火電廠汽輪機閥門流量特性曲線優化

付曉明，張殿朝，李 超

(內蒙古京泰發電有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 017100)

0 引言

汽輪機閥門流量特性曲線用于描述閥門開度與通過閥門的蒸汽流量之間的對應關系，數字式電液控制系統(digital electro-hydraulic control system, DEH)閥門流量特性曲線若與閥門實際流量相差較大，在機組變負荷和一次調頻時，可能出現負荷突變和調節緩慢的問題，造成機組控制困難，從而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，也會影響機組順序閥投入的經濟性。

為提高機組自動發電控制系統(automatic generation control system, AGC)和一次調頻的性能及節能降耗，需要對DEH系統閥門流量特性曲線進行優化和再調整，計算出切合機組實際情況的閥門流量特性曲線，從而使機組的單閥／順序閥切換過程更平穩，負荷擾動更小，主汽溫度、主汽壓力等參數更穩定，瓦溫、振動、位移等都能夠得到一定的改善，增強機組變負荷和一次調頻的能力，提高機組運行的經濟性和控制的穩定性。

1 機組概況

京泰電廠1號機組是上海汽輪機廠生產的亞臨界中間再熱直接(間接)空冷機組，該機組的配汽方式為全電調控制，調節閥采用多閥系統，各閥門嚴格按照預定的程序執行啟閉，升程關系固定，可以實現單閥和順序閥控制。在啟動和較低負荷時，汽輪機采用單閥節流調節，此時6個調節閥同時開啟；帶一定負荷后，軸系受熱均勻，可以切成順序閥控制，即噴嘴調節，此配汽方式要比單閥控制下經濟效率要高，但其流量特性曲線線性要求比較高，若線性度差會影響到機組控制品質，因此有必要對此類機型順序閥曲線進行優化，以適應實際運行的要求。

2 閥門流量曲線優化試驗及驗證

2.1 試驗目的

(1) 在確保機組振動和瓦溫在運行允許范圍內，查找閥門最佳開啟順序。

(2) 確定高調門的實際流量特性曲線以及重疊度。

(3) 根據高調門實際的流量特性曲線關系及高調門的重疊度數據，優化DEH系統高調門單閥和順序閥流量曲線，使其綜合流量曲線線性化，閥門重疊度≤6 % (壓力重疊度)，提高機組經濟效率。

(4) 確定機組參與AGC和一次調調頻時調頻負荷與閥位的對應關系，增強機組變負荷和一次調頻的能力，提高機組運行的經濟性和控制的穩定性。

2.2 試驗步驟

2.2.1 閥門開啟順序試驗

(1) 解除機組AGC、退出一次調頻，汽輪機切單閥控制，投功率回路調節，機組負荷維持200 MW。

(2) 蒸汽工況調整由鍋爐完成，通過給煤量調整來維持主汽壓力穩定在14 MPa。

(3) 對各個高調門逐個進行測試，試驗時高調門切手動，通過DEH手動給定閥位，以5 %的幅度逐步關閉調門(10 %以下區域緩慢操作，每次以2 %左右幅度操作)，全關后再逐步開啟至全開。

(4) 操作高調門時注意觀察軸系的瓦溫和振動值，如達到或接近風險(報警)值(振動值大于125 μm，瓦溫大于95 ℃)立即恢復系統。

(5) 若試驗結果顯示軸系振動、瓦溫、閥桿振動、氣流激振均滿足機組運行的安全要求，則停止試驗，進行下步試驗。

2.2.2 單閥閥門流量曲線特性試驗

(1) DEH處于單閥運行狀態。

(2) 在負荷170～320 MW，做調門的流量特性試驗，運行人員保持主汽壓力、各段抽汽壓力等參數的穩定，減少外界對真空的影響，以保證試驗數據的準確性。

(3) 試驗前，熱控人員校驗1～6號高調門就地位移傳感器，保證其指示準確。

(4) 機組處于協調方式，主汽壓力控制在14 MPa, 負荷由320 MW(據現場實際情況，從最大負荷開始試驗)降至220 MW，每隔10 MW記錄一次數據。

根據閥門特性試驗數據，GV1～GV6在預啟閥行程內無流量，TP=14 MPa時閥的有效行程GV1～GV6分別為81 %，81 %，55 %，61 %，61 %，71 %；預 啟 閥 行程GV1～GV6分 別 為10.756 %，13.213 %，6.4 %，6.9 %, 9.8 %，9.9 %；GV1～GV6的死區分別為0 %，2.3 %，1.9 %，4.9 %，0 %，1.7 %。

分析得出新順序閥曲線，如原順閥特性試驗結果所述，1號機組原順序閥曲線線性較好，閥門重疊度稍小，曲線修改主要側重于以下兩個方面。

(1) 原閥門預啟開度設置為6 %左右，根據試驗數據調整至10 %以上，同時微修正閥門重疊度，補償閥門開啟后期斜率變小的現象。

(2) 將前高調門行程開度由原來100 %調整至95 %，防止機組在閥門拐點和高負荷調節時調門擺動，以及閥門全開段因指令和反饋偏差而產生積分飽和現象，有利于機組安全運行。

2.2.3 閥門曲線修改后的流量特性試驗

根據1號機組閥門曲線修改后進行的特性試驗數據，得出主蒸汽壓力TP=14 MPa時，機組優化后順序閥綜合閥位與主汽流量/功率的對應關系曲線，結果表明優化后的順序閥曲線下運行時流量特性曲線更加線性。

3 閥門試驗結果分析

(1) 通過京泰電廠1號機組汽輪機閥門特性試驗情況，對汽輪機順序閥曲線進行了優化和修改，單/順閥無擾切換試驗合格正常，閥門切換時，負荷波動≤1.5 %額定負荷(功率方式)。

(2) 新順序閥曲線優化后，流量曲線線性穩定，無調速系統擺動現象，閥門開啟重疊度小于5 %，正常運行中，負荷波動≤1 %額定負荷，無閥門空行程波動現象，閥門重疊開啟階段無負荷波動和調門擺動情況。

(3) 新順序閥曲線流量特性滿足全程流量線性化，綜合流量指令與主汽流量、實發功率的對應慣性較原曲線更為合理和線性化。

(4) 轉速系統優化后，保證汽輪機在穩態轉速下實際轉速與額定轉速偏差不超過±0.1 %。

4 結束語

京泰1號機組順序閥曲線優化后，其流量特性曲線有所改變，在基本不改變原閥門線性斜率的基礎上，通過調整閥門重疊度、預啟閥開度，最大可能地保證曲線線性和穩定，使得同等條件部分負荷段汽輪機響應加快，同時未來可能會對部分負荷段協調控制系統(coordination control system,CCS)的調整帶來影響(目前尚未發現)。因此，在機組實際運行中需根據實際情況對機、爐主控控制參數做出適當調整和修正。