汽輪機(jī)閥門流量特性對(duì)電力系統(tǒng)的影響及其控制策略

朱建華

摘要：汽輪機(jī)閥門流量的特性在很大的程度上決定著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)已有的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行查閱和分析，將本文中主要對(duì)汽輪機(jī)閥門的流量特性進(jìn)行分析，并提出閥門流量特性的優(yōu)化方法和汽輪機(jī)的改進(jìn)控制策略。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；閥門調(diào)節(jié)；流量特性；優(yōu)化控制

引言

由于DEH系統(tǒng)具有擅長(zhǎng)管理和可控制各種規(guī)格的汽輪機(jī)閥門的優(yōu)勢(shì)，大多數(shù)的電廠都通過DEH系統(tǒng)控制汽輪機(jī)，通過系統(tǒng)指令將流量轉(zhuǎn)變?yōu)槠啓C(jī)閥門的開度，故閥門流量和開度之間存在著一定的關(guān)系，即閥門流量特性曲線。如果汽輪機(jī)在運(yùn)行中閥門的實(shí)際流量與原流量特性曲線存在偏差，則會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)的控制出現(xiàn)偏差，從而影響整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組的安全和負(fù)荷能力，最終可能導(dǎo)致機(jī)組系統(tǒng)出現(xiàn)劇烈震顫，并嚴(yán)重?fù)p害正在高速高負(fù)荷運(yùn)行的機(jī)組。但在實(shí)際情況中，各個(gè)電廠汽輪機(jī)機(jī)組的制作與安裝工藝不同、閥門的磨損程度不一、閥門的理論設(shè)計(jì)行程與實(shí)際行程存在差異，這種種原因均會(huì)使閥門流量與原流量特性曲線出現(xiàn)偏差。故需要對(duì)汽輪機(jī)閥門進(jìn)行研究，對(duì)其流量特性曲線進(jìn)行調(diào)整，以維持汽輪機(jī)機(jī)組的運(yùn)行的穩(wěn)定性，避免潛在的危害，以促進(jìn)電廠隨時(shí)代的發(fā)展而發(fā)展壯大。

1、輪機(jī)閥門流量特性的分析

汽輪機(jī)通流部分的設(shè)計(jì)是以經(jīng)濟(jì)功率為依據(jù)的，從汽輪機(jī)功率公式：

可以看出，調(diào)節(jié)進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量D0可以調(diào)節(jié)出力，同時(shí)也可以調(diào)節(jié)蒸汽所做的功Δhtmac，二不同的配汽方式可以改變D0和Δhtmac的。在機(jī)組以順閥的運(yùn)行時(shí)，所采用的是噴嘴配汽的方式，汽輪機(jī)的第一級(jí)為調(diào)節(jié)級(jí)，調(diào)節(jié)級(jí)可分幾個(gè)噴嘴組，當(dāng)蒸汽通過全開的主汽門后，便可通過依次開啟調(diào)節(jié)汽門通向調(diào)節(jié)級(jí)。正常情況下，一個(gè)調(diào)節(jié)汽門控制一個(gè)噴嘴組，而一個(gè)噴嘴組為3～6組。當(dāng)負(fù)荷很小時(shí)，只開啟一個(gè)調(diào)節(jié)汽門，即只有第一噴嘴組進(jìn)汽，部分進(jìn)汽度很??；當(dāng)負(fù)荷增大使第一調(diào)節(jié)汽門接近全開時(shí)，第二調(diào)節(jié)汽門開啟，第二噴嘴組才可以進(jìn)汽且部分進(jìn)汽度增大，依次類推。故只有部分開啟的調(diào)節(jié)汽門中蒸汽節(jié)流較大，而全開的汽門中蒸汽流已減到最小，所以只有部分負(fù)荷時(shí)，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性較好，這就是噴嘴配汽的主要特點(diǎn)。由于各噴嘴組間存在間壁，所以即使全部的調(diào)節(jié)汽門全開，調(diào)節(jié)級(jí)仍然只是部分進(jìn)汽，即在最大功率下調(diào)節(jié)級(jí)有部分進(jìn)汽損失[1]。

二、閥門流量特性的優(yōu)化方法

顯而易見，汽輪機(jī)閥門本身是具有流量特征的，這是一個(gè)不可能隨意發(fā)生變化的客觀事實(shí)。所以，想要對(duì)閥門流量進(jìn)行優(yōu)化，最直接的方法就是對(duì)其實(shí)際工作的流量特性曲線進(jìn)行優(yōu)化，但由不同的汽輪機(jī)機(jī)組存在差異，優(yōu)化的方式也不盡相同，因此對(duì)閥門進(jìn)行優(yōu)化存在著一定的復(fù)雜性和難操作性。對(duì)此，電廠工作人員只能根據(jù)閥門的實(shí)際流量曲線進(jìn)行判斷和識(shí)別，對(duì)實(shí)際流量特性曲線進(jìn)行科學(xué)分析，從而優(yōu)化閥門流量，維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具體操作為：在對(duì)閥門流量曲線進(jìn)行優(yōu)化前，對(duì)前人的工作進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)各個(gè)電力系統(tǒng)的不同閥門在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行實(shí)際流量的測(cè)定并繪制其流量特征曲線，以此為基礎(chǔ)來管理和優(yōu)化閥門的實(shí)際工作流量曲線，然后再通過DEH系統(tǒng)對(duì)汽輪機(jī)的閥門下達(dá)專業(yè)的閥門流量指令和閥門開度指令。在此操作下，我們便可以按照自身電廠不同的汽輪機(jī)閥門進(jìn)行合理的管理并優(yōu)化實(shí)際流量曲線，從而加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)蒸汽流量的控制，維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，促進(jìn)各電廠的發(fā)展。此外，對(duì)汽輪機(jī)閥門的流量曲線優(yōu)化還需要以各閥門曲線如單、順閥的關(guān)系為基礎(chǔ)。目前，汽輪機(jī)機(jī)組各閥門曲線主要存在著單、順閥按比例設(shè)置，在已知的的理論研究中，對(duì)閥門曲線的管理主要有兩種方式，第一種為單、順閥采用合理比例和偏置修正模式；第二種為單、順閥不同閥門之間采用不同的管理曲線。

