中国动力工程学会98’全国火电厂熟工控制学术研讨会测功法甩负荷试验实践及分析 冯伟忠 (上海外高桥发电
厂)
【摘要】关于测功法甩负荷试验，我国尚处于探索阶段。本文介绍了外高桥发电厂{}4
机该项试验情况。对测功法和常规法两种试验进行了对比，分析了两者间的异同之处。
并对以往文献尚未述及的试验中出现的功率振荡现象进行了理论分析。 97年9月，外高桥发电厂#4机进行了测功法甩负荷试验。为对常规法和测功法进行比
较，仍进行了常规法的50％和10096甩负荷试验。这次试验与以往不同之处在于，常规法
的试验不单只是求取最高转速，而要求能精确的测得甩负荷后的转速飞升过程，从而能
较准确的求取转子的转动惯量，以使测功法的计算准确性得到保证。
l、试验简述
i．1试验方法外高桥4号机组为上海汽轮机厂和上海电机厂引进西屋技术生产的300姗单轴、双缸
双排汽，电液调速(D EH)及水氢氢汽轮发电机组。末级叶片为905r am，电调系统具有O PC
功能。本次测功法试验时，人为模拟“主开关跳闸”信号至嘲。由于OPt的作用，DEH
迅速关闭高、中压调门。在此同时，除测量和记录常规甩负荷试验有关的参数外，还记录 了发电机出口有功功率变化曲线。因试验前，已将OP C的作用时间设置值延长且不解除逆 功率保护，故调门关闭后来再开启，约13秒后，主开关跳阐，试验结束。
i．2试验仪器功率测量和记录的准确性、可靠性和尽可能小的惯性时闻常数，对试验结果的计算和
研判至关重要。为确保万无一穴，本次试验采取了双重手段。一回为常规方法，记录电量
变送嚣的出口电流(4～20m A)，该变送器型号为P AR—11232B型安装式功率变送器，精
度 0．2级。为尽可能减小惯性时间常数，再请制造厂作了局部改进。在基本满足纹波系
数要求的前提下，响应时间经测定达44ms。从实际使用效果来看较为理想。
功率测量的另一路为微机系统，直接测量发电机c T、PT电流、电压(包括相角差)，再间接计算功率曲线，该系统的采样频率达1800次／秒)，此方式的优点是几乎不存在惯性环节。从实际记录曲线来看，尚有干扰存在。但由于较容易剔除和处理，赦其记录结果仍很有价值。
为保证常规法转速飞升曲线记录的正确性。本次试验除仍沿用以往的常规方法(频率一
电压转换及磁带记录等)外，还专门定制了一套微机转速记录装置。该装置能高精度、高
速地记录转速飞升曲线。从实际使用情况来看，非常令人满意。在二次常规法试验中起到
了关键作用。
l。3数据处理和测量结果 1．3．i数据处理，为确保测量数据的真实性和处理结果的准确性，本次试验数据的处理、曲线的绘制等除公式由人工输入外，全部由计算机进行，以尽量避免人为因素。其中变送器输出电流经采样频率迭i000次／秒的计算机转换成数据系列后再进行处理。
1．3．2转动惯量的求取
注：表中“起始转速”为转动惯量计算取值点起始转速，和甩负荷初始转速略有不同。从二次常规法甩负荷所求得的转动惯量值非常接近，误差仅为1．1％。在实际应用(铡功法) 中，选用10096常规法试验所得之转动惯量值．
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中国动力工程学会 98’全国火电厂热工控制学术研讨会
负荷} 起始转速 最高转速
初始飞升速率 转动惯量公式
转动惯量 时间常数
(M 宵)
文史天地
(转／分)
(转／分)
旺Ⅱ尬t)
kg ，m ‘ (S) PO
147
3005．8
3062．5
149．3
29870
9．8268
r 疗、。 A n
