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关于大型汽轮机阀门管理参数的现场整定

    对于大型汽轮机而言,一个简单实用的节能增效措施就是改变汽轮机高压调节汽门的运行方式,由单阀控制转换为顺序阀控制,从而减少节流损失提高机组效率(1)同时,精细调整和优化汽轮机的控制参数,减少调节阀的无为波动,增加汽轮机的使用寿命。目前,由于网上负荷峰谷差越来越大,为了保证电力生产的供需平衡,保证电网的安全和供电质量,除了建设抽水蓄能电站外,还要求机组可靠地投入AGC功能,根据负荷调度中心的指令随时改变机组的出力,这就使得汽轮机的精确控制和顺序阀控制方式的节能效果更加显著,也更为必要。

    但由于大多数汽轮机阀门管理和控制参数根据原始设计而定,在机组调整试运和生产过程中很少根据设备的实际制造和安装情况以及机组具体的运行工况进行修正,使得控制参数与实际要求有很大的差别,甚至在控制方式切换时阀门剧烈振荡,引起机组负荷和主汽压力波动,从而严重影响机组及电网的安全稳定运行,汽轮机的功率控制回路和顺序阀控制方式无法正常投入,增加了机组的节流损失,减少了机组的使用寿命,因此,很有必要根据调门的实际流量特性修正阀门的管理参数和控制参数。

    本文以某135MW机组为例,给出了一种汽轮机阀门管理参数和控制参数的现场试验整定方法,详细阐述了现场试验方法、试验数据计算处理,并通过参数修改前后的效果比较,证明了本文方法的有效性。所给出的步骤方法现场实用性强,具有代表性,望对同行能有所帮助。

    1 参数整定前现象与分析

    1.1 单阀与顺序阀两种控制方式相互切换时负荷扰动大

    当机组负荷达到一定值后,一般将阀门运行方式由单阀切换为多阀,但在切换时负荷波动6MW以上,引起主汽压力及锅炉燃烧的剧烈波动,造成机组运行不稳定。这主要是因为DEH软件中阀门管理程序的参数设置不合理,1号和2号高压调门的设计流量偏低,而3号高压调门的设计流量偏高,造成调门的总指令与阀门的实际流量非线性。因此,必须对各个调门的流量特性进行试验,以修正其相应的控制参数。

    1.2 投顺序阀控制时阀门晃动严重

    汽轮机顺序阀的开启顺序为:先开1号和2号高压调门至接近全开,然后开3号高压调门至接近全开,最后开4号高压调门。问题表现在1号和2号高压调门接近全开,3号高压调门开始打开时,3号高压调门接近全开,4号高压调门开始打开时,阀门开度均出现剧烈波动,其中,1号和2号高压调门的反馈晃动幅度达10%,3号高压调门的反馈晃动2%,4号高压调门的反馈晃动10%,引起负荷波动接近8MW,从而严重影响锅炉的燃烧和汽轮机的运行稳定。这是因为阀门管理程序中所设置阀门开启重叠度不合适,引起实际蒸汽流量与流量指令不线性。因此,必须对各个阀门的流量特性曲线尤其是阀门刚开启时流量特性进行试验,重新确定阀门开启的重叠度。

    2 参数整定试验

    测试汽轮机各个高压调节汽门的流量特性,为修正阀门的流量特性曲线和阀门管理参数及阀门开启的重叠度做准备,具体过程如下。

    2.1 进行单、多阀切换试验

    确认汽轮机处于单阀控制方式,由运行人员投入DEH(数字电液控制系统)功率自动控制回路,当机组重要运行参数(包括主蒸汽压力、再热蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、凝汽器真空以及机组负荷)稳定后,将汽轮机的运行方式由单阀切换到顺序阀,此时根据软件中原来设置的阀门流量分配方案计算得出的阀门开度指令,在设定的切换时间内,1号、2号高压调节汽门逐步全开,3号高压调门处于功率调节方式,4号高压调门逐步全关(2)切换过程中发现1号、2号高压调节汽门在接近全开时反馈晃动接近10%,3号高压调门晃动接近2%,负荷波动7MW以上。分析具体原因为各个阀门的流量特性设置不准确,阀门开启的重叠度设置过大,阀门管理的参数设置不合适,引起流量指令与实际流量严重不线性所致。

    2.2 3号高压调门的流量特性测试试验

    由运行人员解除DEH功率自动控制回路,投入锅炉侧的主蒸汽压力自动控制回路,设定主汽压设定值为机组的额定压力即13.26MPa,同时调整主蒸汽温度和再热蒸汽温度等参数,使机组严格按照额定参数运行,并保证机组的运行稳定。由热工人员强制1号、2号高压调节汽门指令为100,强制4号高压调门指令为零,然后由运行人员在DEH操作站上设置负荷参考指令和负荷变化率,逐步降低机组负荷,使3号高压调门缓慢关闭。当机组主蒸汽压力、再热蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、凝汽器真空以及机组负荷等主要参数运行稳定后,再由运行人员缓慢增加负荷参考指令,使实际功率分别达到110MW、115MW、120MW、125MW、130MW、135MW,当机组运行参数稳定后,在每一个负荷点分别记录各个调门的开度指令、机组功率、流量指令、主蒸汽压力等参数。记录的数据见表1。

    2.3 4号高压调门的流量特性测试试验

    由运行人员在DEH操作站上设置负荷参考指令和负荷变化率,降低机组负荷,使3号高压调门逐步全关,当机组运行参数稳定后,由热工人员强制3号高压调门的指令为零,并放开4号高压调门的强制指令。再缓慢增加负荷参考指令,逐步开启4号高压调门,使实际功率分别达到105MW、110MW、120MW、125MW、135MW,在每一点分别记录各个调门的开度指令、机组功率、流量指令、主蒸汽压力等参数。记录的数据见表1。

