汽轮机调门流量特性分析和研究

汽轮机调门流量特性分析和研究

王冠宇

大唐吉林发电有限公司长春第三热电分公司 吉林省长春市  130000

摘要：目前，各大型火电机组的汽轮机均采用汽轮机数字电液控制系统(DEH)控制，DEH提供阀门管理和单/顺阀切换功能。单阀方式下，各高调门开度一致，汽轮机全周进汽，有利于汽轮机本体均匀受热受力，但低负荷工况下节流损失严重、经济性差，因此一般只在机组启动初期或投产初期使用。顺序阀方式下，各高调门按一定顺序开启，减小了因阀门开度过低造成的节流损失，经济性较好，火电机组一般在正常运行过程中均采用此种方式。

关键词：汽轮机；调门流量；特性

1调门流量特性试验的目的

汽轮发电机组的电功率在进汽参数和排汽压力都保持不变的情况下，基本上与汽轮机的进汽量成正比，但随着机组运行周期增加，调门流量特性改变和汽轮机通流间隙变化，往往会产生实际流量-功率关系与理论设计值偏差越来越大。汽轮机高调门流量特性曲线的主要作用就是保证机组理论计算流量与实际流量之间保持一致。现场实际证明，较大的流量偏差导致机组负荷跟随性、调频能力等下降，机组功率调节品质下降，轻则受到电网部门“两个细则”考核，重则引起机组低频振动发生非停事故。

2调门流量特性试验的条件

开展调门流量特性试验，必须具备以下试验条件：（1）机组主辅设备工作正常，调节系统工作特性良好；（2）机组在设计的正常工作条件下稳定运行，负荷可从100%额定负荷（当汽轮机高速门完全打开时）变为60％额定负荷；（3）机组退出AGC，机组运行参数由运行人员手动调节；（4）信号测量设备满足精度要求，通过分散控制系统进行数据采集及分析；（5）历史数据站工作正常，能完成对以下数据的采集：主蒸汽压力、主蒸汽温度、调节级压力、调节级温度、负荷给定值、进汽流量指令、调节阀的阀位开度指令、机组实发功率等。

3试验方法和步骤

3.1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（GV4）的控制输出指令，以每次减少5%的指令开始关闭GV4，直到全关GV4。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（GV1—GV4））、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GV4，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—10min，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）GV3、GV2、GV1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。

3.2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—10min。3）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。

4机组配汽特性的调整优化

4.1机组配汽设计特性的分析

通过配汽试验证实，机组的配汽特性曲线不仅影响机组在中高负荷区的经济运行，同时对机组的调节特性也有一定的影响。虽然原设计在机组流量特性曲线拐角处进行了一定程度的修正和处理，但仍然无法改变机组流量曲线的非线性。尤其是在70%～75%左右，机组运行处于滑压和定压运行拐角的时候，流量特性存在严重的非线性。

4.2机组配汽特性的优化

为减小调整改进工作的范围，保留了机组原设计的启动、运行控制方式，配汽特性的改进主要是对调门的组态关系进行优化。改进后的调门特性，一定程度上减小了调门之间的重叠度，降低了中高负荷区的节流损失；另一方面，改进后的特性曲线优化了调门的流量特性。优化后的特性曲线既保证了高负荷区调节的响应能力，同时又将流量曲线的拐点移到低负荷区，即滑压运行区域之外。这样就可以保证在长期运行的滑压运行区域不受拐点的影响，减少节流损失，提高机组经济效益。

4.3机组定—滑—定运行方式的优化

4.3.1机组起始滑参数运行阀位的确定

试验研究表明，以两阀点作为机组滑参数运行的起点，具有最好的运行经济性，而考虑到机组调节特性的要求，第3个调门与第1个、第2个调门必须有一定的重叠度。因此，在配汽特性优化的基础上，合理确定最佳的运行阀位是机组定—滑—定运行方式优化的关键。通过阀门优化试验，在保证CV1、CV2接近全开的情况下调整CV3，通过机组的相对热耗，考核机组的经济性，试验结果如图7。试验表明，在CV3开度较小时，保证CV1、CV2在67%左右，可使机组的热耗最低。以此作为滑压运行区域的运行阀位，可使机组有较好的经济性。

4.3.2基本的定—滑—定运行参数的确定

根据机组的设计情况，机组滑参数运行的负荷范围在90MW至起始负荷之间，小于90MW负荷转为定压运行。通过试验，建议在主汽压力低于12MP～12.5MPa后，转为定压运行，此时负荷在180MW～190MW左右。根据上述原则确定的机组定—滑—定运行控制方式的组态回路。

机组有效运行背压范围，根据机组年实际平均背压运行范围确定为2.5kPa～11.0kPa。因此，组态回路的背压限制的变化范围为-3kPa～5.5kPa，在机组滑参数运行范围内背压变化1kPa，平均影响负荷1500kW，同时对修正功率也加以限制，限制其变化范围为-4.5MW～8.25MW，以进一步避免因背压测量回路不正常对主汽压力正常控制的影响。

结束语：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：

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