I 刘‰i
303．4
3004．7 3168．3 311．74 同上 29537 9．71 73
2．测功法计算
肉鸭论坛2．1测功法功率积分值
2．i ．i 功率变送器记录值积分(最大值)
五
一1(max)=S 墨(t)dt 兰∑只(”)-Atl∞∞001s=1．68129x108 J(焦尔)
2．1_2计算机数采装置记录值积分(最大值)
礓南京四开电子企业有限公司
42(max)=fP2(t)dt 兰∑P2(”)·△flm=000Isd．6478×108
J(焦尔)
注：0上述积分值均采用计算机直接处理。
②此次测功法甩负荷初始负荷值恰为300姗，故不必作修正。 因功率变送器存在惯性环节。所得之值略偏大
是正常的。故选用计算机数采积分值如 作为以下超速计算用数据较为合理。
2．2测功法超速计算 为有利于技术分析，本次试验分别用基本公式。和I EC 估算公式。进行计算。另外，为便于 比较，将功率积分值折算成100％常规法甩负荷初始负荷值。
A ：=A2×桨=1．6665×108熊尔)
△∞，=
脬嘞
汪建设2．2．1用基本公式计算
或
缸。=J 警“飞=～1800^x1．6：695365，x10s 卅瞄．22珈％2娟e ．s
礁f 食
2．2．2用估算公式计算
△国．：生
或A n ：=筹=嚣嬲=1‘勘。71．3／t "J ／1
石2× 29537 ×3004．
2 分
致
，=—_——o=—r ——————一=．转／分
2．2．3误差计算
常规法超速值：
三部门明确防卫过当认定标准-108一
生里垫查三塑堂垒
一一塑竺逼型垡芝羔竖垄塑壁壁翌【照金一
5
164·1转／分
Ano=n 一一玎o=3168·3—3004·2
用基本公式误差△1=An l 一△雎o =166．6—164．1=+2．5转／分 用估算公式误差A2=A”2-Ano=171．3—164．I=+7．2转／分 另外，考虑最大可能误差，选用功率变送器记录积分值，并用估算公式计算，则可得
曲：诺90．A I ’30．_咝4：。
90x 硒1．681丽29x l 丽O 。x
3笋03．4玑7转／分
厶2=AH ：-Ano=174．7—164．1=+10·6转／分
丧凳篓霎亨奏豸蠹茎蓑鬻鲁羡毫羹荷所得平均值，并采用基本公式计算，可得：
作为参考，转动惯羞选用两次甩
负荷所得平均值，并采用基本公式计算t
J 一：毕：—295—37+-29870；297035姆．m2
I 】得：
一3004．2=163．9
A n l =
转／分
误差仅为AI=Anl-6no=163．9—164．1=”0·2转／分
3．1涮功法功率曲线记录的两种方式比较：燃梨雾鬓，蔗每妻手揪慈巍誊参警娑嚣
姜曩黧薪畿
3、测功法各有关曲线比较分析
妻蓑耋黧萋套麓燃慧蒜帮4正4m 端S 蕊鬻霖淼瓣嚣署篓鬏
功率变送器经改进
后的响应时间仅为
，
因而箕记录僵积分相珂儇爱仪力+z ％·Ⅻ米悬
O 彳：：；_吣一o ．5＼∥
1．5
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中国动力工程学会98’全国火电厂热工控制学术研讨会
由图可见，测功法换算
善l
飞升曲线和常规法曲
线并不相似，但在最高
譬|
值Wt近却能根接近，这
蛐里的原因主要是由于
测功法的试验曲线中
喜|出现了一个周期
图2
躺两种飞丹曲线比较
为0．7S的衰减振荡分
{蠢量，使得测功法之换算
飞升曲线出现了畸
姗变。丽衰减振荡分量对
0 2 25。宗盟曼黧恭磊
