李玉娟，張士龍，任冬梅，付洪波

（1.哈爾濱熱電有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150046；2.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

基于汽輪機(jī)閥門關(guān)閉時(shí)間測(cè)試試驗(yàn)和一元線性回歸分析法的超大型機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

李玉娟1，張士龍2，任冬梅1，付洪波1

（1.哈爾濱熱電有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150046；2.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

提出一種基于汽輪機(jī)閥門關(guān)閉時(shí)間測(cè)試試驗(yàn)和一元線性回歸分析法的超大型機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,屬于透平發(fā)電機(jī)組技術(shù)領(lǐng)域。開(kāi)展了使用高頻錄波儀測(cè)試汽輪機(jī)閥門關(guān)閉時(shí)間參數(shù)、測(cè)試汽輪機(jī)的DEH、TSI、ETS等測(cè)點(diǎn)的信號(hào)傳輸?shù)紸ST電磁閥的時(shí)間等工作,通過(guò)對(duì)目前使用的各種負(fù)荷等級(jí)機(jī)組的測(cè)試結(jié)果采用一元線性回歸分析法,預(yù)測(cè)未來(lái)更大蒸汽流量、更大主蒸汽壓力、更大負(fù)荷機(jī)組的閥門關(guān)閉時(shí)間是否滿足要求,完成機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決策，分析是否需要更多的閥門數(shù)量以減少閥門行程，達(dá)到防止在各種打閘方式下機(jī)組超速的目的。

超大型機(jī)組；汽輪機(jī)閥門關(guān)閉時(shí)間；一元線性回歸分析法

0 引言

目前，超大型超超臨界機(jī)組已經(jīng)成為電力行業(yè)電源側(cè)國(guó)家審批的未來(lái)發(fā)展方向，所以完善超大型機(jī)組的設(shè)計(jì)有重要的意義。

閥門關(guān)閉時(shí)間是透平機(jī)組的一個(gè)重要參數(shù),不論在機(jī)組的設(shè)計(jì)中還是在汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí),都要求閥門關(guān)閉時(shí)間有一個(gè)合格值。閥門關(guān)閉時(shí)間對(duì)汽輪機(jī)的超速影響權(quán)重較大。

1 技術(shù)背景

《DL/T 824-2002 汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能驗(yàn)收導(dǎo)則》[1]對(duì)汽輪機(jī)各個(gè)主汽閥門和調(diào)節(jié)閥門的關(guān)閉時(shí)間做了嚴(yán)格規(guī)定，并且未來(lái)設(shè)計(jì)的機(jī)組對(duì)這個(gè)規(guī)定的時(shí)間會(huì)更嚴(yán)格。確立汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)關(guān)時(shí)間的合格標(biāo)準(zhǔn)十分必要，調(diào)節(jié)閥正常關(guān)閉時(shí)間與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速飛升存在定量關(guān)系。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《固定式發(fā)電用汽輪機(jī)規(guī)范》（GBT5578）[2]明確指出，設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)器和蒸汽閥門的操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)做到，在額定參數(shù)或規(guī)定的非正常工況下，即使甩去能達(dá)到的最大負(fù)荷的任何負(fù)荷，都不應(yīng)引起能導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘的瞬時(shí)超速。建立汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)關(guān)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)，可以使汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行有據(jù)可依，減少油動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中的隨意性，最大程度的避免汽輪機(jī)超速等惡性事故的發(fā)生。

由于早期的技術(shù)水平所限和投資的控制,閥門關(guān)閉時(shí)間的測(cè)量只用于機(jī)組的靜態(tài)測(cè)試。

2 理論模型

所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種設(shè)計(jì)合理、經(jīng)濟(jì)投資小、預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、計(jì)算方法容易實(shí)現(xiàn)的一種超大型機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)研究的方法。

解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：使用高頻錄波儀測(cè)試汽輪機(jī)閥門關(guān)閉時(shí)間參數(shù)、測(cè)試汽輪機(jī)的DEH、TSI、ETS等各系統(tǒng)的用于跳閘的測(cè)點(diǎn)的信號(hào)由測(cè)點(diǎn)傳輸?shù)紸ST電磁閥的時(shí)間、遙控跳閘到閥門開(kāi)始關(guān)閉的延遲時(shí)間、閥門在無(wú)蒸汽狀態(tài)下克服油缸摩擦阻力關(guān)閉的時(shí)間、有蒸汽狀態(tài)下同一蒸汽流量下微升微降主蒸汽壓力分別測(cè)量的閥門關(guān)閉時(shí)間、有蒸汽狀態(tài)下同一主蒸汽壓力下調(diào)整主蒸汽流量分別測(cè)量的閥門關(guān)閉時(shí)間等試驗(yàn)結(jié)果,可以通過(guò)對(duì)目前使用的各種負(fù)荷等級(jí)的機(jī)組的測(cè)試結(jié)果計(jì)算出機(jī)組無(wú)蒸汽狀態(tài)下遙控跳閘到閥門開(kāi)始關(guān)閉延遲時(shí)間與測(cè)量線路長(zhǎng)短的關(guān)系系數(shù)、閥門在無(wú)蒸汽狀態(tài)下克服油缸摩擦阻力關(guān)閉時(shí)間與閥門行程的關(guān)系系數(shù)、主蒸汽壓力對(duì)閥門關(guān)閉時(shí)間的影響系數(shù)、主蒸汽流量對(duì)閥門關(guān)閉時(shí)間的影響系數(shù)。采用一元線性回歸分析法,預(yù)測(cè)未來(lái)更大蒸汽流量、更大主蒸汽壓力、更大負(fù)荷機(jī)組的閥門關(guān)閉時(shí)間是否滿足要求,完成機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決策，分析是否需要更多的閥門數(shù)量以減少閥門行程，解決防止在各種打閘方式下機(jī)組超速的目的。汽輪機(jī)在甩負(fù)荷時(shí)動(dòng)態(tài)最大轉(zhuǎn)速飛升一般可用下式[3]估算：

