汽輪機調速汽門異常波動分析

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257000）

汽輪機調速汽門異常波動分析

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257000）

汽輪機調速系統機械檢修或改造后，調速汽門流量特性會改變，使得實際閥門流量特性曲線、閥門開啟重疊度與原設計不匹配，易造成調速汽門響應遲緩或過度波動，與主汽壓、負荷等機組參數交替影響而產生高頻振蕩。為適應閥門流量特性的改變，DEH控制系統必須重新實驗并計算閥門流量特性曲線，以便于合理調整閥門開啟重疊度，改善DEH控制系統調節品質，實現機組穩定安全運行。

汽輪機；電液調速；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，以及節能減排的需要，降低發電成本、提高經濟效益已成為當前發電企業機組運行首要目標。中小容量機組煤耗偏高的一個重要原因是汽輪機通流部分進汽量受限、效率低，所以一般通過對汽輪機進行通流改造，更換調速汽門閥芯等對汽輪機進行擴容。但由于安裝或設備改型原因致使DEH控制系統調速汽門流量特性曲線設定與實際不一致，對自動調節效果產生較大影響，導致DEH控制系統出現調速汽門響應遲緩或過度波動問題［1-3］。

1 調速汽門波動原因分析

沾化電廠3號機組2013年小修后DEH控制系統在順序閥方式下，3號調速汽門開度GV3在40%～70%范圍內出現頻繁波動現象（見圖1），調速汽門忽大忽小開關，伴隨主汽壓力、負荷微量波動。因負荷（MW）、主汽壓力（TP）、調速汽門開度（GV3PZ、GV4PZ）不穩定，相互作用使得機組控制系統不穩定，直接影響了機組的運行穩定性。

從EH油系統或DEH控制系統兩方面分析調速汽門波動原因［4-5］。油動機等油系統引起調速汽門的波動主要與EH油壓有關，經觀察及調閱歷史數據分析發現調速汽門波動前后及波動過程中EH油壓穩定。3號調速汽門開度波動范圍固定在40%～70%內，此范圍以外調速汽門控制相對穩定無波動現象（波動若為EH油系統原因則應伴隨調速汽門整個控制行程并應有控制遲緩及超調現象），在此范圍內通過強制改變3號調速汽門閥位指令，觀察其閥位反饋情況為穩定無波動，由此判斷次波動原因與外部EH油系統無關，可能與DEH控制系統自動控制參數有關。

圖1 DEH調速汽門波動曲線

通過對圖1曲線數據分析可以看到，3號調速汽門開度、4號調速汽門開度、主汽壓力、負荷在指令不變情況下均存在波動現象。3號調速汽門波動幅度最大且是由小而大，4號調速汽門開度、主汽壓力、負荷波動幅度相對較小，且隨3號調速汽門波動幅度而由小變大，他們之間的波動存在相互關聯。在波動位置4號調速汽門開度為5%左右，所以波動處于3號與4號調速汽門重疊區上。通過改變主汽壓力或負荷錯開3號與4號調速汽門重疊區，再觀察調速汽門在此位置的波動情況，發現波動幅度明顯降低，所以調速汽門重疊區不合適應為一誘因［6］。

因3號機組檢修后3號調速汽門才開始出現波動現象，懷疑波動應與小修中的檢修項目有關。經查小修中有關熱控、機務檢修項目，DEH控制系統組態、參數設置無改變情況下，機務專業對3號機組汽輪機通流改造中更換了所有高壓調速汽門閥芯，改變了蒸汽流經調速汽門時的通流面積及通流速度，所以疑點主要集中在閥門流量特性上。

2 閥門流量特性試驗

閥門流量特性曲線是閥門開度與通過閥門蒸汽流量的對應關系，DEH系統中設置的閥門流量特性曲線如果與閥門實際相差較大，在機組變負荷控制時，可能出現負荷突變和調節遲緩問題，造成閥門控制異常，影響機組的安全性和變負荷能力。在順序閥方式下，如果調節閥門重疊度設置不合理，也會影響閥門控制的穩定性［7-8］。為驗證閥門流量特性是否發生變化，對3號機組做閥門流量特性試驗來檢查調速汽門流量特性情況。

