壓力閥位抽汽調節系統

周淑珍+王富美

摘 要：文章提出了一種壓力閥位抽氣調節系統。該系統引入調節閥位信號，使抽氣調節系統的調節精度更高，系統更穩定，大大提高供熱汽輪機的供熱品質。

關鍵詞：供熱電站；抽汽汽輪機；壓力閥位抽汽調節系統

前言

供熱電站的抽汽汽輪機既要向電網輸出電功率，又要向熱用戶供熱。為了保證供電和供熱的質量，電網要求汽輪機保持一定的轉速和功率輸出，熱網則要求汽輪機保持一定的抽汽壓力、溫度和抽汽量。而抽汽溫度決定于抽汽壓力，不可調節。這就要求抽汽式電站汽輪機調節系統既能控制汽輪機的轉速和功率，又能控制抽汽壓力和抽汽量。

在機械液壓調節系統中，對于冷凝式汽輪機，采用速度調節系統。對于抽汽式汽輪機，還設有壓力調節系統。速度調節系統依靠速度信號來感知電網頻率的變化，參與一次調頻，不能對功率進行閉環調節。壓力調節系統依靠壓力信號來感知抽汽壓力變化，對抽汽壓力和抽汽量進行調節。不能對功率和抽汽量直接進行調節。在數字電液調節系統中，采用了功頻調節系統，大大提高了對功率頻率的調節質量。但是對抽汽式汽輪機，仍采用壓力調節系統，存在調節質量問題。文章通過對壓力系統的調節精度進行分析，提出壓力閥位調節系統。

1 壓力抽汽調節系統的分析

1.1 壓力抽汽調節系統解偶方程的建立

對于抽汽機組的數字電液調節系統，除了功頻調節系統外，同機械液壓調節系統一樣，抽汽調節仍采用壓力調節系統。例如，某公司提供的技術資料，提出：

HP=K11S+K12P1+K13P2+K14 （1）

IP=K21S+K22P1+K23P2+K24 （2）

LP=K31S+K32P1+K33P2+K34 （3）

式中

S： 速度信號（負荷）

P1： 一抽壓力控制信號（一抽相對抽汽流量）

P2： 二抽壓力控制信號（二抽相對抽汽流量）

HP： 高壓閥位（高壓閥流量）

IP： 中壓閥位（中壓閥流量）

LP： 低壓閥位（低壓閥流量）

同機械液壓系統一樣，通過給出四個典型工況的功率、抽汽量和各調節閥流量，計算出12個系數Kij，建立高、中、低壓油動機方程。調節系統通過這一方程，根據壓力控制信號，來確定各油動機升程。那么，用依據四個典型工況建立的方程來確定所有工況的各油動機升程，肯定會有誤差。誤差有多大，調節系統能否允許，下面通過五萬千瓦雙抽機組的變工況計算來驗證一下。

首先建立油動機方程。

表1 典型工況數據表

由此得到閥門流量方程：

HP=0.447S+0.23P1+0.062P2+0.03 （4）

IP=0.847S-0.343P1+0.111P2+0.051 （5）

LP=1.145S-0.488P1-0.465P2+0.073 （6）

1.2 以相對抽汽量為調節信號對系統調節精度的影響

應該注意到，上述方程是以P1、P2作為相對抽汽量建立的。所以首先以相對抽汽量為調節信號來檢驗由公式（1）、（2）、（3）求得的閥門流量與熱力計算得到的閥門流量的相對偏差，這一偏差影響系統的調節精度。通過計算，可以得到以下結論：

