300MW汽輪機(jī)的順序閥控制故障及分析

衛(wèi)文娟

摘 要：電廠在進(jìn)行汽輪機(jī)投入順序閥的過程中，能夠正常運(yùn)行的機(jī)組非常少，尤其是國產(chǎn)的300MW汽輪機(jī)機(jī)組?；诖?，筆者從300MW汽輪機(jī)的順序閥控制故障入手，分析了300MW汽輪機(jī)的順序閥控制故障出現(xiàn)的原因，并給出了相應(yīng)的解決措施，技術(shù)人員需要在汽輪機(jī)機(jī)組內(nèi)投入?yún)f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，進(jìn)行閥門重疊度的修改，并盡量明確單個(gè)閥門的流量特性曲線，這樣才能從根本上實(shí)現(xiàn)順序閥的有效控制，避免投順序閥出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象，保障汽輪機(jī)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：300MW汽輪機(jī)；順序閥；伺服板

中圖分類號(hào)：TK247 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）11-0175-01

汽輪機(jī)有單閥模式和順序閥模式等配汽模式。其中，單閥模式的調(diào)節(jié)級(jí)為360°，所有調(diào)門都節(jié)流，會(huì)造成較大的損失，大部分電廠在汽輪機(jī)的沖轉(zhuǎn)時(shí)期應(yīng)用單閥模式；順序閥模式能夠按照順序開啟調(diào)門，汽輪機(jī)的進(jìn)汽不均勻，但是節(jié)流損失相對(duì)較小，能夠提高汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中，順序閥控制會(huì)出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象，影響其正常應(yīng)用。

1 300MW汽輪機(jī)的順序閥控制故障概述

汽輪機(jī)的數(shù)字電液控制系統(tǒng)中進(jìn)行單閥與順序閥切換的目的在于提高汽輪機(jī)機(jī)組的工作效率與經(jīng)濟(jì)性，主要通過單閥控制的節(jié)流配汽與順序閥控制的噴嘴配汽之間的無擾切換來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)汽輪機(jī)機(jī)組進(jìn)行單閥控制的時(shí)候，汽輪機(jī)的總流量會(huì)平均分配到高壓調(diào)節(jié)門上；當(dāng)汽輪機(jī)機(jī)組進(jìn)行順序閥控制的時(shí)候，汽輪機(jī)內(nèi)進(jìn)入的蒸汽流量是所有閥門的總和，會(huì)按照順序依次進(jìn)入到高壓調(diào)門上。其中，相鄰的兩個(gè)閥門在開啟的過程中，會(huì)存在一定的重疊度，也就是說，在上一個(gè)閥門沒有完全關(guān)閉的時(shí)候，下一個(gè)閥門就要提前開啟，下一個(gè)閥門提前開啟的量就被稱作重疊度。閥門開度和流量之間的函數(shù)關(guān)系由閥門流量特性曲線來表示。

本文將某電廠運(yùn)行的汽輪機(jī)作為研究對(duì)象，該汽輪機(jī)是東方汽輪機(jī)有限公司制造，屬于亞臨界汽輪機(jī)，配備有三套自動(dòng)控制系統(tǒng)，分別是數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）、危急跳閘裝置（ETS）以及汽輪機(jī)監(jiān)視儀表（TSI）。數(shù)字式電液控制系統(tǒng)主要由電子控制裝置、打印機(jī)、操作顯示裝置以及高壓抗燃油系統(tǒng)所組成，該系統(tǒng)會(huì)根據(jù)自動(dòng)啟動(dòng)裝置或者司機(jī)的操作命令進(jìn)行汽輪機(jī)多個(gè)閥門的控制，使汽輪機(jī)的機(jī)組進(jìn)行轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、主汽壓力的控制，以此實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行過程中的多種要求。該電廠在汽輪機(jī)投產(chǎn)發(fā)電的初期，進(jìn)行投單閥運(yùn)行，穩(wěn)定運(yùn)行一年之后，開始投順序閥運(yùn)行，但是該電廠在汽輪機(jī)機(jī)組負(fù)荷為200MW左右的時(shí)候，投入順序閥的時(shí)候，1號(hào)瓦軸振隨著機(jī)組負(fù)荷的減小而增加，調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)大幅度的擺動(dòng)。

