压力阀位抽汽调节系统

周淑珍+王富美

摘 要：文章提出了一种压力阀位抽气调节系统。该系统引入调节阀位信号，使抽气调节系统的调节精度更高，系统更稳定，大大提高供热汽轮机的供热品质。

关键词：供热电站；抽汽汽轮机；压力阀位抽汽调节系统

前言

供热电站的抽汽汽轮机既要向电网输出电功率，又要向热用户供热。为了保证供电和供热的质量，电网要求汽轮机保持一定的转速和功率输出，热网则要求汽轮机保持一定的抽汽压力、温度和抽汽量。而抽汽温度决定于抽汽压力，不可调节。这就要求抽汽式电站汽轮机调节系统既能控制汽轮机的转速和功率，又能控制抽汽压力和抽汽量。

在机械液压调节系统中，对于冷凝式汽轮机，采用速度调节系统。对于抽汽式汽轮机，还设有压力调节系统。速度调节系统依靠速度信号来感知电网频率的变化，参与一次调频，不能对功率进行闭环调节。压力调节系统依靠压力信号来感知抽汽压力变化，对抽汽压力和抽汽量进行调节。不能对功率和抽汽量直接进行调节。在数字电液调节系统中，采用了功频调节系统，大大提高了对功率频率的调节质量。但是对抽汽式汽轮机，仍采用压力调节系统，存在调节质量问题。文章通过对压力系统的调节精度进行分析，提出压力阀位调节系统。

1 压力抽汽调节系统的分析

1.1 压力抽汽调节系统解偶方程的建立

对于抽汽机组的数字电液调节系统，除了功频调节系统外，同机械液压调节系统一样，抽汽调节仍采用压力调节系统。例如，某公司提供的技术资料，提出：

HP=K11S+K12P1+K13P2+K14 （1）

IP=K21S+K22P1+K23P2+K24 （2）

LP=K31S+K32P1+K33P2+K34 （3）

式中

S： 速度信号（负荷）

P1： 一抽压力控制信号（一抽相对抽汽流量）

P2： 二抽压力控制信号（二抽相对抽汽流量）

HP： 高压阀位（高压阀流量）

IP： 中压阀位（中压阀流量）

LP： 低压阀位（低压阀流量）

同机械液压系统一样，通过给出四个典型工况的功率、抽汽量和各调节阀流量，计算出12个系数Kij，建立高、中、低压油动机方程。调节系统通过这一方程，根据压力控制信号，来确定各油动机升程。那么，用依据四个典型工况建立的方程来确定所有工况的各油动机升程，肯定会有误差。误差有多大，调节系统能否允许，下面通过五万千瓦双抽机组的变工况计算来验证一下。

首先建立油动机方程。

表1 典型工况数据表

由此得到阀门流量方程：

HP=0.447S+0.23P1+0.062P2+0.03 （4）

IP=0.847S-0.343P1+0.111P2+0.051 （5）

LP=1.145S-0.488P1-0.465P2+0.073 （6）

1.2 以相对抽汽量为调节信号对系统调节精度的影响

应该注意到，上述方程是以P1、P2作为相对抽汽量建立的。所以首先以相对抽汽量为调节信号来检验由公式（1）、（2）、（3）求得的阀门流量与热力计算得到的阀门流量的相对偏差，这一偏差影响系统的调节精度。通过计算，可以得到以下结论：

（1）大部分工况，由公式求得的阀门流量与热力计算得到的阀门流量的偏差小。

（2）以相对抽汽量为调节信号对系统调节精度的影响很小，可以用相对抽汽量作为调节信号。

1.3以相对抽汽压力为调节信号对系统调节精度的影响

在压力调节系统中，实际上是以相对抽汽压力作为调节信号的。抽汽量变化时，会引起抽汽压力变化。但是，可以证明，当时的抽汽量与额定抽汽量的比值和抽汽压力与额定抽汽压力比值有一定关系，但不成正比。1.2已经说明了用相对抽汽量作为调节信号对系统调节精度的影响很小，而实际系统中是用相对抽汽压力（实际抽汽压力/额定抽汽压力）代替相对抽汽流量作为调节信号对系统调节精度的影响就会很大。只有当抽汽量接近额定抽汽量时，影响才可能较小。以相对抽汽压力为调节信号来检验由公式（4）、（5）、（6）求得的阀门流量与热力计算得到的阀门流量的相对偏差，这一偏差影响系统的调节精度。通过计算，可以得到以下结论：