（1）大部分工況，由公式求得的閥門流量與熱力計算得到的閥門流量的偏差小。

（2）以相對抽汽量為調節信號對系統調節精度的影響很小，可以用相對抽汽量作為調節信號。

1.3以相對抽汽壓力為調節信號對系統調節精度的影響

在壓力調節系統中，實際上是以相對抽汽壓力作為調節信號的。抽汽量變化時，會引起抽汽壓力變化。但是，可以證明，當時的抽汽量與額定抽汽量的比值和抽汽壓力與額定抽汽壓力比值有一定關系，但不成正比。1.2已經說明了用相對抽汽量作為調節信號對系統調節精度的影響很小，而實際系統中是用相對抽汽壓力（實際抽汽壓力/額定抽汽壓力）代替相對抽汽流量作為調節信號對系統調節精度的影響就會很大。只有當抽汽量接近額定抽汽量時，影響才可能較小。以相對抽汽壓力為調節信號來檢驗由公式（4）、（5）、（6）求得的閥門流量與熱力計算得到的閥門流量的相對偏差，這一偏差影響系統的調節精度。通過計算，可以得到以下結論：

（1）大部分工況，由公式求得的閥門流量與熱力計算得到的閥門流量的偏差很大。

（2）以相對抽汽壓力為調節信號對系統調節精度的影響很大，不宜用相對抽汽壓力作為調節信號。

1.4 以相對抽汽壓力為調節信號影響系統調節精度的原因

1.4.1 解耦方程（1）、（2）、（3）是以相對抽汽流量作為調節信號建立的。在壓力調節系統中，實際上是以相對抽汽壓力作為調節信號的。前文已經說明，相對抽汽量和相對抽汽壓力有一定關系，但不成正比。以相對抽汽壓力作為調節信號會對調節精度產生很大的影響。

1.4.2 主汽量、抽汽量和功率的關系復雜，都不是成正比。試圖用四個典型工況來求解解耦方程（1）、（2）、（3）的12個系數建立的方程來求解所有可能的工況，也會產生較大的偏差。

由于上述原因，實際調節過程中，某一參數的變化，會使得各閥門產生過調，甚至產生反調，引起系統波動，降低供電和供汽的質量。

2 壓力閥位抽汽調節系統的提出

在數字電調出現之后，調節系統具有了強大的運算和管理功能，為實現更精確、平穩、快速的調節要求提供了廣闊的空間。

單抽機組可以看成由兩個汽輪機組成。雙抽機組可以看成由三個汽輪機組成。所以抽汽供熱機組是一個復雜的系統。它是由多個子系統構成，每個子系統又有不同的控制目標。試圖用一組方程來描述一個復雜的系統，只要其中任一子系統描述有偏差，都會引起整個系統很大的偏差。所以壓力抽汽調節系統除了解決問題的方法存在缺陷外，其設計思想也有值得商榷之處。endprint

文章提出一種分散調節，集中控制的調節系統。對于汽輪機的每一個調節閥只有一個控制參數。它感受到參數被擾動時，僅控制本閥門向給定參數靠近，不去試圖調整其它閥門。這樣，每個子系統（高、中、低壓部分）都能穩定，整個系統也就是穩定的。再者，調整的結果都是要求它控制一定的流量，以達到汽輪機輸出給定的功率和抽汽量。本系統的調節方法是根據當前的壓力和閥位計算出當前流量，再按給定壓力或功率計算出需要的流量，輸出閥位，以達到汽輪機輸出給定的功率和抽汽量的目的。

2.1 抽汽調節閥的調節

當抽汽量發生變化，閥位未動作時，通過調節閥的流量變化使抽汽壓力偏離抽汽整定壓力。按當前閥位h0，在‘額定壓力閥位流量曲線查出當前閥位相應的額定流量Gr。可以證明，閥位不變時，閥前壓力基本上與通過閥門的流量成正比。輸入當前壓力P和給定壓力Pe，折算出額定壓力的當量流量Ge=Gr/Pe*P，再從‘額定壓力流量閥位曲線查出給定閥位he。邏輯流程如圖1。