式中No—額定工作轉(zhuǎn)速，r/min；

Ta—轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)，s；

φ—甩負(fù)荷相對(duì)值，%；

Tv—蒸汽容積時(shí)間常數(shù)，s；

αh，αi—高、中壓缸功率比例系數(shù)，%；

Th1，Ti1—高、中壓油動(dòng)機(jī)延遲時(shí)間，s；

Th2，Ti2—高、中壓油動(dòng)機(jī)工作行程等值關(guān)閉時(shí)間或工作行程關(guān)閉時(shí)間，s。

該方法為發(fā)電機(jī)組其他閥門的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，為設(shè)計(jì)主蒸汽閥門、調(diào)節(jié)閥門關(guān)閉時(shí)間在測(cè)量線路延時(shí)時(shí)間、油缸關(guān)閉時(shí)間、主蒸汽影響關(guān)閉時(shí)間、主蒸汽壓力影響關(guān)閉時(shí)間的總關(guān)閉時(shí)間分配的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。

3 應(yīng)用實(shí)例

某公司3號(hào)汽輪機(jī)系直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。3號(hào)機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用數(shù)字電液控制（DEH）系統(tǒng)，其機(jī)械液壓系統(tǒng)的控制介質(zhì)為高壓抗燃油，進(jìn)汽閥門包括2個(gè)高壓主汽門、2個(gè)中壓主汽門、4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥、2個(gè)中壓調(diào)節(jié)閥，每一個(gè)進(jìn)汽閥門均配有一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以控制其開(kāi)關(guān)。

由儀器測(cè)試結(jié)果計(jì)算各閥門關(guān)閉時(shí)間和延遲時(shí)間見(jiàn)表1。

表1 某電廠閥門關(guān)閉時(shí)間測(cè)試結(jié)果

該機(jī)組TV1的延遲時(shí)間T1為69ms，閥門油缸關(guān)閉時(shí)間T2為128ms，主蒸汽壓力單位變化ΔP（例如0.5MPa）影響閥門關(guān)閉時(shí)間系數(shù)為A，主蒸汽流量單位變化ΔF影響閥門關(guān)閉時(shí)間系數(shù)為B，超大型機(jī)組有蒸汽的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的閥門關(guān)閉時(shí)間為：

當(dāng)預(yù)測(cè)的T大于國(guó)標(biāo)規(guī)定的時(shí)間時(shí),設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)便應(yīng)該分析各個(gè)時(shí)間分項(xiàng)，解決能在哪一分項(xiàng)實(shí)際減少時(shí)間，為設(shè)計(jì)決策提供基礎(chǔ)。當(dāng)預(yù)測(cè)時(shí)間T小于國(guó)標(biāo)規(guī)定時(shí)間時(shí)，將時(shí)間分項(xiàng)帶入式（1）修正公式，得到下式：

式中APh—主蒸汽壓力對(duì)閥門關(guān)閉時(shí)間的影響高壓缸分量；

BFh—主蒸汽流量對(duì)閥門關(guān)閉時(shí)間的影響高壓缸分量；

APi—主蒸汽壓力對(duì)閥門關(guān)閉時(shí)間的影響中壓缸分量；

BFi—主蒸汽流量對(duì)閥門關(guān)閉時(shí)間的影響中壓缸分量。

預(yù)測(cè)超大機(jī)組最大負(fù)荷的最終最大飛升轉(zhuǎn)速是否滿足要求，在控制范圍之內(nèi)（公式形式依據(jù)機(jī)組形式改變例如雙再熱，公式再熱部分應(yīng)該有兩部分）。