2 300MW汽輪機(jī)的順序閥控制故障分析

2.1 投順序閥擺動(dòng)故障原因分析

2.1.1 主汽壓力波動(dòng)

在一定的主汽壓力、凝汽器真空以及負(fù)荷條件下，順序開啟的各個(gè)閥位開度是一個(gè)固定值，當(dāng)負(fù)荷為定值，主汽壓力或者凝汽器真空出現(xiàn)波動(dòng)的時(shí)候，閥位開度會(huì)出現(xiàn)一定的變化，很有可能進(jìn)入到閥門擺動(dòng)范圍，使得閥門出現(xiàn)擺動(dòng)狀況。根據(jù)實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)負(fù)荷為300MW的時(shí)候，主汽壓力的波動(dòng)是1MPa，閥門開度的變化范圍在0到100%。由此可以看出，當(dāng)主汽壓力波動(dòng)的范圍越大，閥位開度進(jìn)入到閥門擺動(dòng)范圍的概率隨之增大，閥門出現(xiàn)擺動(dòng)狀況的可能性越大。而凝汽器真空現(xiàn)象的出現(xiàn)由機(jī)組負(fù)荷、真空系統(tǒng)的密封性以及環(huán)境溫度等因素所決定，但是這些因素一般不會(huì)出現(xiàn)大幅度變化，使得凝汽器真空的變化較為緩慢，所以凝汽器真空不會(huì)導(dǎo)致投順序閥擺動(dòng)故障。

2.1.2 調(diào)節(jié)器參數(shù)

高調(diào)門這些正常運(yùn)行時(shí)，只存在單閥和順序閥兩種情況，單閥時(shí)閥門不擺動(dòng)，順閥經(jīng)過一定的負(fù)荷時(shí)，發(fā)電機(jī)功率擺動(dòng)。只有在負(fù)荷控制投入閉環(huán)的時(shí)候，閥門才會(huì)出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象。在汽輪機(jī)中，負(fù)荷控制屬于串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括三個(gè)回路，分別是內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)級(jí)壓力回路、外環(huán)轉(zhuǎn)速一次調(diào)頻回路以及中環(huán)功率調(diào)節(jié)回路。當(dāng)汽輪機(jī)在運(yùn)行的過程中，投順序閥出現(xiàn)擺動(dòng)狀況的時(shí)候，只有內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)級(jí)壓力回路會(huì)出現(xiàn)較為顯著的波動(dòng)，另兩個(gè)回路不會(huì)受到擺動(dòng)現(xiàn)象的影響。由此可以看出，投順序閥擺動(dòng)現(xiàn)象主要存在于內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)級(jí)壓力回路中。

2.1.3 單個(gè)閥門流量特性曲線

東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的汽輪機(jī)引進(jìn)的是美國西屋公司的制造工藝與相關(guān)技術(shù)，但是西屋公司的技術(shù)人員并沒有制造過單閥的流量特性曲線，所以我們不能準(zhǔn)確了解該汽輪機(jī)單閥的流量特性曲線。觀察該單閥流量特性曲線可以發(fā)現(xiàn)，就單個(gè)閥門看來，縱坐標(biāo)軸上主要分成三個(gè)開度區(qū)間，在0到11%之間，閥門處于預(yù)開啟狀態(tài)，從理論角度看來，這時(shí)的單閥不存在流量變化。因此，汽輪機(jī)的DEH在設(shè)計(jì)時(shí)，需要通過高速進(jìn)行開或者關(guān)，0到11%之間的閥門開度被稱作預(yù)開啟區(qū)；在11%到45%之間，閥門會(huì)正常進(jìn)行工作，這時(shí)閥門的開或者主要由調(diào)節(jié)系統(tǒng)所決定，11%到45%之間的閥門開度被稱作調(diào)節(jié)區(qū)；45%到100%之間，被稱作空行程區(qū)，這時(shí)DEH的設(shè)計(jì)也為高速開或者關(guān)。

