汽輪機(jī)調(diào)速汽門異常波動(dòng)分析

李永春，張宇，胡偉

（1.華能沾化熱電有限公司，山東濱州256800；2.勝利油田疾病控制中心，山東東營(yíng)257000）

汽輪機(jī)調(diào)速汽門異常波動(dòng)分析

李永春1，張宇1，胡偉2

（1.華能沾化熱電有限公司，山東濱州256800；2.勝利油田疾病控制中心，山東東營(yíng)257000）

汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械檢修或改造后，調(diào)速汽門流量特性會(huì)改變，使得實(shí)際閥門流量特性曲線、閥門開(kāi)啟重疊度與原設(shè)計(jì)不匹配，易造成調(diào)速汽門響應(yīng)遲緩或過(guò)度波動(dòng)，與主汽壓、負(fù)荷等機(jī)組參數(shù)交替影響而產(chǎn)生高頻振蕩。為適應(yīng)閥門流量特性的改變，DEH控制系統(tǒng)必須重新實(shí)驗(yàn)并計(jì)算閥門流量特性曲線，以便于合理調(diào)整閥門開(kāi)啟重疊度，改善DEH控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組穩(wěn)定安全運(yùn)行。

汽輪機(jī)；電液調(diào)速；流量特性曲線；順序閥；重疊度

0 引言

隨著電力體制改革的深化，以及節(jié)能減排的需要，降低發(fā)電成本、提高經(jīng)濟(jì)效益已成為當(dāng)前發(fā)電企業(yè)機(jī)組運(yùn)行首要目標(biāo)。中小容量機(jī)組煤耗偏高的一個(gè)重要原因是汽輪機(jī)通流部分進(jìn)汽量受限、效率低，所以一般通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行通流改造，更換調(diào)速汽門閥芯等對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行擴(kuò)容。但由于安裝或設(shè)備改型原因致使DEH控制系統(tǒng)調(diào)速汽門流量特性曲線設(shè)定與實(shí)際不一致，對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)效果產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致DEH控制系統(tǒng)出現(xiàn)調(diào)速汽門響應(yīng)遲緩或過(guò)度波動(dòng)問(wèn)題［1-3］。

1 調(diào)速汽門波動(dòng)原因分析

沾化電廠3號(hào)機(jī)組2013年小修后DEH控制系統(tǒng)在順序閥方式下，3號(hào)調(diào)速汽門開(kāi)度GV3在40%～70%范圍內(nèi)出現(xiàn)頻繁波動(dòng)現(xiàn)象（見(jiàn)圖1），調(diào)速汽門忽大忽小開(kāi)關(guān)，伴隨主汽壓力、負(fù)荷微量波動(dòng)。因負(fù)荷（MW）、主汽壓力（TP）、調(diào)速汽門開(kāi)度（GV3PZ、GV4PZ）不穩(wěn)定，相互作用使得機(jī)組控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，直接影響了機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性。

從EH油系統(tǒng)或DEH控制系統(tǒng)兩方面分析調(diào)速汽門波動(dòng)原因［4-5］。油動(dòng)機(jī)等油系統(tǒng)引起調(diào)速汽門的波動(dòng)主要與EH油壓有關(guān)，經(jīng)觀察及調(diào)閱歷史數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)調(diào)速汽門波動(dòng)前后及波動(dòng)過(guò)程中EH油壓穩(wěn)定。3號(hào)調(diào)速汽門開(kāi)度波動(dòng)范圍固定在40%～70%內(nèi)，此范圍以外調(diào)速汽門控制相對(duì)穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)現(xiàn)象（波動(dòng)若為EH油系統(tǒng)原因則應(yīng)伴隨調(diào)速汽門整個(gè)控制行程并應(yīng)有控制遲緩及超調(diào)現(xiàn)象），在此范圍內(nèi)通過(guò)強(qiáng)制改變3號(hào)調(diào)速汽門閥位指令，觀察其閥位反饋情況為穩(wěn)定無(wú)波動(dòng)，由此判斷次波動(dòng)原因與外部EH油系統(tǒng)無(wú)關(guān)，可能與DEH控制系統(tǒng)自動(dòng)控制參數(shù)有關(guān)。