由式（2）推算式中A和B。一元線性回歸方程反映一個(gè)因變量與一個(gè)自變量之間的線性關(guān)系，當(dāng)直線方程Y′=a+bx的a和b確定時(shí)，即為一元回歸線性方程。試驗(yàn)中強(qiáng)迫式（2）中主蒸汽壓力P不變，則APh和APi分項(xiàng)為零，式中其他No、φ、Tv、αh、αi、Th1、Ti1、Th2、Ti2等為常量，每次試驗(yàn)都能測(cè)出一對(duì)（BFh，ΔNmax）,經(jīng)過(guò)大量上述試驗(yàn)和相關(guān)分析后，在直角坐標(biāo)系中將大量數(shù)據(jù)繪制成散點(diǎn)圖，這些點(diǎn)不在一條直線上，但可以從中找到一條合適的直線，使各散點(diǎn)到這條直線的縱向距離之和最小，這條直線就是回歸直線，這條直線的方程叫作直線回歸方程。直線的斜率為B。同理可以計(jì)算出A。式（2）中各系數(shù)均為常量可以推導(dǎo)更大壓力等級(jí)和更大蒸汽容量的機(jī)組的動(dòng)態(tài)閥門關(guān)閉時(shí)間，為設(shè)計(jì)提供決策。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某電廠某號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)主蒸汽主汽門、主蒸汽調(diào)門、再熱主汽門、再熱調(diào)門、抽汽逆止門等在各種打閘方式下測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入分析,將國(guó)標(biāo)中規(guī)定應(yīng)用于靜態(tài)測(cè)試的閥門關(guān)閉時(shí)間測(cè)試試驗(yàn)延伸于機(jī)組的動(dòng)態(tài)測(cè)試，使用一元線性回歸法設(shè)計(jì)一種超大型機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)研究的方法，完善了超大型機(jī)組的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)過(guò)程。

[1] DL/T 824-2002，汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能驗(yàn)收導(dǎo)則[S].

[2] GB/T 5578-2007，固定式發(fā)電用汽輪機(jī)規(guī)范[S].

[3] DL/T 711-1999，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)試驗(yàn)導(dǎo)則[S].

修回日期：2016-10-08

簡(jiǎn)訊華電電力科學(xué)研究院榮獲國(guó)家能源局能源軟科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)

華電電力科學(xué)研究院參與的國(guó)家能源局項(xiàng)目《2030年能源體制革命戰(zhàn)略研究》榮獲2015年度國(guó)家能源局能源軟科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)。

國(guó)家能源局項(xiàng)目《2030年能源體制革命戰(zhàn)略研究》由國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心、華電電力科學(xué)研究院及煤炭科學(xué)研究總院等單位聯(lián)合完成。華電電力科學(xué)研究院承擔(dān)了《2030能源體制革命戰(zhàn)略研究》子課題二《2030電力體制革命戰(zhàn)略研究》專題。該課題制定了我國(guó)未來(lái)中長(zhǎng)期電力體制改革目標(biāo)、總體思路和實(shí)施路徑，并創(chuàng)造性提出了未來(lái)電力市場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖和2030年電力體制改革路線圖，為我國(guó)未來(lái)電力體制改革提供了重要理論基礎(chǔ)，為國(guó)家實(shí)施電力體制革命戰(zhàn)略提供了重要參考，具有重要的理論和實(shí)踐意義。

國(guó)家能源局組織開(kāi)展的能源軟科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)評(píng)選，旨在調(diào)動(dòng)能源行業(yè)及社會(huì)各界開(kāi)展能源軟科學(xué)研究的積極性和創(chuàng)造性，提高政府管理部門科學(xué)管理和決策水平，促進(jìn)能源行業(yè)科學(xué)發(fā)展。本次獲獎(jiǎng)是對(duì)華電電力科學(xué)研究院在國(guó)家層面能源戰(zhàn)略研究和政策制定方面的智庫(kù)作用的充分肯定，同時(shí)對(duì)華電電力科學(xué)研究院開(kāi)展能源戰(zhàn)略及政策研究具有重要激勵(lì)意義。

Analysis of Very Large Units of Speed Control System Design Method Based on Steam Turbine Valve Closing Time Test and Monadic Linear Regression

LI Yu-juan1，ZHANG Shi-long2，REN Dong-mei1，F(xiàn)U Hong-bo1
（1.Harbin Thermal Power Co.，Ltd，Harbin 150046，China；2.Huadian Electric Power Research Institute,Hangzhou 310030，China）

In this paper, based on steam turbine valve closing time test test and monadic linear regression analysis of very large units of speed control system design method, belonging to the turbine generator set technology "was carried out by using high frequency wave record meter test, test of steam turbine DEH turbine valve closing time parameters, TSI, ETS system used for tripping signal measuring point by point to the AST solenoid valve work such as time, by use of a variety of load level of the unit test results of large data, with the method of monadic linear regression analysis to predict the future more steam flow rate and larger main steam pressure, larger load valve closing time whether meet the requirements of the unit, complete control system design decisions, analyze whether need more in order to reduce the number of the valve valve stroke, to prevent the unit in all kinds of brake mode the purpose of speeding.

very large units；steam turbine valve closing time；monadic linear regression analysis method

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.05.006

TM621

B

2095-3429（2016）05-0022-03

李玉娟（1967-），女，哈爾濱人，本科，工程師，培訓(xùn)專工，主要從事集控運(yùn)行培訓(xùn)方面的工作。

2016-08-25