DEH兩個重要參數(shù)對機組安全與經(jīng)濟運行的影響

摘要：文章參考汽輪機控制原理，針對單閥及順序閥控制的特點，重點闡述了DEH系統(tǒng)兩個重要參數(shù)優(yōu)化對機組安全與經(jīng)濟運行的影響，為解決同類型問題提供了參考。

關鍵詞：單閥；順序閥；電凸輪曲線；重疊度；協(xié)調(diào)控制

中圖分類號：TK323文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）16-0104-03

隨著發(fā)電機組容量的日益擴大，對機組自動化程度要求越來越高，DEH（Digital Electro-Hydraulic Control System，簡稱DEH）系統(tǒng)作為控制汽輪發(fā)電機組功率的一種有效方法其技術日益成熟與完善，順序閥控制和單閥控制作為DEH系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)汽門的基本方法，比較而言順序閥控制方式節(jié)能效果明顯，能為電廠帶來更大的經(jīng)濟效益，所以順序閥控制方式越來越來被電廠所采納與使用。順序閥控制按照設定的高壓調(diào)節(jié)汽門（Governor Valve，簡稱GV）開啟順序，對汽輪機流量指令進行計算與分配，通過按順序調(diào)節(jié)汽輪機閥門開度進而調(diào)節(jié)汽輪機進汽流量，最終達到精確控制機組功率的目的。其工作原理可用圖1簡單表示，通過對DEH邏輯做了深一步的研究后，在確保機組安全運行的前提下，對內(nèi)部參數(shù)做了適當修改，為相關工作者提供參考和借鑒。

1凸輪曲線原理

從圖1看出，不管是在單閥還是順序閥控制方式，都要對閥門開度進行凸輪曲線修正，這是因為調(diào)節(jié)汽門在開啟過程中，流量與閥門開度不是完全的線性對應關系，當閥門小開度、閥前/閥后大壓差時，調(diào)節(jié)汽門內(nèi)蒸汽為臨界流動，此時通過調(diào)節(jié)汽門的流量線性地正比于調(diào)節(jié)汽門的開度，如圖2(a)實線所示。隨著調(diào)節(jié)汽門繼續(xù)開大，雖然汽門的通流面積在增大，但汽門前后的壓差減小，蒸汽流量隨閥門開度增大的趨勢變緩。所以，即使汽門升程繼續(xù)加大，由于受汽門喉部尺寸限制，蒸汽流量增加已很小。通常認為：汽門前后的壓力比p（門前）/p（門后）為0.95～0.98時，即認為汽門已全開。因此，理想情況下，應當在調(diào)節(jié)汽門接近全開時，通過閥位傳動機構的非線性變換，增大調(diào)節(jié)汽門升程相對于油動機行程的變化率，以校正調(diào)節(jié)汽門接近全開時流量的非線性特性，如圖2(a)中虛線所示。但現(xiàn)在廠家已基本不用凸輪或楔形斜面?zhèn)鲃訖C構進行流量校正，閥門反饋裝置幾乎全采用直行程的LVDT（線性差動傳感器）。為解決閥位與流量的非線性帶給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響，通常在DEH系統(tǒng)內(nèi)部設置電凸輪曲線進行修正（如圖3所示），達到改變流量指令與閥門開度關系的目的。在調(diào)節(jié)汽門的升程達到電凸輪拐點后，通過改變閥位指令將閥門快開至全開位置，以補充調(diào)節(jié)汽門開啟不足產(chǎn)生的流量不足。

2凸輪曲線修改對協(xié)調(diào)控制的影響

國華太電2×600 MW超臨界汽輪機由上海汽輪機有限公司（STC）與西門子西屋（SWPC）聯(lián)合設計制造，為超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽凝汽式汽輪機，設計共有四個高壓調(diào)節(jié)汽門（分別定義為GV1、GV2、GV3、GV4），在機組投產(chǎn)初期DEH系統(tǒng)采用單閥控制，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS，coordination control system）采用滑壓運行方式，在運行過程中（尤其在變負荷階段）發(fā)現(xiàn)高壓調(diào)門很容易進入設定的電凸輪曲線拐點區(qū)，調(diào)門一旦進入拐點區(qū)后變化速率非常快，加之電凸輪曲線沒有經(jīng)過試驗驗證，實際流量與初始設計值差別較大，高壓調(diào)門來回大范圍波動造成調(diào)節(jié)級壓力波動很大。國華太電協(xié)調(diào)控制策略為鍋爐主控制器調(diào)節(jié)主蒸汽壓力，汽機主控制器調(diào)節(jié)機組負荷，以鍋爐跟隨（BF）為主的協(xié)調(diào)控制模式，調(diào)節(jié)級壓力作為負荷參考信號（前饋信號）送到鍋爐主控調(diào)節(jié)器參與主蒸汽壓力調(diào)節(jié)，所以調(diào)節(jié)級壓力是否穩(wěn)定直接影響機組協(xié)調(diào)控制的穩(wěn)定。為解決協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)不穩(wěn)定問題，公司組織成立技術攻關小組，通過實驗逐步完善閥門電凸輪曲線參數(shù)，使之與實際流量基本吻合，最終解決了閥門擺動及協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)不穩(wěn)定問題。