而事實(shí)上，從已有的研究做的測(cè)試所得的閥門開度與蒸汽流量之間的關(guān)系曲線可知，兩者之間呈現(xiàn)的是非線性關(guān)系。調(diào)節(jié)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要方法就是調(diào)節(jié)汽輪機(jī)閥門的流量曲線，根據(jù)閥門曲線的調(diào)節(jié)，將流量指令改變?yōu)閷?duì)應(yīng)的閥位指令。因此，在已建立的汽輪機(jī)模型中，閥門的流量特性本質(zhì)上是與等效閥位和蒸汽流量間的關(guān)系相對(duì)應(yīng)的，而在此情況下，通常忽略系統(tǒng)所受到的閥門流量特征的影響，故給汽輪機(jī)和其調(diào)速系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型就必須要考慮汽輪機(jī)閥門特性曲線的調(diào)整是否會(huì)造成影響[2]。

三、汽輪機(jī)的改進(jìn)控制策略

要對(duì)汽輪機(jī)控制上所存在的問題進(jìn)行改進(jìn)，需要以大量的事實(shí)為依據(jù)，因此對(duì)機(jī)組進(jìn)行多次的仿真實(shí)驗(yàn)和和實(shí)際實(shí)驗(yàn)，得出以下結(jié)論：當(dāng)機(jī)組功率發(fā)生持續(xù)性波動(dòng)時(shí)，為了快速平息該持續(xù)性波動(dòng)，需要將汽輪機(jī)機(jī)組的負(fù)荷機(jī)動(dòng)自動(dòng)控制切換為手動(dòng)控制，但由于控制模式的切換需要運(yùn)行人員進(jìn)行人工切換，故在某種程度上增加了不確定的人為主觀因素。在2008年，南方電網(wǎng)曾發(fā)生過一起因機(jī)組低頻振蕩所引起的事故，當(dāng)時(shí)發(fā)生的事故的是紅河電廠的2號(hào)機(jī)組，其當(dāng)時(shí)的功率持續(xù)波動(dòng)時(shí)間已超過了6分鐘，然而在這六分鐘內(nèi)，2號(hào)機(jī)組的運(yùn)行人員并未發(fā)現(xiàn)也沒有采用預(yù)定的干預(yù)措施，最終給電廠造成了無法挽回的損失。由此事故可知，在對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組控制策略上進(jìn)行改進(jìn)的同時(shí)，必須加強(qiáng)對(duì)工作人員的意識(shí)，極力避免人為主觀因素對(duì)汽輪機(jī)控制策略的影響。

如果從汽輪機(jī)的控制策略角度出發(fā)，我們可以認(rèn)為汽輪機(jī)功率的波動(dòng)是由于控制器的過度調(diào)節(jié)所導(dǎo)致的，所以在對(duì)汽輪機(jī)所配備的控制系統(tǒng)進(jìn)行比例-積分-微分控制環(huán)節(jié)后，應(yīng)該增加對(duì)汽輪機(jī)速率限制的環(huán)節(jié)，通過限制速度的方法來避免由于過度調(diào)節(jié)導(dǎo)致的震動(dòng)性波動(dòng)。在此改進(jìn)過后，便能夠?qū)崿F(xiàn)在閥門流量特性不佳的情況下，對(duì)汽輪機(jī)的控制策略可以減小控制器的過度調(diào)節(jié)，從而進(jìn)一步抑制汽輪機(jī)機(jī)組的功率波動(dòng)。只有在改進(jìn)機(jī)組控制策略和原始機(jī)組控制策略都處于正常運(yùn)作的情況下，改進(jìn)的機(jī)組控制策略才能不影響控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)；只有在汽輪機(jī)閥門流量與實(shí)際流量特性曲線互不相符時(shí)，汽輪機(jī)的安全性和變負(fù)荷能力才會(huì)受到影響。在對(duì)控制策略改進(jìn)后，汽輪機(jī)負(fù)荷與蒸汽流量曲線的連續(xù)性和線性程度均得到了改善，從而進(jìn)一步提高了汽輪機(jī)機(jī)組的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率[3]。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)汽輪機(jī)閥門流量自身特性對(duì)電力系統(tǒng)的影響的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汽輪機(jī)閥門流量特性發(fā)揮發(fā)揮不佳時(shí)，汽輪機(jī)機(jī)組在一定的范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生功率的波動(dòng)，當(dāng)波動(dòng)的頻率與電力系統(tǒng)的頻率發(fā)生振時(shí)，有可能導(dǎo)致電網(wǎng)低頻和震蕩。通過對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組系統(tǒng)控制策略進(jìn)行改進(jìn)，可以有效抑制機(jī)組功率波動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

[1.] 焦敬東.汽輪機(jī)閥門流量特性對(duì)電力系統(tǒng)的影響及其控制分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（27）：76.

[2.] 盛鍇，劉復(fù)平，劉武林，尋新，王伯春，李勁柏. 汽輪機(jī)閥門流量特性對(duì)電力系統(tǒng)的影響及其控制策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（7）：104-109.

[3.] 徐厚達(dá). 汽輪機(jī)閥門流量特性對(duì)電力系統(tǒng)的影響及其控制策略[J].信息化建設(shè)，2015（12）：273.