2.2 高壓調節閥的調節

高壓調節閥的調節思路是抽汽量發生變化，閥位未動作時，電功率會偏離給定功率。由于存在抽汽量，汽耗率不同于冷凝工況的汽耗率，所以，不能按冷凝功率閥位曲線來確定閥位。求出當時的汽耗率是調整閥位的關鍵。首先，按閥門升程查‘額定壓力閥位流量曲線求出當前閥位對應的額定壓力流量Gr，除以當前功率Ne，乘以給定功率N，得到相應給定功率對應的額定壓力流量Ge，再從‘額定壓力流量閥位曲線查出給定閥位he。邏輯流程如圖2。

2.3 中壓調節閥的調節

汽輪機一般有三種啟動模式。一是高壓缸啟動。二是中壓缸啟動。三是高中壓聯合啟動。高壓缸啟動模式，中壓調節閥全開，不參與調節。中壓缸啟動模式，高壓缸不進汽，中壓調節閥可以按高壓調節閥邏輯調節。切換到高壓缸進汽后，按切換的高壓缸啟動模式或高中壓聯合啟動模式參與調節。高中壓聯合啟動模式，在啟動時參與調節，它的調節思路是保證中壓流量與高壓流量一致（成一定比例k，例如300MW機組，k=0.871）。首先求出高壓流量，然后計算出相應的中壓流量，求出中壓閥閥位。（見圖3）

3 結束語

綜上所述，壓力閥位調節系統利用數字電調的強大運算能力，適時準確計算出各閥的開度，可以實現更精確、快速的調節，保證汽輪機的平穩運行。

參考文獻

[1]倪維斗，徐基豫.自動調節原理與透平機械自動調節[M].機械工業出版社，1981.

[2]郭鈺鋒，徐志強，于達仁.汽輪機調節原理[M].機械工業出版社，2010.endprint

文章提出一種分散調節，集中控制的調節系統。對于汽輪機的每一個調節閥只有一個控制參數。它感受到參數被擾動時，僅控制本閥門向給定參數靠近，不去試圖調整其它閥門。這樣，每個子系統（高、中、低壓部分）都能穩定，整個系統也就是穩定的。再者，調整的結果都是要求它控制一定的流量，以達到汽輪機輸出給定的功率和抽汽量。本系統的調節方法是根據當前的壓力和閥位計算出當前流量，再按給定壓力或功率計算出需要的流量，輸出閥位，以達到汽輪機輸出給定的功率和抽汽量的目的。

2.1 抽汽調節閥的調節

當抽汽量發生變化，閥位未動作時，通過調節閥的流量變化使抽汽壓力偏離抽汽整定壓力。按當前閥位h0，在‘額定壓力閥位流量曲線查出當前閥位相應的額定流量Gr。可以證明，閥位不變時，閥前壓力基本上與通過閥門的流量成正比。輸入當前壓力P和給定壓力Pe，折算出額定壓力的當量流量Ge=Gr/Pe*P，再從‘額定壓力流量閥位曲線查出給定閥位he。邏輯流程如圖1。

2.2 高壓調節閥的調節

高壓調節閥的調節思路是抽汽量發生變化，閥位未動作時，電功率會偏離給定功率。由于存在抽汽量，汽耗率不同于冷凝工況的汽耗率，所以，不能按冷凝功率閥位曲線來確定閥位。求出當時的汽耗率是調整閥位的關鍵。首先，按閥門升程查‘額定壓力閥位流量曲線求出當前閥位對應的額定壓力流量Gr，除以當前功率Ne，乘以給定功率N，得到相應給定功率對應的額定壓力流量Ge，再從‘額定壓力流量閥位曲線查出給定閥位he。邏輯流程如圖2。

