600MW直接空冷机组汽轮机配汽控制策略优化

李佳东，周凯，黄振鑫，孟刚

(华能铜川电厂，陕西 铜川 727100)

0 引言

喷嘴调节配汽是汽轮机普遍采用的配汽方式，在变负荷过程中，它通过改变调节级进汽面积，采用部分进汽的方式减少进汽节流损失，提高运行的经济性。若喷嘴配汽设计不合理，调节级在部分进汽时就会产生较大的配汽不平衡汽流力，给机组的运行带来不利影响。华能铜川电厂一期工程2×600 MW空冷燃煤发电机组采用东方汽轮机厂生产的NZK600－16．7/538/538型亚临界凝汽式汽轮机，该机组采用全电调控制的基于单阀控制设计的复合阀配汽方式。该配汽方式既可在启动和低负荷阶段按节流配汽方式运行，也可在额定负荷下按喷嘴配汽方式运行。该配汽方式在额定负荷下的效率较高，但在部分负荷时的节流损失较大，影响机组运行的经济性。

2010年机组A级检修期间，华能铜川电厂将机组调门的配汽方式由复合阀序修改为顺序阀序，修改后在节能方面取得了良好的效果，机组运行的安全性也得到了提升。

1 阀序配汽控制策略优化

2010年，华能铜川电厂进行了汽轮机配汽控制优化工作。配汽优化后，采用了顺序阀对角进汽的喷嘴配汽方案。机组平均热耗改善量约为37．3 kJ/(kW·h)，机组煤耗降低约1．45 g/(kW·h)，降低了节流损失，提高了机组在高负荷区的效率。优化后的配汽曲线如图1所示。

图1 高压调节阀阀门开度与流量指令关系曲线

从图1可以看出，高调门1和高调门3按照同样的曲线首先动作，在流量指令达到67．57%时，高调门2从0开度逐渐开启，在流量指令达到86．3%时，高调门4从0开度逐渐开启。根据配汽优化试验结果，机组负荷在300～350MW时采用两阀滑压运行方式，在350～540MW时采用三阀渐开滑压运行方式，在540MW以上时采用定压运行方式。

2 配汽控制优化效果分析

2．1 控制方面

2．1．1 操作员站设计

分散控制系统(DCS)操作员站设计了复合阀序与顺序阀切换操作界面，操作员站画面上显示整个切换进程并设置了大负荷扰动自动保持切换功能，待负荷稳定后继续切换，确保切换过程中机组负荷稳定。

2．1．2 复合阀与顺序阀切换设计要点

(1)在投入功率回路的情况下，切换过程中若实际负荷与目标负荷偏差超过12MW，则切换暂停，待实际负荷与目标负荷偏差小于8MW并延时3 s后，切换继续进行。

(2)在切换过程中，若出现控制器初始化等故障，切换暂停，待正常后继续进行。

(3)数字电液调节系统(DEH)流量曲线切换完成10min后，自动发指令到DCS，进行DCS中的滑压曲线切换。

(4)投入功率回路，如果锅炉主蒸汽压力无法稳定而导致负荷发散波动，可切除功率回路至阀位控制方式进行流量曲线切换。

(5)当阀门参考指令大于99．99%或机组已跳闸时，实现阀序的快速切换。

(6)在进行切换操作前，需先将协调控制解除，DEH侧与协调控制系统(CCS)侧的一次调频解除。

(7)从原阀序向顺序阀切换时，负荷需要在360 MW以上;从顺序阀向原阀序切换时，可在300MW以上进行。

2．2 运行参数分析

2．2．1 顺序阀改造后瓦温变化

汽轮机由复合阀改为顺序阀后，轴承的负载变化不大，#1，#2轴承基本工作在设计工况下，瓦温和轴振与复合阀运行时基本相当，保持在安全范围内。在顺序阀运行方式下，与复合阀运行状态相比，瓦温平均值偏低(见表1)。具体情况为:在复合阀运行状态下，左侧#1瓦温度高于右侧#1瓦温度，右侧#2瓦温度高于左侧#2瓦温度。在顺序阀运行状态下，低负荷时，右侧#1瓦温度高于左侧#1瓦温度，左侧#2瓦温度高于右侧#2瓦温度;高负荷时，左侧#1瓦温度高于右侧#1瓦温度，右侧#2瓦温度高于左侧#2瓦温度。

表1 机组负荷为540MW时#1，#2瓦温度对比 ℃

2．2．2 顺序阀改造后轴心轨迹变化

汽轮机配汽改造后，机组采用对角进汽，调节级配汽不平衡汽流力较小，轴心轨迹在变负荷过程中变化不大。

#1轴承轴心轨迹:在复合阀序下，X轴方向活动范围为－12～15μm，Y轴方向活动范围为－15～12 μm;在顺序阀序下，X轴方向活动范围为－14～15 μm，Y轴方向活动范围为－15～15μm。#2轴承轴心轨迹:在复合阀序下，X轴方向活动范围为－6～6 μm，Y轴方向活动范围为 －15～21μm;顺序阀序下，X轴方向活动范围为－6～6μm，Y轴方向活动范围为－21～18μm。

2．2．3 顺序阀改造后轴心位置变化

汽轮机配汽改造后，在分析轴系对中的影响时发现，机组采用对角进汽，调节级配汽不平衡汽流力较小，机组在变负荷过程中#1瓦和#2瓦处轴心位置与单阀运行时几乎不会发生变化，因此，机组在动态运行过程中轴系对中状况良好。

3 阀序改造发生的问题及解决办法

机组调门的配汽方式由复合阀序修改为顺序阀序后，在节能方面取得了良好的效果。但汽轮机综合阀位在85．4%～86．4%时，高调门2阀位指令将从50．0%迅速开启至90．0%。因此，在机组主蒸汽压力和负荷在一定区间时，高调门2出现大幅快速抖动情况，不利于机组的安全、稳定运行。同时，机组在高负荷时仍出现比较明显的汽流激振现象，导致机组振动较大，影响机组的稳定运行。针对这种情况，在顺序阀的基础上对配汽方式进行了修改，具体为保持高调门1和高调门3的曲线不变，将高调门2和高调门4的开启顺序对调并对其曲线参数进行修改。参数修改后，机组在高负荷时汽流激振现象得以明显缓解。

4 结束语

华能铜川电厂顺序阀改造后的运行状况表明，机组在低负荷区的效率有所提高，机组流量特性的线性度有所改善，提高了机组在高负荷区运行的安全性。在保障机组安全的情况下，机组单序、顺序阀2套函数不仅能实现相互无扰切换，而且机组在顺序阀状态下减少了阀门的节流损失，提高了机组的经济性。

华能铜川电厂在顺序阀改造过程中，由于气流激增问题将#2和#4阀门开启顺序对调并对流量参数进行了修订，取得了良好的效果。顺序阀改造应根据机组运行的具体情况而定，优先保证机组安全、稳定运行。

［1］陆颂元．汽轮发电机组振动［M］．北京:中国电力出版社，2000．