汽輪機閥門流量特性對電力系統的影響及其控制策略

朱建華

摘要：汽輪機閥門流量的特性在很大的程度上決定著電力系統的穩定性，對已有的相關文獻進行查閱和分析，將本文中主要對汽輪機閥門的流量特性進行分析，并提出閥門流量特性的優化方法和汽輪機的改進控制策略。

關鍵詞：汽輪機；閥門調節；流量特性；優化控制

引言

由于DEH系統具有擅長管理和可控制各種規格的汽輪機閥門的優勢，大多數的電廠都通過DEH系統控制汽輪機，通過系統指令將流量轉變為汽輪機閥門的開度，故閥門流量和開度之間存在著一定的關系，即閥門流量特性曲線。如果汽輪機在運行中閥門的實際流量與原流量特性曲線存在偏差，則會導致汽輪機的控制出現偏差，從而影響整個汽輪機機組的安全和負荷能力，最終可能導致機組系統出現劇烈震顫，并嚴重損害正在高速高負荷運行的機組。但在實際情況中，各個電廠汽輪機機組的制作與安裝工藝不同、閥門的磨損程度不一、閥門的理論設計行程與實際行程存在差異，這種種原因均會使閥門流量與原流量特性曲線出現偏差。故需要對汽輪機閥門進行研究，對其流量特性曲線進行調整，以維持汽輪機機組的運行的穩定性，避免潛在的危害，以促進電廠隨時代的發展而發展壯大。

1、輪機閥門流量特性的分析

汽輪機通流部分的設計是以經濟功率為依據的，從汽輪機功率公式：

可以看出，調節進入汽輪機的蒸汽量D0可以調節出力，同時也可以調節蒸汽所做的功Δhtmac，二不同的配汽方式可以改變D0和Δhtmac的。在機組以順閥的運行時，所采用的是噴嘴配汽的方式，汽輪機的第一級為調節級，調節級可分幾個噴嘴組，當蒸汽通過全開的主汽門后，便可通過依次開啟調節汽門通向調節級。正常情況下，一個調節汽門控制一個噴嘴組，而一個噴嘴組為3～6組。當負荷很小時，只開啟一個調節汽門，即只有第一噴嘴組進汽，部分進汽度很??；當負荷增大使第一調節汽門接近全開時，第二調節汽門開啟，第二噴嘴組才可以進汽且部分進汽度增大，依次類推。故只有部分開啟的調節汽門中蒸汽節流較大，而全開的汽門中蒸汽流已減到最小，所以只有部分負荷時，機組的經濟性較好，這就是噴嘴配汽的主要特點。由于各噴嘴組間存在間壁，所以即使全部的調節汽門全開，調節級仍然只是部分進汽，即在最大功率下調節級有部分進汽損失[1]。

二、閥門流量特性的優化方法

顯而易見，汽輪機閥門本身是具有流量特征的，這是一個不可能隨意發生變化的客觀事實。所以，想要對閥門流量進行優化，最直接的方法就是對其實際工作的流量特性曲線進行優化，但由不同的汽輪機機組存在差異，優化的方式也不盡相同，因此對閥門進行優化存在著一定的復雜性和難操作性。對此，電廠工作人員只能根據閥門的實際流量曲線進行判斷和識別，對實際流量特性曲線進行科學分析，從而優化閥門流量，維持電力系統的穩定性。具體操作為：在對閥門流量曲線進行優化前，對前人的工作進行總結，并對各個電力系統的不同閥門在運行時進行實際流量的測定并繪制其流量特征曲線，以此為基礎來管理和優化閥門的實際工作流量曲線，然后再通過DEH系統對汽輪機的閥門下達專業的閥門流量指令和閥門開度指令。在此操作下，我們便可以按照自身電廠不同的汽輪機閥門進行合理的管理并優化實際流量曲線，從而加強對汽輪機蒸汽流量的控制，維持電力系統的穩定，促進各電廠的發展。此外，對汽輪機閥門的流量曲線優化還需要以各閥門曲線如單、順閥的關系為基礎。目前，汽輪機機組各閥門曲線主要存在著單、順閥按比例設置，在已知的的理論研究中，對閥門曲線的管理主要有兩種方式，第一種為單、順閥采用合理比例和偏置修正模式；第二種為單、順閥不同閥門之間采用不同的管理曲線。