觀察上述投順序閥的擺動(dòng)現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)，單個(gè)閥門流量特性曲線處于預(yù)開啟區(qū)或者空行程區(qū)的時(shí)候，其曲線與實(shí)際曲線存在較大差距是導(dǎo)致投順序閥出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象的根本原因。在這兩個(gè)區(qū)間內(nèi)，實(shí)際運(yùn)行中的閥門具有較大的流量變化。比如，當(dāng)汽輪機(jī)機(jī)組的負(fù)荷在250MW左右的時(shí)候，在其他參數(shù)均為定值的情況下，因?yàn)橹髌麎毫Φ慕档褪沟谜{(diào)門的總開度L有所增加，使得總開度L進(jìn)入到#2和3高調(diào)門的交接位置，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)增加L值，保障2號(hào)高調(diào)門進(jìn)入到空行程區(qū)并高速開完，3號(hào)高調(diào)門會(huì)進(jìn)入到預(yù)開啟區(qū)并高速開完。如果在2、3號(hào)高調(diào)門開啟的過程中，存在大量的漏氣量，導(dǎo)致閥門出現(xiàn)較大的流量變化，就會(huì)導(dǎo)致投順序閥出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象。

2.2 故障解決措施

首先，盡最大限度使汽輪機(jī)機(jī)組投入?yún)f(xié)調(diào)控制。對(duì)于汽輪機(jī)機(jī)組而言，如果投入?yún)f(xié)調(diào)控制，DSC系統(tǒng)能夠強(qiáng)行解除DEH系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)回路與中環(huán)回路，使得DEH系統(tǒng)變?yōu)镈CS系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力和負(fù)荷的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在這種控制方式下，上一個(gè)調(diào)節(jié)閥和下一個(gè)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行交接的工程中，主汽壓力擾動(dòng)比較小，不會(huì)使得系統(tǒng)出現(xiàn)顯著的振動(dòng)，也就是說，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的應(yīng)用能夠避免投順序閥出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象。

然后，閥門重疊度的修改。在汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行的過程中，汽輪機(jī)機(jī)組因?yàn)槎喾N因素的影響，時(shí)常出現(xiàn)不能投入?yún)f(xié)調(diào)控制的現(xiàn)象。為了解決該電廠汽輪機(jī)存在的擺動(dòng)現(xiàn)象，使得閥門流量曲線和實(shí)際相符合，筆者對(duì)閥門管理軟件設(shè)置的管理曲線中上部分閥門間的重疊度進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整：高壓調(diào)節(jié)閥2和3的調(diào)整，當(dāng)上一個(gè)調(diào)節(jié)閥開到32%的時(shí)候，下一個(gè)調(diào)節(jié)閥開始開；當(dāng)上一個(gè)調(diào)節(jié)閥開到54%的時(shí)候，下一個(gè)調(diào)節(jié)閥需要開到11%；當(dāng)上一個(gè)調(diào)節(jié)閥開到100%的時(shí)候，下一個(gè)調(diào)節(jié)閥需要開到16%。同時(shí)增加高壓調(diào)節(jié)閥2順閥曲線點(diǎn)數(shù)，使高壓調(diào)節(jié)閥2的順閥曲線更加平滑。這種調(diào)節(jié)方式能夠有效限制閥門流量，避免投順序閥出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象。

最后，明確單個(gè)閥門流量特性曲線。單個(gè)閥門流量特性曲線與實(shí)際狀況不相符是導(dǎo)致投順序閥出現(xiàn)擺動(dòng)現(xiàn)象的根本原因。電廠需要對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組的單個(gè)閥門進(jìn)行流量實(shí)驗(yàn)，明確單個(gè)閥門的實(shí)際流量曲線，從根本上解決汽輪機(jī)順序閥的擺動(dòng)故障。在應(yīng)用上述故障處理措施之后，該電廠的調(diào)節(jié)閥不存在擺動(dòng)現(xiàn)象，當(dāng)汽輪機(jī)機(jī)組為240MW負(fù)荷的時(shí)候，能夠節(jié)約18g/kW·h的煤炭。

3 結(jié)語

綜上所述，汽輪機(jī)的投單閥運(yùn)行方式會(huì)對(duì)汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性造成不利影響，需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行改進(jìn)。分析可得，通過對(duì)300MW汽輪機(jī)的順序閥控制故障及分析可知，電廠可以通過在汽輪機(jī)中加入?yún)f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)或者修改閥門重疊度的方式使汽輪機(jī)投順序閥運(yùn)行，以此提升汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約電廠的運(yùn)行成本，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益。希望本文的探究可以為電廠進(jìn)行順序閥的控制提供幫助。

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