汽轮机流量特性优化方法研究与应用武海澄等

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1、汽轮机流量特性优化方法研究与应用武海澄等 来源：本站原创点击数：89更新时间：2011-11-921:13:34武海澄，施壮，陈胜利，蔡兵（安徽省电力科学研究院，合肥230601）  摘要：为改善汽轮机调门流量特性，提高发电机组变负荷及一次调频性能，针对多种DEH阀门管理方式进行了深入研究，给出了调门流量特性实测方法，提出了调门控制参数优化方法。实际应用结果表明，该方法能够有效提高发电机组的调节品质。  关键词：汽轮机，调门阀门，流量特性，参数优化 1引言目前大型火力发电机组的控制方式基本采用基于锅炉跟随的协调控

2、制，目的在于使发电机组能够快速响应调度AGC负荷指令变化以及电网一次调频需求。实现方法主要是汽机主控指令根据负荷偏差控制汽轮机高压调门动作，快速调节汽轮机进汽量，进而实现机组负荷的快速响应。由此可见，汽轮机流量特性的优劣直接关系到发电机组的控制品质、调节性能、经济效益、稳定运行乃至电网安全等重要问题。由于汽轮机高压调门属于“快开型”调节阀，因此其流量特性（阀门开度与通过阀门蒸汽流量的对应关系）具有非线性特征，即通常所说的“凸轮特性”。为使汽轮机流量指令与实际进汽量具有线性关系，以便于机组的稳定控制，在DEH阀门管

3、理程序中存在流量开度修正函数，用以对高压调门的“凸轮特性”进行修正。在生产过程中，汽轮机运行一段时间后、或高调门解体检修后，调门的流量特性都会发生改变，与原调门流量开度修正函数产生偏差，在机组变负荷、一次调频时容易出现负荷突变或调节缓慢等问题，使机组的调节性能无法满足电网相关技术要求。因此，必须定期对汽轮机高压调门的流量特性进行测试，根据实际情况对其控制参数进行优化整定，提高发电机组的控制品质和调节性能，保障发电机组安全、稳定运行。2DEH阀门管理程序汽轮机DEH阀门管理程序主要提供阀门控制、单顺阀切换、阀门活动

4、试验等功能，能够完成对汽轮机高、中压调节阀门的有效控制。其中，高压调门的控制方式分为单阀、多阀两种。1）单阀方式：在调节过程中，各高压调门保持相同的开度，汽轮机全周进汽，有利于汽机本体均匀受力、受热，该控制方式属于节流调节，节流损失大，效率低，机组经济性差，主要用在新建机组投运初期，或者在汽轮机启动及带低负荷运行时。2）多阀方式：或称作顺序阀方式，在调节过程中，各高压调门按照一定的顺序先后开启，该控制方式属于喷嘴调节，节流损失小，主要用于机组带中高负荷，能够有效地提高机组的发电效率。目前作者接触到的DEH系统主要

5、有Ovation、WDPF、max、FoxboroI/A、XDPS等，每种DEH阀门管理程序的调门控制方法都不尽相同，但又都有共同点。以四个高压调门的汽轮机为例，阀门管理程序的调门控制方法主要有两种结构，如图1、2所示，为便于说明本文将其分别定义为“混合式”结构和“独立式”结构。图1DEH阀门管理程序高调门开度指令形成示意图图2DEH阀门管理程序高调门开度指令形成示意图2.1混合式控制方法该控制方法的调门开度指令形成方式如图3所示，这种控制结构的主要特点是：1）在单阀与多阀方式下，控制回路共用一个调门流量开度修正

6、函数，如果调整流量开度修正函数，则会对两种控制方式都产生影响；2）多阀方式下的流量控制环节存在多个函数，主要用于对多阀方式下的调门流量指令进行分配和修正。图3混合式结构调门开度指令形成示意图在顺序阀控制回路中，流量背压修正函数F(X1)是机组流量需求与流量指令的修正函数，随着机组负荷的增加，汽轮机排汽压力随之升高，同样的阀门开度其实际流量将减少，因此流量背压修正函数用于对不同负荷段下的总流量指令进行修正，以确保流量指令与实际流量成线性对应关系。流量比例偏置因子K+B负责对流量指令进行分配，控制各调门的开启顺序；有

7、些情况下这一环节用折线函数替代K+B形式，作用相同。流量修正函数F(X2)负责控制各调门之间的重叠度及流量指令变化趋势，此环节主要用于对顺序阀方式下的各高调门流量指令进行修正。流量开度修正函数F(X3)是调门流量指令与阀位指令的对应关系函数，负责将流量指令与其实际流量修正为线性关系。2.2独立式控制方法该控制方法的调门开度指令形成方式如图4所示，这种控制结构的主要特点是：1）在单阀与多阀方式下，调门控制回路相互独立，修改或调整一种阀序下的流量开度修正函数不会影响到另一种阀序下调门的控制特性；2）多阀方式下的流量修

8、正环节只有一个函数，综合了流量背压修正、调门开启顺序、重叠度、流量开度修正等内容，增加了参数优化工作的难度。图4独立式结构调门开度指令形成示意图2.3单顺阀切换功能在DEH阀门管理程序中，单顺阀切换功能主要用于在单阀控制方式和多阀控制方式之间进行相互切换，以便于机组的灵活控制，以“混合式”结构的阀门控制方法为例，单顺阀切换的基本实现原理如图5所示。图5单顺阀切换基本原理图