（1）大部分工况，由公式求得的阀门流量与热力计算得到的阀门流量的偏差很大。

（2）以相对抽汽压力为调节信号对系统调节精度的影响很大，不宜用相对抽汽压力作为调节信号。

1.4 以相对抽汽压力为调节信号影响系统调节精度的原因

1.4.1 解耦方程（1）、（2）、（3）是以相对抽汽流量作为调节信号建立的。在压力调节系统中，实际上是以相对抽汽压力作为调节信号的。前文已经说明，相对抽汽量和相对抽汽压力有一定关系，但不成正比。以相对抽汽压力作为调节信号会对调节精度产生很大的影响。

1.4.2 主汽量、抽汽量和功率的关系复杂，都不是成正比。试图用四个典型工况来求解解耦方程（1）、（2）、（3）的12个系数建立的方程来求解所有可能的工况，也会产生较大的偏差。

由于上述原因，实际调节过程中，某一参数的变化，会使得各阀门产生过调，甚至产生反调，引起系统波动，降低供电和供汽的质量。

2 压力阀位抽汽调节系统的提出

在数字电调出现之后，调节系统具有了强大的运算和管理功能，为实现更精确、平稳、快速的调节要求提供了广阔的空间。

单抽机组可以看成由两个汽轮机组成。双抽机组可以看成由三个汽轮机组成。所以抽汽供热机组是一个复杂的系统。它是由多个子系统构成，每个子系统又有不同的控制目标。试图用一组方程来描述一个复杂的系统，只要其中任一子系统描述有偏差，都会引起整个系统很大的偏差。所以压力抽汽调节系统除了解决问题的方法存在缺陷外，其设计思想也有值得商榷之处。endprint

文章提出一种分散调节，集中控制的调节系统。对于汽轮机的每一个调节阀只有一个控制参数。它感受到参数被扰动时，仅控制本阀门向给定参数靠近，不去试图调整其它阀门。这样，每个子系统（高、中、低压部分）都能稳定，整个系统也就是稳定的。再者，调整的结果都是要求它控制一定的流量，以达到汽轮机输出给定的功率和抽汽量。本系统的调节方法是根据当前的压力和阀位计算出当前流量，再按给定压力或功率计算出需要的流量，输出阀位，以达到汽轮机输出给定的功率和抽汽量的目的。

2.1 抽汽调节阀的调节

当抽汽量发生变化，阀位未动作时，通过调节阀的流量变化使抽汽压力偏离抽汽整定压力。按当前阀位h0，在‘额定压力阀位流量曲线查出当前阀位相应的额定流量Gr。可以证明，阀位不变时，阀前压力基本上与通过阀门的流量成正比。输入当前压力P和给定压力Pe，折算出额定压力的当量流量Ge=Gr/Pe*P，再从‘额定压力流量阀位曲线查出给定阀位he。逻辑流程如图1。

2.2 高压调节阀的调节

高压调节阀的调节思路是抽汽量发生变化，阀位未动作时，电功率会偏离给定功率。由于存在抽汽量，汽耗率不同于冷凝工况的汽耗率，所以，不能按冷凝功率阀位曲线来确定阀位。求出当时的汽耗率是调整阀位的关键。首先，按阀门升程查‘额定压力阀位流量曲线求出当前阀位对应的额定压力流量Gr，除以当前功率Ne，乘以给定功率N，得到相应给定功率对应的额定压力流量Ge，再从‘额定压力流量阀位曲线查出给定阀位he。逻辑流程如图2。

2.3 中压调节阀的调节

汽轮机一般有三种启动模式。一是高压缸启动。二是中压缸启动。三是高中压联合启动。高压缸启动模式，中压调节阀全开，不参与调节。中压缸启动模式，高压缸不进汽，中压调节阀可以按高压调节阀逻辑调节。切换到高压缸进汽后，按切换的高压缸启动模式或高中压联合启动模式参与调节。高中压联合启动模式，在启动时参与调节，它的调节思路是保证中压流量与高压流量一致（成一定比例k，例如300MW机组，k=0.871）。首先求出高压流量，然后计算出相应的中压流量，求出中压阀阀位。（见图3）

3 结束语

综上所述，压力阀位调节系统利用数字电调的强大运算能力，适时准确计算出各阀的开度，可以实现更精确、快速的调节，保证汽轮机的平稳运行。

参考文献

[1]倪维斗，徐基豫.自动调节原理与透平机械自动调节[M].机械工业出版社，1981.

