戴興干 陳華桂

摘 要：汽輪機(jī)閥門流量管理函數(shù)與實(shí)際流量特性不符，直接造成機(jī)組在閥切換過程中負(fù)荷波動(dòng)大，對(duì)電力系統(tǒng)安全構(gòu)成威脅。文章通過閥門流量特性試驗(yàn)解決某電廠300MW機(jī)組在閥切換過程中負(fù)荷波動(dòng)大現(xiàn)象，將負(fù)荷波動(dòng)控制在合理范圍內(nèi)，在同類型機(jī)組中具有較高的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；負(fù)荷波動(dòng)；流量特性

中圖分類號(hào)：TM621.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）34-0126-03

Abstract： The flow management function of steam turbine valve does not accord with the actual flow characteristics， which directly causes the load fluctuation in the process of valve switching and poses a threat to the security of power system. This paper deals with the problem of large load fluctuation in the process of valve switching of 300MW unit in a power plant by means of valve flow characteristic test， and controls the load fluctuation within a reasonable range， which is of high popularizing value in the same type of unit.

Keywords： steam turbine； load fluctuation； flow characteristics

1 概述

某電廠2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界、單軸、一次中間再熱、雙缸雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為C320-16.7/0.85/538/538。汽輪機(jī)汽門包括左右兩只高壓主汽門，六只高壓調(diào)門。DEH采用了上海新華控制過程有限公司的OC6000e控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)有單閥與順序閥兩種配汽方式。電廠DEH系統(tǒng)中使用的閥門流量管理函數(shù)為投產(chǎn)時(shí)設(shè)置的函數(shù)，機(jī)組運(yùn)行多年，大修數(shù)次，實(shí)際流量與指令流量產(chǎn)生偏差，影響機(jī)組的AGC響應(yīng)能力和一次調(diào)頻能力，其中最突出的問題是閥切換過程中出現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)大等現(xiàn)象，對(duì)電力系統(tǒng)安全構(gòu)成威脅，因此需要對(duì)機(jī)組的流量管理函數(shù)進(jìn)行修正。本文通過閥門流量特性的深層研究，對(duì)閥門流量管理函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，將負(fù)荷波動(dòng)控制在合理的波動(dòng)范圍內(nèi)，對(duì)同類型機(jī)組解決此類問題具有借鑒和推廣價(jià)值。

2 負(fù)荷波動(dòng)現(xiàn)象

電廠2號(hào)機(jī)組在大修后運(yùn)行期間進(jìn)行了閥切換試驗(yàn)，閥切換前一次調(diào)頻、AGC退出，調(diào)節(jié)級(jí)壓力回路、功率回路退出，CCS控制投入，切換時(shí)間設(shè)置為120秒。

在負(fù)荷270.85MW，主蒸汽壓力15.85Mpa等主要參數(shù)下完成順序閥向單閥切換試驗(yàn)。圖1所示，負(fù)荷從270.85MW快速上升至273.66MW，隨后降低到259.24MW，負(fù)荷最后穩(wěn)定在260.68MW，切換過程中機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)最大值為14.42MW，起止負(fù)荷變動(dòng)為10.17MW。

在機(jī)組負(fù)荷261.60MW，主蒸汽壓力15.92Mpa等參數(shù)下完成單閥向順序閥切換試驗(yàn)。圖2所示，負(fù)荷從261.60MW緩慢降至258.00MW，隨后負(fù)荷快速上升到274.05MW，最后負(fù)荷為272.16 MW。切換過程中負(fù)荷波動(dòng)最大值為16.05 MW，起止負(fù)荷變化為10.56 MW。

3 負(fù)荷波動(dòng)原理

單閥控制和順序閥控制是汽輪機(jī)閥門管理的兩種方式。單閥運(yùn)行是所有高壓調(diào)門處于同一閥位，同時(shí)開大或關(guān)小，當(dāng)高壓調(diào)門處于部分開啟狀態(tài)，節(jié)流損失大，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性差；順序閥運(yùn)行時(shí)閥門會(huì)隨著負(fù)荷的變動(dòng)逐一開啟或關(guān)閉，任一負(fù)荷下最多只有一個(gè)閥門處于半開狀態(tài)，節(jié)流損失小，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性高。因此在機(jī)組正常運(yùn)行期間，一般從單閥切換到順序閥方式下運(yùn)行[1]。在閥切換過程中，要保證機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定，不發(fā)生大的負(fù)荷波動(dòng)，則要求閥切換過程中流量不發(fā)生大的變化，也就是部分閥門開大所增加的流量與部分閥門關(guān)小所減少的流量相等。電廠2號(hào)機(jī)組實(shí)際流量特性發(fā)生變化，導(dǎo)致在閥切換過程中，機(jī)組負(fù)荷發(fā)生大的波動(dòng)。切換過程中流量指令與實(shí)際流量不線性，通過閥門流量特性試驗(yàn)對(duì)原有流量管理函數(shù)進(jìn)行修正是最有效的解決辦法。

