持暂态电动势，以实现大功率输送，而且原动机调速器和制动设备有惰性，甩负荷后不能立即受到调速效果，使发电机转速增加，频率升高。在甩负荷瞬间，电压上升，后因带厂用电负荷运行而使频率迅速下降，因此过励倍数大大升高，会遭受过励磁的侵害。其危害表现如下：铁心饱和后谐波磁通密度增大，使附加损耗加大，引起局部过热。定子铁心背部漏磁场的强度增强。背部漏磁场也是一交变磁场，在这一交变漏磁场中的定位筋，与定子绕组的线棒类似，将感应出电动势。相邻定位筋中的感应电动势存在相角差，并通过定子铁心构成闭

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路，流过电流。正常情况下，定子铁心背部精磁小，定位筋中的电动势也小，通过定位筋和铁心的电流比较小；但是，当出现过电压时，定子铁心背部漏磁急剧增加，从而使通过定位筋和铁心的电流急剧增加，在定位筋附近，电流密度很大，引起局部过热。电压越高，时间越长，引起的过热越严重，甚至会造成局部烧伤。如果定位筋和定子铁心接触不良，产生过电压后，在接触面上可能会出现火花放电，对于氢冷机组，这是十分不利的。

4.严重威胁厂用电电源的安全运行。在甩负荷瞬间，厂用电电压升高，严重威胁厂用电电源的安全运行，对设备的绝缘也造成一定的损害；当厂用电电压低于由交流电源供电的接触器的返回电压值时，交流接触器跳闸，从而使部分电动机跳闸，如疏水泵、定冷水泵、空氢侧交流密封油泵等等，这必将危及机组的安全停运；随着电压的进一步降低，电动机为了维持其出力不变，必然使电流增大，甚至超过额定值，从而导致电动机发热严重，对电动机的绝缘构成了严重威胁，留下永久的隐患；切换厂用电电源后，一些大功率电动机的自启动使得备用电源负荷大幅增加，从而加重了备用电源的负担。

此外，甩负荷后还会形成压力容器超压运行，轻者引起安全阀动作，重者造成压力容器变形或爆破。 五、防范措施

1.为发电机配置性能良好的励磁调节器或调压装置，使发电机突然甩负荷时能抑制容性电流对发电机的助磁电枢反应，从而防止过电压的产生和发展。同时也要为发电机配置反应灵敏的调速系统，使得突然甩负荷时能有效限制因发电机转速上升而造成的工频过电压。 2.要严格按照工艺要求和标准对机组进行检修，确保调速系统静态特性符合设计要求，保证调速系统工作性能满足甩负荷的需要。

3.运行中应调整好轴承箱负压和轴封供汽压力，避免油中的颗粒度和水分超标，同时要积极联系化学加强对油样的跟踪化验，确保油质合乎要求。

4.运行中坚持做主汽门、调门松动试验，加强对各主汽门、调门动作灵敏度进行监视，发现动作不灵敏要及时联系检修处理，同时就地加强对其门杆机构的巡查力度，防止发生门杆断裂现象的发生，确保各主汽门、调门动作灵活可靠。

5.机组大、小修后再启动时，确保主汽门、调门严密性试验的正常进行，确保试验结果真实可靠。

6.通过仿真机及现场培训，加强运行人员的业务技能，提高应对突发事故的处理能力，特别是在保护动作不正常或拒动时的处理能力。