圖1 DEH調(diào)速汽門波動(dòng)曲線

通過(guò)對(duì)圖1曲線數(shù)據(jù)分析可以看到，3號(hào)調(diào)速汽門開(kāi)度、4號(hào)調(diào)速汽門開(kāi)度、主汽壓力、負(fù)荷在指令不變情況下均存在波動(dòng)現(xiàn)象。3號(hào)調(diào)速汽門波動(dòng)幅度最大且是由小而大，4號(hào)調(diào)速汽門開(kāi)度、主汽壓力、負(fù)荷波動(dòng)幅度相對(duì)較小，且隨3號(hào)調(diào)速汽門波動(dòng)幅度而由小變大，他們之間的波動(dòng)存在相互關(guān)聯(lián)。在波動(dòng)位置4號(hào)調(diào)速汽門開(kāi)度為5%左右，所以波動(dòng)處于3號(hào)與4號(hào)調(diào)速汽門重疊區(qū)上。通過(guò)改變主汽壓力或負(fù)荷錯(cuò)開(kāi)3號(hào)與4號(hào)調(diào)速汽門重疊區(qū)，再觀察調(diào)速汽門在此位置的波動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)波動(dòng)幅度明顯降低，所以調(diào)速汽門重疊區(qū)不合適應(yīng)為一誘因［6］。

因3號(hào)機(jī)組檢修后3號(hào)調(diào)速汽門才開(kāi)始出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象，懷疑波動(dòng)應(yīng)與小修中的檢修項(xiàng)目有關(guān)。經(jīng)查小修中有關(guān)熱控、機(jī)務(wù)檢修項(xiàng)目，DEH控制系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)設(shè)置無(wú)改變情況下，機(jī)務(wù)專業(yè)對(duì)3號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)通流改造中更換了所有高壓調(diào)速汽門閥芯，改變了蒸汽流經(jīng)調(diào)速汽門時(shí)的通流面積及通流速度，所以疑點(diǎn)主要集中在閥門流量特性上。

2 閥門流量特性試驗(yàn)

閥門流量特性曲線是閥門開(kāi)度與通過(guò)閥門蒸汽流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，DEH系統(tǒng)中設(shè)置的閥門流量特性曲線如果與閥門實(shí)際相差較大，在機(jī)組變負(fù)荷控制時(shí)，可能出現(xiàn)負(fù)荷突變和調(diào)節(jié)遲緩問(wèn)題，造成閥門控制異常，影響機(jī)組的安全性和變負(fù)荷能力。在順序閥方式下，如果調(diào)節(jié)閥門重疊度設(shè)置不合理，也會(huì)影響閥門控制的穩(wěn)定性［7-8］。為驗(yàn)證閥門流量特性是否發(fā)生變化，對(duì)3號(hào)機(jī)組做閥門流量特性試驗(yàn)來(lái)檢查調(diào)速汽門流量特性情況。

以順序閥控制方式下進(jìn)行流量特性試驗(yàn)，鍋爐手動(dòng)操作保持燃料量不變，機(jī)組始終維持主汽壓力為13 MPa額定壓力，自機(jī)組額定負(fù)荷165 MW起按5 MW的降幅，逐步減小DEH的負(fù)荷設(shè)定值，直至4個(gè)高壓調(diào)速汽門逐個(gè)全關(guān)。每隔5 MW的降幅結(jié)束后，等待機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定后，記錄DEH的主汽壓力、主汽流量、負(fù)荷給定值、機(jī)組負(fù)荷、各高調(diào)速汽門開(kāi)度指令、調(diào)節(jié)級(jí)壓力、DEH負(fù)荷參考等參數(shù)（表1）。