4 閥門流量特性試驗(yàn)

4.1 流量特性試驗(yàn)過程

（1）試驗(yàn)以閥位為基準(zhǔn)，試驗(yàn)前一次調(diào)頻，機(jī)組AGC退出。

（2）降低主蒸汽壓力，使各高壓調(diào)門達(dá)到全開狀態(tài)，負(fù)荷帶到額定負(fù)荷，此后機(jī)組維持主蒸汽壓力，蒸汽工況調(diào)整由鍋爐控制系統(tǒng)完成，實(shí)際負(fù)荷隨當(dāng)時(shí)參數(shù)變化。

（3）將所有高壓調(diào)門切成手動(dòng)模式，由運(yùn)行人員緩慢關(guān)小所試閥門，直至該閥門全關(guān)后再進(jìn)行下一個(gè)閥門試驗(yàn)。開度在100%到50%期間，減小幅度每次不超過10%，開度在50%到0%期間，減小幅度每次不超過5%進(jìn)行。

（4）試驗(yàn)依次完成GV6閥、GV3閥、GV5閥、GV4閥流量特性試驗(yàn)。

（5）試驗(yàn)數(shù)據(jù)全部采用電廠DCS系統(tǒng)和DEH系統(tǒng)測(cè)量，試驗(yàn)期間主要采集的數(shù)據(jù)包括流量指令、閥位指令、閥位反饋、機(jī)組負(fù)荷、主汽壓力、主汽流量、調(diào)節(jié)級(jí)壓力等[2]。

4.2 流量特性計(jì)算方法

在流量特性試驗(yàn)中，由于DEH系統(tǒng)不能直接測(cè)出閥門流量，本文在計(jì)算時(shí)采用基于弗留格爾公式演變的流量公式進(jìn)行計(jì)算[3]。

式中：x為等效實(shí)際流量，與DEH負(fù)荷量程相對(duì)應(yīng)；Pim為調(diào)節(jié)級(jí)壓力試驗(yàn)值；Pimr為調(diào)節(jié)級(jí)壓力額定值，取所有閥位全開時(shí)的實(shí)際值；Pt主汽壓力試驗(yàn)值；Ptr為主汽壓力額定值，取所有閥位全開時(shí)的實(shí)際值。

4.3 流量特性試驗(yàn)分析

通過試驗(yàn)整理出GV3、GV4、GV5、GV6閥的開度與流量百分比特性關(guān)系曲線，擬合出優(yōu)化后的閥門流量特性與原閥門流量特性進(jìn)行對(duì)比，偏差細(xì)微，對(duì)負(fù)荷所引起的波動(dòng)基本無(wú)影響。

試驗(yàn)中取消閥門重疊度，即上一個(gè)閥門全關(guān)后再進(jìn)行下一個(gè)閥門調(diào)整試驗(yàn)，這樣通過試驗(yàn)可以計(jì)算出各閥門所占流量指令百分比，也就是流量指令在各個(gè)閥門上的分配。如圖3所示，通過試驗(yàn)所得到的閥門分配流量指令與原流量分配指令進(jìn)行對(duì)比，偏差較大。對(duì)于接收相同流量指令，原流量管理函數(shù)下調(diào)節(jié)閥閥位開度較大。流量指令與閥門實(shí)際流量不匹配，這樣在閥切換時(shí)，負(fù)荷就會(huì)出現(xiàn)大的波動(dòng)現(xiàn)象，這是引起負(fù)荷波動(dòng)的主要原因[4]。

在單個(gè)閥門開啟過程中，通過閥門的流量會(huì)隨閥門開度的增大逐漸減緩，因此在順序閥運(yùn)行方式下，閥門開啟過程中需設(shè)置一定的重疊度，來補(bǔ)償前一個(gè)閥門的非線性特性。重疊度過小，會(huì)使調(diào)速汽閥油動(dòng)機(jī)行程過大，汽輪機(jī)速度變動(dòng)率則過大，甩負(fù)荷過程中會(huì)引起靜態(tài)超速。而重疊度過大，調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度變動(dòng)率小，則會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。另外重疊度過大則形成相鄰的兩個(gè)調(diào)閥同時(shí)以節(jié)流的方式向汽輪機(jī)供汽，經(jīng)濟(jì)性也會(huì)變差[5]。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出實(shí)際流量與指令流量關(guān)系圖，如圖4，找出合理的重疊度，即實(shí)際流量與指令流量接近線性關(guān)系。優(yōu)化后的重疊度為6%，而原有閥門管理函數(shù)下的重疊度為2.5%，原重疊度過小，在閥切換時(shí)，也會(huì)造成負(fù)荷波動(dòng)現(xiàn)象。閥門的開度在0%～11%之間，無(wú)進(jìn)汽流量，調(diào)門存在晃動(dòng)現(xiàn)象，將閥門開啟指令適當(dāng)提前，消除此區(qū)間閥門晃動(dòng)現(xiàn)象。

