600MW亞臨界汽輪機(jī)配汽函數(shù)的優(yōu)化實(shí)踐

朱加勝，張 寶

（1.神華國華浙能寧海發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧海 315612；2.浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

大型汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)汽門管理是通過汽門管理邏輯來實(shí)現(xiàn)的，在這些邏輯中存在一定數(shù)量的函數(shù)關(guān)系，這些函數(shù)一般被稱為汽輪機(jī)的配汽函數(shù)，其主要功能是將蒸汽流量指令依據(jù)函數(shù)設(shè)置要求分配到各個(gè)調(diào)節(jié)汽門。配汽函數(shù)理論上應(yīng)該是機(jī)組流量特性的數(shù)值表征，一般由汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家給出，在配汽函數(shù)基礎(chǔ)上生成的配汽曲線，理論上應(yīng)該與汽輪機(jī)流量特性完全一致。實(shí)際上，由于設(shè)備安裝誤差、運(yùn)行老化等原因，常出現(xiàn)兩者偏差較大的情況，造成汽輪機(jī)配汽方式切換時(shí)負(fù)荷波動(dòng)大[1]、一次調(diào)頻能力差[2]、機(jī)組協(xié)調(diào)響應(yīng)能力差[3]等情況，有時(shí)甚至?xí)斐呻娏ο到y(tǒng)振蕩事故[4]。

1 機(jī)組簡介

某電廠600MW亞臨界機(jī)組的型號為N600-16.7/538/538。汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用南京西門子電站自動(dòng)化有限公司的軟/硬件，和上海汽輪機(jī)有限公司的邏輯及畫面組態(tài)。汽輪機(jī)汽門包括左右2只高壓主汽門（TV1和TV2），4只高壓調(diào)門（GV1-GV4），左右2只中壓主汽門（RSV1和RSV2）和4只中壓調(diào)門（IV1-IV4），順序閥方式下高壓調(diào)門開啟的先后順序?yàn)镚V1&GV4-GV2-GV3。

機(jī)組具備順序閥方式與單閥方式的切換功能，運(yùn)行時(shí)通常投入順序閥方式。但在約400 MW負(fù)荷下進(jìn)行順序閥與單閥配汽方式切換時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)高達(dá)70 MW，主要參數(shù)波動(dòng)嚴(yán)重。另外，在閥點(diǎn)附近經(jīng)常出現(xiàn)高壓調(diào)門開度大幅度晃動(dòng)、負(fù)荷波動(dòng)的現(xiàn)象，尤其是一次調(diào)頻信號作用時(shí)，波動(dòng)情況尤為嚴(yán)重，威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行。圖1所示為該汽輪機(jī)在三閥點(diǎn)處負(fù)荷、高壓調(diào)門開度、主汽壓力等參數(shù)的運(yùn)行曲線。

圖1 主要參數(shù)的運(yùn)行曲線

從圖1可以看出，機(jī)組在此處的運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定，負(fù)荷指令與反饋、高壓調(diào)門開度、主蒸汽壓力都出現(xiàn)較大幅度的振蕩現(xiàn)象。

圖2為該汽輪機(jī)的原配汽曲線。從圖2可以看出，原配汽曲線在兩閥點(diǎn)與三閥點(diǎn)處均存在不平滑部分，GV2在小開度下還存在開度回調(diào)情況，這些缺陷的存在均會導(dǎo)致順序閥方式下汽門出現(xiàn)大幅度晃動(dòng)現(xiàn)象，需要進(jìn)行優(yōu)化。

圖2 汽輪機(jī)的原配汽曲線

2 配汽函數(shù)的構(gòu)成

汽輪機(jī)配汽函數(shù)構(gòu)成關(guān)系如圖3所示。圖中：X288為背壓修正函數(shù)，X311KB/X351KB/X391KB/X431KB為流量指令偏置因子，X313/X353/X393/X433為順序閥修正函數(shù)，X314/X354/X394/X434為單閥修正函數(shù)，X345/X385/X425/X465為汽門流量特性函數(shù)。流量指令經(jīng)過這些環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)化處理后，最終合理分配到每個(gè)汽門。

圖3 配汽函數(shù)的構(gòu)成

3 流量特性試驗(yàn)結(jié)果

汽輪機(jī)流量特性試驗(yàn)分別在順序閥與單閥方式下進(jìn)行，主蒸汽流量用標(biāo)幺值表征，比較基準(zhǔn)所要求的機(jī)組狀態(tài)是額定負(fù)荷、所有調(diào)節(jié)閥全開的狀態(tài)。主蒸汽流量的計(jì)算公式如下：