表1 閥門流量試驗(yàn)記錄

通過(guò)分析閥門流量特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，不難看出3號(hào)、4號(hào)調(diào)速汽門實(shí)際流量特性已不線性，特別是4號(hào)調(diào)速汽門17%～63%（3號(hào)調(diào)速汽門27%~48%）開(kāi)度范圍內(nèi)流量變化僅為3%，導(dǎo)致影響負(fù)荷量較小，而4號(hào)調(diào)速汽門70%～100%與0%～25%開(kāi)度范圍內(nèi)反而能夠影響流量變化達(dá)10%，因而影響負(fù)荷量較大。與通流改造前流量特性相比較，各調(diào)速汽門開(kāi)度與進(jìn)汽流量、負(fù)荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系已不成比例，4號(hào)調(diào)速汽門在17%開(kāi)度開(kāi)始對(duì)進(jìn)汽流量、負(fù)荷影響已明顯呈非線性減弱，此時(shí)若繼續(xù)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的快速、線性控制，則需通過(guò)改變3號(hào)調(diào)速汽門開(kāi)度來(lái)配合，即需調(diào)整3號(hào)、4號(hào)調(diào)速汽門重疊度。

通流改造前閥門特性參數(shù)見(jiàn)表2，根據(jù)3號(hào)機(jī)組通流改造后閥門流量特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出閥門實(shí)際的流量特性參數(shù)（表3），通流改造前、后閥門特性曲線比較見(jiàn)圖2。

從圖2可看出3號(hào)調(diào)速汽門實(shí)驗(yàn)整理的閥門流量特性曲線在35%開(kāi)度以后改變較大，同時(shí)4號(hào)調(diào)速汽門起點(diǎn)后移改變了3號(hào)、4號(hào)調(diào)速汽門重疊度。

表2 通流改造前閥門特性參數(shù)%

表3 通流改造后閥門特性參數(shù)%

圖2 通流改造前后閥門特性曲線比較

3 DEH系統(tǒng)調(diào)試

依據(jù)閥門流量特性試驗(yàn)整理的數(shù)據(jù)，對(duì)DEH系統(tǒng)閥門流量特性進(jìn)行優(yōu)化，重新計(jì)算出DEH系統(tǒng)控制邏輯內(nèi)部3號(hào)、4號(hào)調(diào)速汽門閥門管理函數(shù)模塊f3（x）和f4（x）參數(shù)（表4）。在對(duì)兩閥門管理函數(shù)模塊修訂參數(shù)后再改變調(diào)速汽門開(kāi)度觀察其穩(wěn)定情況，調(diào)速汽門、主汽壓力、負(fù)荷波動(dòng)現(xiàn)象消失，DEH控制穩(wěn)定。

表4 閥門管理函數(shù)模塊參數(shù)表%

4 結(jié)語(yǔ)

汽輪機(jī)通流改造、調(diào)速汽門閥芯檢修或更換等情況后，改變了調(diào)速汽門的流量特性，造成了調(diào)速汽門波動(dòng)，重新試驗(yàn)并計(jì)算出閥門實(shí)際流量特性曲線，合理調(diào)整閥門開(kāi)啟重疊度，提高閥門特性曲線的線性度，并調(diào)整了機(jī)爐協(xié)調(diào)PID控制參數(shù)，最大程度改善了DEH控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的穩(wěn)定安全運(yùn)行。

［1］張斌，蔡奇新.DEH閥門流量特性曲線對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)控制的影響［J］.江蘇電機(jī)工程，2008，27（1）：75-77.

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Abnormal Fluctuation Analysis on the Governing Value of Steam Turbine

After performing mechanical maintenance and retrofitting of the governing system for a steam turbine，the flow characteristic of the governing value may change，making the actual flow characteristic and degree of overlapping when valve opens mismatch to the original design，which may easily cause the slow response of the governing valve or undue vibration，resulting in the generation of high frequency oscillation when it alternatively affects with unit parameters such as main steam pressure，load，etc. Therefore，to adapt itself to the change of flow characteristic，DEH control system must make a new experiment to calculate the flow characteristic curve for the valve so as to regulate the degree of overlapping when such valve opens in a reasonable way.Thereby the regulation quality for DEH control can be improved and the unit can be operated in a safe and stable way.

steam turbine；electro-hydraulic governing system；flow characteristic curve；sequence valve；degree of overlapping

TK267

：B

：1007－9904（2014）04－0073－03

2014－04－16

李永春（1977—），男，工程師，從事電廠熱工工作；

張宇（1977—），男，工程師，從事電廠集控運(yùn)行工作。