3比例偏置修正原理

在DEH系統(tǒng)中另一個重要的函數(shù)為比例偏置修正函數(shù)，該函數(shù)在機組順序閥控制時根據(jù)流量指令確定閥門的開啟順序及閥門重疊度。在噴嘴調(diào)節(jié)配汽中（即順序閥控制時），閥門是按設計順序依次開啟的，國華太電DEH系統(tǒng)邏輯組態(tài)由上海汽輪機有限公司自控中心提供，在做順序閥切換試驗時我們發(fā)現(xiàn)，閥門在交替過程中無重疊度，即前一調(diào)節(jié)汽門完全開啟后，后續(xù)調(diào)節(jié)汽門才動作，這樣就會形成圖2（b）實線所示的波折形閥門行程—流量曲線，反映在調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性線上，速度變動率同樣是波折形曲線，這種情況對壓力調(diào)節(jié)極為不利。所以，在前一調(diào)節(jié)汽門尚未完全開啟，后續(xù)調(diào)節(jié)汽門必須提前開啟，以補償前一調(diào)節(jié)汽門的非線性特性，即得到圖2（b）虛線所示的理想流量曲線。

4比例偏置修正函數(shù)對協(xié)調(diào)的影響

前面已經(jīng)說過，為適應調(diào)節(jié)起門靜態(tài)特性曲線兩端速度變動率大、中間平滑過渡的要求，通過配汽機構的非線性傳動特性可以校正行程—流量特性曲線。但現(xiàn)在基本采用電凸輪曲線進行流量修正（在DEH內(nèi)部通過邏輯實現(xiàn)），怎樣才能實現(xiàn)多個閥門依此開啟時行程與流量特性接近為直線呢，確定合適的重疊度變得非常重要，如果重迭度偏小，將使局部區(qū)域的閥門速度變化很大，這種情況對節(jié)能有利，但是會造成調(diào)節(jié)的不穩(wěn)定，同時對瓦溫及軸承振動影響也很大。反過來，如果重疊度過大，局部速度變動率過小，這樣除了不利于節(jié)能外，同樣也不利于調(diào)節(jié)。這是因為重迭度增大顯然增加了調(diào)節(jié)汽門的節(jié)流損失，同時流量特性也變得非線性。根據(jù)汽輪機廠的DEH設計邏輯，國華太電2×600MW機組順序閥方式下閥門開啟順序原來定為3、4-1-2，比例偏置修正函數(shù)如表1所示。

對應閥門開啟順序及重疊度如圖4所示。

從圖4可以看出，閥門開啟順序依次為先開#3、#4高調(diào)門(此兩閥門同時動作)，然后是開 #1高調(diào)，最后是#2高壓調(diào)門（關閉時按相反順序進行），閥門相互之間沒有重疊度。通過試驗發(fā)現(xiàn)，機組由單閥模式切換到順序閥運行后，#2軸瓦溫度增高（最高達100℃左右，對機組安全運行已構成威脅），同時機前壓力擺動大。后來我們對閥門重疊度及閥門開啟順序進行了修改（如圖5所示），將閥門開啟順序修改為1、2－3－4（即先開#1、#2高調(diào)，然后是#3高調(diào)，最后再開#4高壓調(diào)門），這樣一來既解決了主蒸汽壓力波動過大問題，同時#2軸承瓦溫也下降了許多（最高達85℃）。由于從安全角度出發(fā)，同時受實驗條件限制，我們的重疊度設置還沒有達到理想狀態(tài)，對機組的經(jīng)濟性運行有一定的負面影響。

5結論

通過修改流量特性曲線及比例偏置函數(shù)，解決了軸承溫度偏高及閥門擺動等實際問題，為機組穩(wěn)定及經(jīng)濟運行提供了保障，更為解決同類型問題提供了有益的方法和探索。但同時也應看到，由于受實驗條件限制，我們的參數(shù)還有優(yōu)化空間，使機組安全性與經(jīng)濟性達到和諧統(tǒng)一。

參考文獻：

[1] 高愛民.火力發(fā)電廠DEH控制[D].南京:東南大學，2003.

[2] 汪祖鑫.超臨界壓力600MW機組的啟動和運行[M].北京: 中國電力出版社，1996.