汽輪機高壓調節門擺動原因分析及解決方案

王永杰(新疆天山奇臺能源有限責任公司，新疆 昌吉 831800)

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汽輪機高壓調節門擺動原因分析及解決方案

王永杰
(新疆天山奇臺能源有限責任公司，新疆 昌吉 831800)

〔摘 要〕汽輪機高壓調節門是汽輪機調速及安全運行的重要設備，其調節品質的好壞直接影響汽輪機轉速及機組負荷控制的穩定性，同時對于機組的安全性也至關重要。介紹了某發電廠機組的概況及故障情況，對該機組汽輪機在特定工況下存在的高壓調節門嚴重擺動的原因進行了分析，并給出了相應的解決方案。

〔關鍵詞〕汽輪機；高壓調節門；閥門曲線；擺動

1 機組概況

某發電廠7，8號機組為同一型號的國產300 MW亞臨界機組，汽輪機為中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、凝汽式濕冷汽輪機。該型號汽輪機的高壓進汽部分由2臺主汽門和4臺調速汽門組成，設計有單閥和順序閥2種運行方式。由于順序閥運行方式與單閥運行方式相比節流損失較小，可顯著提高汽輪機效率，因此該廠在正常運行時一般均采用順序閥運行方式。機組控制系統DCS采用北京國電智深公司生產的EDPF-NT系統。DEH系統采用西屋公司生產的OVITION系統，DEH系統通過硬線信號接收DCS汽機主控制器給出的設定值，并將其轉換成每個高壓調節門對應的開度指令，來控制汽輪機運行。

2 故障情況

該發電廠7，8號機組自2007，2008年相繼投產運行以來，投入順序閥運行方式控制，汽輪機所有調節門控制基本平穩，偶爾因伺服閥卡澀和零漂等原因出現一些異常，也都能查明原因并及時進行處理。但是在2012年7號機組進行大修之后，3，4號高壓調節門出現了從59．27 %-100 %的大幅擺動現象。當DEH的閥門總指令在順序閥相鄰2個閥門的交叉點上小范圍波動時，這種擺動會持續發生，造成機組負荷、門體和EH油壓同步波動，影響機組的安全穩定運行。

汽輪機高壓調節門作為汽輪機重要的調節機構，其可靠性對機組的安全運行尤為重要。高壓調節門機械彈簧在運行中如因頻繁擺動而斷裂，會對汽輪機控制產生不堪設想的后果。在機組發生甩負荷、跳閘或其他異常情況時，高壓調節門要靠彈簧力快速關閉，而機械彈簧失效則會增大調速系統的動作時間，嚴重時甚至會造成汽輪機超速，危害十分嚴重。因此，需對高壓調節門擺動原因進行分析并采取措施，從根本上防止此類現象的發生。

3 原因分析

機組正常運行時，DEH系統投入遙控控制方式，接受由DCS汽機主控制器給出的負荷設定點，再疊加上一次調頻產生的負荷偏差，經負荷流量曲線轉換為總的流量指令?？偭髁恐噶罡鶕樞蜷y運行方式開啟順序的需要，經函數轉換成每個高壓調節門的流量指令，再由高壓調節門特性曲線變換為對應于每個高壓調節門的開度指令，來控制高壓調節門的動作。

機組運行初期，因高壓調節門與其特性函數吻合，而且大部分時間均運行在汽機跟隨的方式下，汽機主控調節主汽壓力，主汽壓力調節品質好，壓力穩定。因此，DEH系統形成的高壓調節門總指令很穩定，分配到每個高壓調節門的開度指令在負荷相同的情況下也幾乎沒有變化， 機組經常運行的幾個負荷點很少落在順序閥控制中2個相鄰閥門閥位－流量曲線的交叉點上。

隨著機組的長時間運行，在機組A級檢修后，高壓調節門的特性與原定的閥位－流量曲線之間逐漸不完全吻合。而且各種運行方式的交替切換，機組一次調頻及AGC的投入運行，也導致機組的電負荷指令不再是一個穩定的值，DEH接收到的設定點不再保持穩定，而是經常性地在小范圍內波動。這使得同樣電負荷情況下對應的高壓調節門總開度不再相同，而是經常性地發生變化。由于汽輪機的4個高壓調節門在順序閥運行方式時，GV3和GV4啟閉同步，其他閥門按照GV1，GV2的順序參與調節，每2個閥門間存在交叉重疊，這樣就會有閥門切換交叉點。如果高壓調節門閥位－流量曲線配合得不好，則會產生交叉點高壓調節門的擺動。

該廠7號機組3，4號高壓調節門特性分段函數數據如表1所示。

表1　GV3，GV4高壓調節門特性分段函數數據 %

分析表1可知，當機組在汽機跟隨方式下運行時，3，4號高壓調節門流量指令在96．1 %時是一個臨界點，當流量指令大于96．1 %時，3，4號高壓調節門開度立即從59．27 %升至100 %，出現較大的擺動。同時3，4號高壓調門切換到1號高壓調節門的交叉點也剛好落在此區域內。如果機組負荷點在此臨界點往復時，3，4號高壓調節門就會同時出現從59．27 %到100 %的大幅擺動現象。

4 解決方案

從以上分析可以看出，要解決3，4號高壓調節門在臨界點的往復擺動，根本的出發點是使3，4號高壓調節門迅速跨過臨界點或減小其閥位－流量曲線陡度，避免交叉點落在閥門曲線的最陡立區域，以減少其波動次數和波動幅度。要使3，4號高壓調節門迅速跨過臨界點，可通過提高汽輪機調速級壓力、改變當前負荷設定值或將順序閥運行方式切為單閥運行方式來解決；但要從根本上解決問題，則需要修改3，4號高壓調節門的閥位－流量曲線，減緩曲線陡度。經過對比現場實際運行曲線，將原來3，4號高壓調節門特性分段曲線函數進行了修正，修正后的數據如表2所示。

表2　GV3，GV4高壓調節門特性分段函數修正后數據 %

修正3，4號高壓調節門特性曲線后，進行靜態測試正常；進行帶負荷測試，各調節門在不同的負荷狀態下調節平穩。通過GV3，GV4趨勢曲線可看出，高壓調節門在特定負荷下的擺動問題得以解決，高壓調節門特性曲線修正后趨勢曲線正常，高壓調節門控制平穩。但上述方法需要經常性地對高壓調節門流量特性進行核準和修正。

王永杰(1976-)，男，工程師，主要從事熱能動能工程熱工自動控制專業方面的工作，email：yongjie818@163．com。

作者簡介：

收稿日期：2015-08-25。