式中：G為主蒸汽流量；pe為調(diào)節(jié)級壓力；Te為調(diào)節(jié)級溫度。下標(biāo)“0”表示該數(shù)值是在基準(zhǔn)狀態(tài)下的相應(yīng)參數(shù)值。

對原配汽曲線下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，按式（1）進(jìn)行主蒸汽流量計(jì)算，形成如圖4所示的流量指令與實(shí)際負(fù)荷的對應(yīng)關(guān)系。從圖4可以看出，按原配汽函數(shù)運(yùn)行，流量指令與實(shí)際負(fù)荷存在較大偏差，單閥與順序閥2種方式下的偏差也較大。根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果按式（1）進(jìn)行修正后，流量指令與實(shí)際負(fù)荷偏差較小，線性良好。

圖4 修正前后的負(fù)荷與指令關(guān)系

因此需要根據(jù)實(shí)際流量特性重新計(jì)算機(jī)組的配汽函數(shù)，形成新的配汽曲線。

4 新配汽函數(shù)投運(yùn)情況

根據(jù)該機(jī)組的流量特性試驗(yàn)結(jié)果，對配汽函數(shù)逐一進(jìn)行計(jì)算，得出新的配汽函數(shù)和配汽曲線（如圖5所示）。新配汽曲線已根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果合理設(shè)定了閥點(diǎn)處汽門之間的重疊度，并充分考慮一次調(diào)頻等小擾動(dòng)情況對正常運(yùn)行的影響。

圖5 新配汽曲線

5 新配汽函數(shù)投用情況

圖5所示的新配汽曲線投用后，對機(jī)組進(jìn)行了配汽方式切換試驗(yàn)與負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)。表1為機(jī)組在400 MW負(fù)荷附近進(jìn)行配汽方式切換時(shí)的過程數(shù)據(jù)，切換時(shí)間為4 min。

表1 配汽方式切換過程數(shù)據(jù)

從表1可看出，在400 MW負(fù)荷點(diǎn)，順序閥方式切換為單閥方式的最大負(fù)荷波動(dòng)約為7 MW，單閥方式切換為順序閥方式的最大負(fù)荷波動(dòng)約為11 MW，負(fù)荷波動(dòng)均較小，切換過程中機(jī)組穩(wěn)定性也較好。在其它負(fù)荷點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果與此類似。

圖6為配汽函數(shù)優(yōu)化前后順序閥方式下流量指令與機(jī)組負(fù)荷的對應(yīng)關(guān)系。很顯然，優(yōu)化后機(jī)組負(fù)荷與流量指令之間的線性關(guān)系明顯好于優(yōu)化前。圖中流量指令在約72%時(shí)出現(xiàn)負(fù)荷拐點(diǎn)的原因主要是主蒸汽壓力變化引起了負(fù)荷變化。

圖6 優(yōu)化前后正常運(yùn)行曲線對比

機(jī)組配汽函數(shù)優(yōu)化后，原順序閥方式下閥點(diǎn)處汽門晃動(dòng)現(xiàn)象基本消失，負(fù)荷波動(dòng)情況未再出現(xiàn)，一次調(diào)頻能力和機(jī)組安全性明顯提高。

6 結(jié)論

大型汽輪機(jī)的配汽函數(shù)對其控制特性有顯著的影響，準(zhǔn)確把握其結(jié)構(gòu)，精確確定各組成函數(shù)是實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)精確控制的關(guān)鍵。對該亞臨界600MW機(jī)組而言，原配汽曲線與汽輪機(jī)實(shí)際流量特性之間出現(xiàn)了較大的偏差，無疑會惡化機(jī)組的控制特性。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算得到新的汽輪機(jī)配汽函數(shù)，由此形成的新配汽曲線與實(shí)際流量特性吻合較好。采用新的配汽曲線后，汽門無晃動(dòng)，配汽方式切換時(shí)機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)小，流量指令與實(shí)際負(fù)荷的線性度有所提高，機(jī)組更易于控制，說明配汽函數(shù)優(yōu)化起到了顯著的作用。

[1]張寶，樊印龍，童小忠.大型汽輪機(jī)順序閥方式投運(yùn)試驗(yàn)[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2009，51（1）∶48-50.

[2]黃甦，鄭航林.一次調(diào)頻控制策略的優(yōu)化[J].熱力發(fā)電，2008，37（9）∶71-74.

[3]李勁柏，劉復(fù)顧.汽輪機(jī)閥門流量特性函數(shù)優(yōu)化和對機(jī)組安全性經(jīng)濟(jì)性的影響[J].中國電力，2008，41（12）∶50-53.

[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)振蕩分析[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2009，3（2）∶56-58.