汽輪機閥門流量特性對電力系統的影響及其控制分析

摘要：對于整個電力系統產生穩定性因素的就是汽輪機閥門流量的特性，通過電網的建立以及相關的機械設備系統的模型，可以了解和研究關于汽輪機閥門流量特性對電力系統的影響。通過詳細的數學分析和研究發現，汽輪機閥門流量特性不穩定的時候，將會導致原動機周期的波動。 對于這種情況，要及時的調整并制定出新的汽輪機系統控制策略，新指定的策略必須要對于微分的控制器的進行合理的調節，這樣對于系統的阻力有大幅度的增加。

關鍵詞：汽輪機閥門流量特性 調速系統 控制策略

中圖分類號：TK26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（c）-0076-01

在當今發電廠里大多采用DEH系統對汽輪機進行控制，擅長管理和控制各種汽閥門是DEH系統中最優質的用途，在DEH系統中必須將指令由流量轉化為閥門的開度，所以流量和閥門的開度有著相當密切的關系，也就是閥門流量的特性曲線。若汽輪機閥門實際流量和原來流量特性曲線并沒達到一致時，就會出現大的控制偏差。將會對整個機組的安全及變負荷的能力產生一定的影響，最為嚴重的是使系統發生強烈的振蕩，發生這樣的現象對于正在高速運轉的汽輪機來說是很不安全的。而事實上，因為制作安裝的工藝都不一致、閥門長期的磨損，甚至是閥門設計行程和實際行程不一樣，這些原因都可以使閥門流量和原來流量的特性曲線不一樣，這就要去對閥門流量的特性曲線進行調整，使得汽輪機運行自身的穩定性和經濟性有一定的提高和發展。

1 汽輪機閥門流量特性的分析

汽輪機流通部分根據經濟功率而設計的，機組用噴嘴配汽的方式進行順閥的運行，汽輪機第一級為調節級，調節級為噴嘴組，當蒸汽經過主汽門以后才可以開啟汽門慢慢的通向調節級。所以說，嘴配汽的特點就是部分負荷的時候自身的經濟性能比較好較好。因為各個噴嘴之間都會存在一定的間壁，各個調節的汽門已開還是會有一部分進汽，即使在最大的功率下進行調節級還是會損失。假設調節級為四個噴嘴組，將一、二調節汽門打開。

當P0新的蒸汽經過主汽門以及全開門以后，壓力就會由降為P0壓力變為P2。當第Ⅰ、Ⅱ兩組噴嘴與理比焓降相一致的時也就是ΔhtⅠ=ΔhtⅡ時，動葉比焓ht經過的部分是第Ⅲ調節的汽門它的蒸汽流相對比較大，當第Ⅲ噴嘴組的壓力為P0時焓降變為ΔhtⅡ。因為調節級后的空間為通的，級后的壓力P2一致，所以兩股不同的汽流同樣膨脹為P2，經過調節級的汽室中經過混合進入第一壓力級。當兩股氣流混合后產生的比焓。

2 閥門流量特性存在小偏差對電力的影響及計算

調頻試驗屬于人為的模擬汽輪機轉速的變化，可迅速使汽輪機出力發生改變，從而對機組頻率特性進行考慮。由此可看出轉速階躍有變化后，流量指令就會大幅度增大。到40S機組變化開始進入穩定狀態，和之前的轉速階躍的流量指令相比較，穩定狀態的流量指令比較小。而機組回饋增益的指數是1，也就是機組閥門的流量可以反映出實際的閥門流量特性時候，初始的流量指令便等于穩定狀態的流量指令。所以說，這個時候的閥門流量和閥門流量的特性之間有一定的偏差，若是對試驗過程里的主蒸汽壓力的下降進行考慮的話偏就會變得更大。

由于主蒸汽壓力變化很小，屬于可以完全不用去考慮的壓力變化。利用汽輪機模型對機組實際特性進行模擬，模型中可反映出汽輪機局部閥門流量的特性。因為這個機組的負荷控制回饋增益指數為1，所以不可以因為開始 的流量指令變成平穩狀態的流量指令。

3 汽輪機閥門流量特性對電力系統的應用研究

在一個300MW的機組里提出進行閥門的流量特性策略的實驗研究，根據所收集到相關的具有閥門特性的數據，并制定出順序閥的方式。DEH流量需求的指令和實際的等效流量間，其中的橫坐標是DEH的指令，縱坐標是DEH的閥門流量。直線是負荷指令的理想閥門流量，曲線是實際DEH負荷指令的閥門流量。DEH閥門的流量特性兩段都有顯著的偏離，在負荷指令74.89%～87.58%這一區間內段，實際的流量完全小于負荷的指令，最大的偏離是負荷指令83.11%實際流量76.17%時。當實際的流量完全大于負荷指令時，最大的偏離則是負荷指令97.2%實際流量94.2%的時候。

閥門特性拐點存在主要原因是順序閥中流量函數進行流量的分配，在閥門的預啟段流量的計算和閥門的設置沒有正確而導致的，所有對流量的曲線必須要進一步的進行調整以及優化。

有關原順序閥的方式，及依據實際數據計算得出閥門特性曲線的對比。從左往右的順序，曲線則分三組，依次是CV1、CV2流量的特性曲線，CV4流量的特性曲線以及CV3流量的特性曲線經過計算得到的閥門流量特性結果。從曲線上很明顯的可以看出，修改前和修改后曲線差異很大。

當流量指令達到一致時，經過修改CV1、CV2自身的開度比以前擴大了0%～6%，而控制范圍也有了一定的縮短，拐點前后的特性明顯比原來光滑。在修改之前CV4的預啟階段需流量的指令由原來的62.0%變為78.5%，導致指令調節的死區時間過長，修改之后流量的指令由原來的72.99%變為74.7%，就可以將預啟段打開，對于閥門死區的調節很有效果。修改之前CV4的預啟段需流量指令由80%變為93.69%，指令調節的時間過長，修改以后流量指令由88.76%變為90.16%就可以將預啟段打開，閥門的死區得到了有效的調節。

4 結語

經過汽輪機閥門流量自身特性對電力系統仿真及機理的研究發現，汽輪機閥門流量特性發揮不理想時，使得機組在一定范圍之內發生功率的波動。當機組發生功率波動的時候，它們頻率相當電力系統功率共振時的頻率，因此有可能導致電網低頻和振蕩。經過系統控制策略的改進，機組功率波動可以得到有效的抑制。機組閥門流量特性對電網穩定運行有著重要影響。

參考文獻

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