2.3 中壓調節閥的調節

汽輪機一般有三種啟動模式。一是高壓缸啟動。二是中壓缸啟動。三是高中壓聯合啟動。高壓缸啟動模式，中壓調節閥全開，不參與調節。中壓缸啟動模式，高壓缸不進汽，中壓調節閥可以按高壓調節閥邏輯調節。切換到高壓缸進汽后，按切換的高壓缸啟動模式或高中壓聯合啟動模式參與調節。高中壓聯合啟動模式，在啟動時參與調節，它的調節思路是保證中壓流量與高壓流量一致（成一定比例k，例如300MW機組，k=0.871）。首先求出高壓流量，然后計算出相應的中壓流量，求出中壓閥閥位。（見圖3）

3 結束語

綜上所述，壓力閥位調節系統利用數字電調的強大運算能力，適時準確計算出各閥的開度，可以實現更精確、快速的調節，保證汽輪機的平穩運行。

參考文獻

[1]倪維斗，徐基豫.自動調節原理與透平機械自動調節[M].機械工業出版社，1981.

[2]郭鈺鋒，徐志強，于達仁.汽輪機調節原理[M].機械工業出版社，2010.endprint

文章提出一種分散調節，集中控制的調節系統。對于汽輪機的每一個調節閥只有一個控制參數。它感受到參數被擾動時，僅控制本閥門向給定參數靠近，不去試圖調整其它閥門。這樣，每個子系統（高、中、低壓部分）都能穩定，整個系統也就是穩定的。再者，調整的結果都是要求它控制一定的流量，以達到汽輪機輸出給定的功率和抽汽量。本系統的調節方法是根據當前的壓力和閥位計算出當前流量，再按給定壓力或功率計算出需要的流量，輸出閥位，以達到汽輪機輸出給定的功率和抽汽量的目的。

2.1 抽汽調節閥的調節

當抽汽量發生變化，閥位未動作時，通過調節閥的流量變化使抽汽壓力偏離抽汽整定壓力。按當前閥位h0，在‘額定壓力閥位流量曲線查出當前閥位相應的額定流量Gr。可以證明，閥位不變時，閥前壓力基本上與通過閥門的流量成正比。輸入當前壓力P和給定壓力Pe，折算出額定壓力的當量流量Ge=Gr/Pe*P，再從‘額定壓力流量閥位曲線查出給定閥位he。邏輯流程如圖1。

2.2 高壓調節閥的調節

高壓調節閥的調節思路是抽汽量發生變化，閥位未動作時，電功率會偏離給定功率。由于存在抽汽量，汽耗率不同于冷凝工況的汽耗率，所以，不能按冷凝功率閥位曲線來確定閥位。求出當時的汽耗率是調整閥位的關鍵。首先，按閥門升程查‘額定壓力閥位流量曲線求出當前閥位對應的額定壓力流量Gr，除以當前功率Ne，乘以給定功率N，得到相應給定功率對應的額定壓力流量Ge，再從‘額定壓力流量閥位曲線查出給定閥位he。邏輯流程如圖2。

2.3 中壓調節閥的調節

汽輪機一般有三種啟動模式。一是高壓缸啟動。二是中壓缸啟動。三是高中壓聯合啟動。高壓缸啟動模式，中壓調節閥全開，不參與調節。中壓缸啟動模式，高壓缸不進汽，中壓調節閥可以按高壓調節閥邏輯調節。切換到高壓缸進汽后，按切換的高壓缸啟動模式或高中壓聯合啟動模式參與調節。高中壓聯合啟動模式，在啟動時參與調節，它的調節思路是保證中壓流量與高壓流量一致（成一定比例k，例如300MW機組，k=0.871）。首先求出高壓流量，然后計算出相應的中壓流量，求出中壓閥閥位。（見圖3）

3 結束語

綜上所述，壓力閥位調節系統利用數字電調的強大運算能力，適時準確計算出各閥的開度，可以實現更精確、快速的調節，保證汽輪機的平穩運行。

參考文獻

[1]倪維斗，徐基豫.自動調節原理與透平機械自動調節[M].機械工業出版社，1981.

[2]郭鈺鋒，徐志強，于達仁.汽輪機調節原理[M].機械工業出版社，2010.endprint