以順序閥控制方式下進行流量特性試驗，鍋爐手動操作保持燃料量不變，機組始終維持主汽壓力為13 MPa額定壓力，自機組額定負荷165 MW起按5 MW的降幅，逐步減小DEH的負荷設定值，直至4個高壓調速汽門逐個全關。每隔5 MW的降幅結束后，等待機組各項參數穩定后，記錄DEH的主汽壓力、主汽流量、負荷給定值、機組負荷、各高調速汽門開度指令、調節級壓力、DEH負荷參考等參數（表1）。

表1 閥門流量試驗記錄

通過分析閥門流量特性試驗數據，不難看出3號、4號調速汽門實際流量特性已不線性，特別是4號調速汽門17%～63%（3號調速汽門27%~48%）開度范圍內流量變化僅為3%，導致影響負荷量較小，而4號調速汽門70%～100%與0%～25%開度范圍內反而能夠影響流量變化達10%，因而影響負荷量較大。與通流改造前流量特性相比較，各調速汽門開度與進汽流量、負荷的對應關系已不成比例，4號調速汽門在17%開度開始對進汽流量、負荷影響已明顯呈非線性減弱，此時若繼續實現負荷的快速、線性控制，則需通過改變3號調速汽門開度來配合，即需調整3號、4號調速汽門重疊度。

通流改造前閥門特性參數見表2，根據3號機組通流改造后閥門流量特性試驗數據計算出閥門實際的流量特性參數（表3），通流改造前、后閥門特性曲線比較見圖2。

從圖2可看出3號調速汽門實驗整理的閥門流量特性曲線在35%開度以后改變較大，同時4號調速汽門起點后移改變了3號、4號調速汽門重疊度。

表2 通流改造前閥門特性參數%

表3 通流改造后閥門特性參數%

圖2 通流改造前后閥門特性曲線比較

3 DEH系統調試

依據閥門流量特性試驗整理的數據，對DEH系統閥門流量特性進行優化，重新計算出DEH系統控制邏輯內部3號、4號調速汽門閥門管理函數模塊f3（x）和f4（x）參數（表4）。在對兩閥門管理函數模塊修訂參數后再改變調速汽門開度觀察其穩定情況，調速汽門、主汽壓力、負荷波動現象消失，DEH控制穩定。

表4 閥門管理函數模塊參數表%

4 結語

汽輪機通流改造、調速汽門閥芯檢修或更換等情況后，改變了調速汽門的流量特性，造成了調速汽門波動，重新試驗并計算出閥門實際流量特性曲線，合理調整閥門開啟重疊度，提高閥門特性曲線的線性度，并調整了機爐協調PID控制參數，最大程度改善了DEH控制系統調節品質，實現了機組的穩定安全運行。

［1］張斌，蔡奇新.DEH閥門流量特性曲線對機組協調控制的影響［J］.江蘇電機工程，2008，27（1）：75-77.

［2］鄭曉春，許世龍，周長偉.DEH系統閥切換時負荷波動原因分析與對策［J］.山東電力技術，2012（1）：61-65.

［3］劉新龍，巨林倉，胡平，等.DEH閥門流量特性曲線校正［J］.汽輪機技術，2011，53（4）：288-290.

［4］崔文迪.330 MW機組DEH系統調速汽門擺動問題的分析處理［J］.陜西電力，2009（4）：66-68.

［5］宋崇明，劉嬌，馬世喜，等.亞臨界330 MW供熱機組汽輪機高調門大幅高頻擺動問題的分析及解決［J］.節能技術，2012，30（6）：527-531.

［6］田松峰，史志杰，閆麗濤.汽輪機控制系統中閥門重疊度的研究［J］.汽輪機技術，2008（6）：448-450.

［7］王文寬.大型汽輪機閥門管理參數的現場整定［J］.汽輪機技術，2008（2）：156-158.

［8］王文寬，孟祥榮.汽輪機順序閥控制參數的整定［J］.山東電力高等專科學校學報，2004（3）：53-56.

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，從事電廠集控運行工作。