5 閥門流量特性驗(yàn)證

5.1 優(yōu)化后投運(yùn)方式驗(yàn)證

（1）機(jī)組 AGC、一次調(diào)頻退出，協(xié)調(diào)投入，汽輪機(jī)單閥方式運(yùn)行，機(jī)組滑壓控制回路投入，其他主要自動(dòng)回路投入。

（2）降低主蒸汽壓力，在額定負(fù)荷下，使各高壓調(diào)節(jié)汽閥達(dá)到全開狀態(tài)。

（3）將新的邏輯寫入DEH組態(tài)中，并檢查確認(rèn)正確無(wú)誤。

（4）恢復(fù)機(jī)組的主蒸汽壓力到正常值。

（5）在單閥方式下，按正常速度降負(fù)荷到180MW，檢查機(jī)組各主要參數(shù)是否正常；確認(rèn)機(jī)組運(yùn)行正常后，按正常速度升負(fù)荷到320MW，檢查機(jī)組各主要參數(shù)是否正常。

（6）降負(fù)荷到270MW，確認(rèn)機(jī)組各主要參數(shù)正常后，將汽輪機(jī)切換到順序閥方式運(yùn)行，注意觀察并記錄切換前后各主要參數(shù)的變化。

（7）在順序閥方式下，按正常速度降負(fù)荷到180MW，檢查機(jī)組各主要參數(shù)是否正常；確認(rèn)機(jī)組運(yùn)行正常后，按正常速度升負(fù)荷到320MW，檢查機(jī)組各主要參數(shù)是否正常。

5.2 閥切換試驗(yàn)驗(yàn)證

在機(jī)組負(fù)荷為273.91MW，主蒸汽壓力為16.00Mpa等主要參數(shù)下進(jìn)行順序閥向單閥切換試驗(yàn)。圖5所示，在改后閥門管理程序控制下，順序閥向單閥切換過程中，機(jī)組負(fù)荷從273.91MW上升到276.66MW，隨后負(fù)荷降至267.24MW，負(fù)荷最后為272.36MW，切換過程中負(fù)荷波動(dòng)最大值為9.42MW，起始負(fù)荷變動(dòng)為1.55MW。

在機(jī)組負(fù)荷為270.64MW，主蒸汽壓力為15.88Mpa等主要參數(shù)下進(jìn)行單閥向順序閥切換試驗(yàn)。如圖6所示，單閥向順序閥切換過程中，機(jī)組負(fù)荷從271.14MW降至266.47MW，隨后負(fù)荷上升到276.09MW，負(fù)荷最后為273.99MW，切換過程中負(fù)荷波動(dòng)最大值為9.44MW，起始負(fù)荷變動(dòng)為2.85MW。

兩次閥切換過程中負(fù)荷波動(dòng)較小，較之前改善明顯，負(fù)荷波動(dòng)控制在合理的波動(dòng)范圍內(nèi)，證明優(yōu)化后的流量特性函數(shù)符合實(shí)際閥門流量特性。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文通過閥門流量特性試驗(yàn)給出優(yōu)化后的閥門流量特性和合適的重疊度，有效解決電廠在閥切換過程中造成負(fù)荷波動(dòng)大的問題。經(jīng)閥切換驗(yàn)證，負(fù)荷波動(dòng)控制在合理的波動(dòng)范圍內(nèi)。優(yōu)化后的閥門流量特性曲線獲得很好的連續(xù)性和線性度，提高了機(jī)組在運(yùn)行過程中負(fù)荷控制的精準(zhǔn)度，滿足機(jī)組一次調(diào)頻及安全運(yùn)行的要求，在同類型機(jī)組中具有較高的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹振新.汽輪機(jī)組閥切換負(fù)荷波動(dòng)的分析[J].天津電力技術(shù)，2009（1）：38-40.

[2]趙征，劉子瑞，楊彥波，等.汽輪機(jī)閥門流量特性曲線分析及優(yōu)化[J].儀器儀表用戶，2015（5）：27-30.

[3]徐譽(yù)瑋，雷增強(qiáng)，彭佩.汽輪機(jī)數(shù)字電液控制閥門流量特性試驗(yàn)及優(yōu)化[J].廣東電力，2015，28（3）：12-15.

[4]文賢馗，鄧彤天，于東，等.汽輪機(jī)單閥-順序閥切換造成電力系統(tǒng)震蕩分析[J].2009，3（2）：56-58.

[5]王曉峰，高春升.600MW汽輪機(jī)的閥門管理與調(diào)節(jié)級(jí)特性[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2003，45（2）：122-123.