而事實上，從已有的研究做的測試所得的閥門開度與蒸汽流量之間的關系曲線可知，兩者之間呈現的是非線性關系。調節汽輪機調節系統的重要方法就是調節汽輪機閥門的流量曲線，根據閥門曲線的調節，將流量指令改變為對應的閥位指令。因此，在已建立的汽輪機模型中，閥門的流量特性本質上是與等效閥位和蒸汽流量間的關系相對應的，而在此情況下，通常忽略系統所受到的閥門流量特征的影響，故給汽輪機和其調速系統建立數學模型就必須要考慮汽輪機閥門特性曲線的調整是否會造成影響[2]。

三、汽輪機的改進控制策略

要對汽輪機控制上所存在的問題進行改進，需要以大量的事實為依據，因此對機組進行多次的仿真實驗和和實際實驗，得出以下結論：當機組功率發生持續性波動時，為了快速平息該持續性波動，需要將汽輪機機組的負荷機動自動控制切換為手動控制，但由于控制模式的切換需要運行人員進行人工切換，故在某種程度上增加了不確定的人為主觀因素。在2008年，南方電網曾發生過一起因機組低頻振蕩所引起的事故，當時發生的事故的是紅河電廠的2號機組，其當時的功率持續波動時間已超過了6分鐘，然而在這六分鐘內，2號機組的運行人員并未發現也沒有采用預定的干預措施，最終給電廠造成了無法挽回的損失。由此事故可知，在對汽輪機機組控制策略上進行改進的同時，必須加強對工作人員的意識，極力避免人為主觀因素對汽輪機控制策略的影響。

如果從汽輪機的控制策略角度出發，我們可以認為汽輪機功率的波動是由于控制器的過度調節所導致的，所以在對汽輪機所配備的控制系統進行比例-積分-微分控制環節后，應該增加對汽輪機速率限制的環節，通過限制速度的方法來避免由于過度調節導致的震動性波動。在此改進過后，便能夠實現在閥門流量特性不佳的情況下，對汽輪機的控制策略可以減小控制器的過度調節，從而進一步抑制汽輪機機組的功率波動。只有在改進機組控制策略和原始機組控制策略都處于正常運作的情況下，改進的機組控制策略才能不影響控制系統的調節品質；只有在汽輪機閥門流量與實際流量特性曲線互不相符時，汽輪機的安全性和變負荷能力才會受到影響。在對控制策略改進后，汽輪機負荷與蒸汽流量曲線的連續性和線性程度均得到了改善，從而進一步提高了汽輪機機組的自動化水平和生產效率[3]。

四、結束語

通過對汽輪機閥門流量自身特性對電力系統的影響的研究發現，當汽輪機閥門流量特性發揮發揮不佳時，汽輪機機組在一定的范圍內會發生功率的波動，當波動的頻率與電力系統的頻率發生振時，有可能導致電網低頻和震蕩。通過對汽輪機機組系統控制策略進行改進，可以有效抑制機組功率波動。

參考文獻：

[1.] 焦敬東.汽輪機閥門流量特性對電力系統的影響及其控制分析[J].科技創新導報，2012（27）：76.

[2.] 盛鍇，劉復平，劉武林，尋新，王伯春，李勁柏. 汽輪機閥門流量特性對電力系統的影響及其控制策略[J].電力系統自動化，2012，36（7）：104-109.

[3.] 徐厚達. 汽輪機閥門流量特性對電力系統的影響及其控制策略[J].信息化建設，2015（12）：273.