常规法基本吻台。另外，从图中还可以看出，用基本公式绘制的曲线比之用IE c公式绘制的曲线误差小。
3．3测功法功率曲线分析本次试验测得发电机出口功率曲线如下
(计算机数采值)：
蚕}该曲线和人们想象的有
蛹所不同，中间出现了显著的衰减振荡分量。为
娜
能对其进行定性和定量抛分析，笔者对微机所记啪录之功率曲线进行了数瑚
学分
图3发驰
电机出口功率曲线
析，得该曲线的拟合
啪
方程如下
o≤t<t o P(})=乓。∑Ⅲ，L0、J t o<t<t 口 f 一}
ct口叼‘卜u si丑(w(t-t口)+》+c2口邓。叫-’+c3e一坩。口’+c4f>f 说明t①第一时段；0≤t<t。：直线段。
②第二时段；tn<f<^：初始功率下降段，用多项式进行表达。宾果豆豆
⑧第三时段；t>t，；衰减振荡段。
④式中所有来知参数均已求出。
⑤该方程之曲线能和微机记录曲线几乎重合。对于第一、第二时段之曲线，人们
很容易理解，而第三段曲线则不易想象．
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中国动力工程学会98’全国火电厂热工控制学术研讨垒
对上述方程中该时段之表达式进一步分析可以看出，式中第二、第三项实际上是商压
缸和中低压缸的剩余蒸汽之作功衰减曲线。C，、C；为这二者的初值。而0、Y则分别
是这二个分量的衰减系数。
式中第四顶是空载损耗分量，在转速不变时，该值为常数。闯题是第一项这个衰减振
荡分量从何而来。在此期闻，高、中压调门关闭后再也没有开启过，当然也没出现过调速
系统的振荡。
3．4衰减振荡产生分析一经进一步分析，该振荡分量源于转子惯性力的存
在。
当同步发电机并网运行时，静予台成旋转磁场与转子合成旋转磁场间存在一相对夹角，即功率位移角6。两磁场间可以看作存在弹性耦台。负荷增加时，该位移角万增大，
相当于把磁力线拉长，同理，负荷减小时，位移角也减小，可看作将磁力线缩短。当负载
突然变化时，由于弹性的作用和转子转动惯量的存在，转子位移角6不能立即达到稳
定值，将引起振荡。在此期间，转子会围绕新平衡点时而加速，时而减速，并随着加、减
速
振幅的衰减，位移角逐步稳定予新的平衡点占。当发电机突然甩负荷时。新的目标平衡角
占=0，必然会出现较大振荡。
发电机功角方程为：
P：朋型s缸6
X5
式中：磁：相数
既：激磁电势
U：端电压
x．：同步电抗
占：功率角图
4同步电机振荡机械模型从方程中可见，当甩负荷(测功法)时，除功率角
占之外，其它参数都没有发生变化，故上式可表示为：P=户m。sin艿t亦
即在甩负荷的过渡过程中，主要
是占的变化，其目标值是o。在以上机械模型图中，转子R在汽轮机驱动转矩∑M，作用下，与电网s拉开一角度最，当突然撇去转矩>：M，时，转子R必然在弹性力的作用下被电网拉回。其夹角艿将不断缩小。然而，在原平衡位置时，两者间没有相对速度，当艿
减小时，转子将减速，亦即两者闻出现了相对速度。当艿=O时，功率平衡了。但转子与电
网间的相对速度达最大值，由于转子惯性力撒，的存在，将使其越过平衡点继续运动，直
至其相对速度能全部转为“弹性势能”。这时疋为负值。同理，发电机出口功率亦将出现
负值。不过因转子阻尼线圈或等效阻尼线圈的存在，这种振荡的振幅会不断襄减，直至最
后平衡。对于单极对转子。可用下述微分方程表述该运动。(推导过程略)
肠。!≥+硒。等+‰gin6=乞一只
￡盯
式中J：转子转动惯量∞：电网角速度
K；转子阻尼系数J：功率角
只。：比整步功率易：蒸汽驱动功率昂：空载损耗功率