    2.4 试验结束后的恢复工作

    由运行人员操作负荷参考指令和负荷变化率,降低机组负荷,使4号高压调门,当DEH程序中3号高压调门的阀位指令计算值为零后,由热工人员将其强制指令释放。由运行人员投入DEH功率自动控制回路,将汽轮机的控制方式由多阀控制切换为单阀控制,前期试验完成,机组由运行人员根据中调负荷指令运行。

    说明:因为对于本机组,汽轮机的多阀控制方式一般在负荷大于100MW时投入,此时,1号、2号高压调节汽门全开,机组负荷由3号高压调门进行调节,当主蒸汽压力降低时,或者采用滑压运行方式时,由3号高压调门全开,机组负荷由4号高压调门进行调节,因此,必须精确测试3号、4号高压调门的流量特性,而对于GV1和GV2则无必要。所以,此试验只进行了3号、4号高压调门的流量特性测试。

    3 试验数据处理

    3.1 汽轮机控制系统中流量指令的分配原理

    该机组流量指令的分配原理图如图1所示,这也是绝大部分机组的通用设计(3)

    图1中,F(x)表示因为机组背压受负荷变化的影响而对负荷指令的修正,F1(x)、F2(x)、F3(x)和F4(x)分别表示1
号~4号高压调节汽门的流量特性曲线,k和b表示各个调节汽门的流量分配系数。汽轮机挂闸后,首先由高压主汽门控制汽轮机升速,转速升至2900r/min后切换至高压调门控制升速,转速达到额定转速3000r/min后,机组并网带负荷,然后投入DEH功率自动控制回路,由高压调门控制机组负荷。功率控制回路产生的流量指令信号经过函数F(x)的修正,作为汽轮机单阀运行方式时各阀的统一指令。当汽轮机投入多阀调节方式时,则根据各调门的流量分配系数k和b确定各自的阀位指令,最后经过阀门的流量特性曲线(F1(x)~F4(x))转换为阀门的实际阀位指令。

    3.2 试验数据处理

    根据表1中的参数整定试验原始数据,通过数据分段及线性化处理后得出3号、4号高压调门的真实流量特性数据,如表2。

    3.3 参数计算

    参照表2中3号、4号高压调门的真实流量特性数据,运用线性拟合公式对数据进行处理,分别得到3号、4号高压调门的阀门流量分配系数k和b,公式如下:

    对于3号高压调门,(1,1)=6,(1,x)=(x,1)=406.3,(x,x)=27763.4,(1,y)=112.21,(x,y)=8093.6.将各值带入公式(1),解得:a=-115.3,b=1.98。即k3=1.98,b3=-115.3。

    同理,对于4号高压调门,解得:k4=2.55,b4=-126.9。

    4 参数整定后试验及效果分析

    4.1 参数整定后试验验证步骤

    (1)根据数据分析和参数计算结果修改程序。确认汽轮机为单阀运行方式,根据参数计算结果,修改各个高压调节汽门的顺序阀管理参数。切除DEH功率控制方式,切换为阀位控制方式,保持负荷参考指令不变。由热控人员强制3号、4号高压调节汽门的指令输出不变,根据数据分析结果修改3号、4号高压调节汽门的阀门流量特性曲线。由运行人员缓慢调整负荷参考,使修改后的3号、4号高压调节汽门指令与实际指令相等,将所强制的指令释放开。

    (2)进行参数修改后的单、多阀切换试验。投入DEH功率自动控制回路,在机组各主要参数如主蒸汽压力和机组负荷稳定的情况下,进行单、多阀切换试验。试验结果显示功率波动1MW左右,比参数修改前的7MW大为减少。切换完后,1号、2号高压调节汽门全开,4号高压调节汽门全关,3号高压调节汽门处于调节状态,其指令与反馈稳定,主汽压力及负荷稳定,锅炉燃烧工况稳定。

    (3)进行参数修改后的阀门重叠度试验。由运行人员降低主蒸汽压力的设定值,增加功率设定,进行4号高压调节汽门的开启试验,此时1号、2号高压调节汽门保持全开,3号高压调节汽门逐步全开,4号高压调节汽门处于调节状态,其指令与反馈稳定,机组负荷及主蒸汽压力等参数运行稳定。由运行人员增加主蒸汽压力的设定值,同时减少功率设定,进行3号高压调节汽门的开启试验,此时1号、2号高压调节汽门保持全开,4号高压调节汽门逐步全关,3号高压调节汽门处于调节状态,其指令与反馈稳定,机组负荷及主蒸汽压力等参数运行稳定。试验结束。

    4.2 参数整定后效果分析

    参数整定前后重要数据的波动值对比见表3。

    从表3可以看出,参数整定后机组负荷和主汽压力以及调门的波动大大减小,机组燃烧工况和负荷控制效果改善明显,表明参数整定合理,达到了预期效果。

    5 结论

    通过对比阀门流量特性曲线和阀门管理参数整定前后的试验数据,可以看出机组原来的参数设置与实际情况存在较大差距,尤其是3号、4号高压调节汽门的流量特性参数及阀门开启的重叠度设置,与实际流量特性曲线存在很大偏差,所以在进行单、多阀切换和运行到阀门重叠区域时,引起机组负荷和主蒸汽压力的剧烈波动,通过细致的试验、精确的计算和合理的参数设置,机组的控制特性大为改善,满足了机组正常的升降负荷调节要求,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。