汽轮机高压调门流量特性测试分析

　　摘要：汽轮机阀门管理程序中阀门流量特性曲线的真实性，直接影响机组协调控制的品质、一次调频动作合格率以及阀门单阀/多阀切换。以广西某发电公司220MW机组为例，对高压主汽阀流量特性曲线进行实测，介绍高压调阀流量特性曲线实测方法及数据处理方法。

　　关键词：一次调频;流量特性;阀门开度;协调控制

　　阀门流量特性曲线表述的是阀门开度与通过阀门的蒸汽流量的对应关系。如果汽轮机阀门流量特性曲线与实际流量特性相差较大，在一次调频动作或变负荷时，容易造成负荷变化过大或不足;同时在阀门单、多阀切换时造成负荷波动较大，影响机组的稳定运行。单、多阀的切换目的是为了提高机组的经济性和稳定性，其实质是实现节流调节与喷嘴调节的无扰切换，解决变负荷过程中的均热要求与部分负荷经济性的矛盾。DEH阀门流量特性试验就是通过试验的方式得到阀门流量特性曲线，以解决在单、多阀切换过程中出现的负荷摆动的现象，优化机组负荷控制精度及一次调频动作情况正确性，保证机组的安全运行。

　　1设备概况

　　广西某发电公司2号汽轮机为北京重型电机厂生产的N200—12.7/535/535型汽轮机，一次中间再热、抽气冷凝式汽轮发电机组，于1995年11月投产发电。自投产后经过了多次设备改造，原热控系统是西安仪表厂生产的JKDT数字组装仪表和YS80系列数字调节仪表，DAS采用国产的EDPF一1000NEW型仪表，还采用了大量的常规仪表。

　　改造后采用了北京和利时系统工程有限公司的MACS系统。DCS按功能划分为CCS、SCS、DAS、FSSS、DEH。汽轮机控制由原来的机械一液压式控制系统方式改为数字电液控制系统(DEH)。原机械一液压式控制是通过机械凸轮配汽机构来控制各高压调门的开度，而DEH是通过阀门管理功能来实现各高压调门的开度。如果在DEH里还是按原机械凸轮配汽曲线进行配汽，将加大各调门的节流损失，降低汽轮机的效率。在这样的情况下有必要对广西某发电公司2号汽轮机的阀门流量特性进行实测，以解决在单、多阀切换过程中出现的负荷摆动现象，优化机组负荷控制精度及一次调频动作情况，保证机组的安全运行。

　　2试验方法和步骤

　　2.1单阀状态下的试验

　　1)将机组在协调方式下运行，负荷缓慢升至机组额定负荷(220MW)，通过操作调整使主蒸汽压力缓慢降低，直到4个高压调门全开。此时的运行工况为：4个高压调门全开，负荷维持在220MW并保持相对稳定，主汽压力及主汽温度保持相对稳定。记录此时4个高压调门全开的主蒸汽压力及调节级压力。2)退出机组协调运行方式，并联系调度退出一次调频功能，DEH应在阀位控制方式下切为本地操作。锅炉维持此时的主蒸汽压力及主蒸汽温度。3)由电厂热工DCS维护人员在DEH逻辑中，操作4号高压调门(GV)的控制输出指令，以每次减少5%的指令开始关闭GV，直到全关GV。每次减少5%时，记录有关参数：阀位给定、流量指令、阀位开度(LVDT(GV。一GV))、主汽压、调节级压力、主汽温、高压排汽压力、高压排汽温度、实际功率、给水流量、主蒸汽流量等。

　　4)4号高调门全关后，电厂热工DCS维护人员以每次增加5%的指令开始开启GV，直到全开。为真实获取调门的流量特性，试验过程中，主蒸汽压力及主蒸汽温度必须维持稳定不变，若试验过程中主蒸汽压力或温度发生波动，每个点要求维持5—1Omin，确保试验过程主蒸汽压力及温度相对稳定后才记录数据。5)GV。、GV、GV。的阀门特性测试过程重复以上步骤进行。6)单阀试验完毕后，为了避免部分负荷下阀切换带来的负荷波动，应在220MW负荷进行阀切换，因此时单阀与多阀的实际阀门开度都是100%。机组控制方式由单阀控制切换为顺序阀方式。

　　2.2多阀状态下的试验

　　1)对DEH中的顺序阀逻辑中的重叠度进行修改，设置重叠度为0。DEH控制方式为阀控方式，由运行人员操作，DEH阀位由100%住下降，每次降2.5%，并保证关闭阀门在全关位置停留作为试验点(88%、68%)。机组开始降负荷，通过每一个点，维持当前主汽压，记录有关参数。2)在顺序阀方式下从高负荷开始逐渐减负荷至最低负荷，该过程中要求维持主蒸汽压力，若试验过程中主蒸汽压力发生波动，每个点要求维持5—103)完成降负荷过程后，开始加负荷，按照下降时试验点进行试验，维持主汽压稳定，记录有关参数，最终高调门恢复全开状态，机组负荷恢复试验前负荷。4)试验完毕后，恢复试验前DEH组态内容。并恢复一次调频功能。

　　3阀门流量

　　曲线试验数据的处理和阀门管理程序优化根据试验获取的数据进行处理、优化阀门管理程序。通过如下数据处理过程得出实际流量与阀门开度特性曲线，实际流量Q通过如下公式得出。Q(%)=(IMP/IMPo)×(/)，式中：IMP为调节级压力，MPa;删rP0为阀门全开时试验调节级压，MPa;TPR为阀门全开时试验压力值，试验时要求试验压力稳定，MPa;TP为不同负荷下的试验压力，MPa。

　　3.1阀门流量

　　曲线试验数据的处理在DEH单阀方式下，分别对GV厂GV高压调门进行流量特性试验。根据阀门特性实测的数据分析如下：1)高压调门在0%一10%范围内基本没有流量，在20%70%范围内流量变化较大，在70%以上阀位时基本达到全流量，此时曲线开启状态较陡，基本呈现垂直、迅速开启状态。如果严格按照该曲线修改逻辑的话，在低流量时，阀门动作幅度较大，加上之前该机组冲转过程中，对转速控制还算稳定，因此，为了避免低流量时阀门动作幅度过大，对该曲线做了优化，使之在较低流量时按照原有曲线不做修改，在较高流量时才采用流量曲线。

　　4结语

　　汽轮机调门的流量特性曲线一般由DEH厂家按照汽轮机厂家的参数要求进行设置，但是本案例中DEH是由老机组改造而来，之前并没有任何关于流量特性曲线的技术参数，因此必须通过实际测量的方式得出每个调门的开度与流量，为每个调门重新设置流量特性曲线和重叠度。通过实测数据得出的曲线对DEH逻辑进行修改后，该机组在阀门切换过程中的负荷波动明显减小，自动控制品质也有了一定的提高，同时一次调频的合格率也有所提高，保障了机组及电网的安全稳定运行和发供电质量，达到了理想的效果。

　　参考文献

　　【1】谷俊杰，丁常福.汽轮机控制监视和保护【M】.北京：中国电力出版社，2002.

　　[2]邵和春.汽轮机运行【M】.北京：中国电力出版社，2006.

　　【3]王爽心，葛晓霞.汽轮机数字电液控制系统【M].北京：中国电力出版社，2004.

　　汽轮机论文投稿刊物：《东方汽轮机》Dongfang Turbine(季刊)2009年创刊，是公开发行的技术期刊，主要刊登透平机械及新能源发电设备设计、制造、运行等方面的论文和总结，也刊登反映国内外透平机械相关领域的有独到见解的综述或编译文章。