[2]郭钰锋，徐志强，于达仁.汽轮机调节原理[M].机械工业出版社，2010.endprint

文章提出一种分散调节，集中控制的调节系统。对于汽轮机的每一个调节阀只有一个控制参数。它感受到参数被扰动时，仅控制本阀门向给定参数靠近，不去试图调整其它阀门。这样，每个子系统（高、中、低压部分）都能稳定，整个系统也就是稳定的。再者，调整的结果都是要求它控制一定的流量，以达到汽轮机输出给定的功率和抽汽量。本系统的调节方法是根据当前的压力和阀位计算出当前流量，再按给定压力或功率计算出需要的流量，输出阀位，以达到汽轮机输出给定的功率和抽汽量的目的。

2.1 抽汽调节阀的调节

当抽汽量发生变化，阀位未动作时，通过调节阀的流量变化使抽汽压力偏离抽汽整定压力。按当前阀位h0，在‘额定压力阀位流量曲线查出当前阀位相应的额定流量Gr。可以证明，阀位不变时，阀前压力基本上与通过阀门的流量成正比。输入当前压力P和给定压力Pe，折算出额定压力的当量流量Ge=Gr/Pe*P，再从‘额定压力流量阀位曲线查出给定阀位he。逻辑流程如图1。

2.2 高压调节阀的调节

高压调节阀的调节思路是抽汽量发生变化，阀位未动作时，电功率会偏离给定功率。由于存在抽汽量，汽耗率不同于冷凝工况的汽耗率，所以，不能按冷凝功率阀位曲线来确定阀位。求出当时的汽耗率是调整阀位的关键。首先，按阀门升程查‘额定压力阀位流量曲线求出当前阀位对应的额定压力流量Gr，除以当前功率Ne，乘以给定功率N，得到相应给定功率对应的额定压力流量Ge，再从‘额定压力流量阀位曲线查出给定阀位he。逻辑流程如图2。

2.3 中压调节阀的调节

汽轮机一般有三种启动模式。一是高压缸启动。二是中压缸启动。三是高中压联合启动。高压缸启动模式，中压调节阀全开，不参与调节。中压缸启动模式，高压缸不进汽，中压调节阀可以按高压调节阀逻辑调节。切换到高压缸进汽后，按切换的高压缸启动模式或高中压联合启动模式参与调节。高中压联合启动模式，在启动时参与调节，它的调节思路是保证中压流量与高压流量一致（成一定比例k，例如300MW机组，k=0.871）。首先求出高压流量，然后计算出相应的中压流量，求出中压阀阀位。（见图3）

3 结束语

综上所述，压力阀位调节系统利用数字电调的强大运算能力，适时准确计算出各阀的开度，可以实现更精确、快速的调节，保证汽轮机的平稳运行。

参考文献

[1]倪维斗，徐基豫.自动调节原理与透平机械自动调节[M].机械工业出版社，1981.

[2]郭钰锋，徐志强，于达仁.汽轮机调节原理[M].机械工业出版社，2010.endprint

文章提出一种分散调节，集中控制的调节系统。对于汽轮机的每一个调节阀只有一个控制参数。它感受到参数被扰动时，仅控制本阀门向给定参数靠近，不去试图调整其它阀门。这样，每个子系统（高、中、低压部分）都能稳定，整个系统也就是稳定的。再者，调整的结果都是要求它控制一定的流量，以达到汽轮机输出给定的功率和抽汽量。本系统的调节方法是根据当前的压力和阀位计算出当前流量，再按给定压力或功率计算出需要的流量，输出阀位，以达到汽轮机输出给定的功率和抽汽量的目的。

2.1 抽汽调节阀的调节

当抽汽量发生变化，阀位未动作时，通过调节阀的流量变化使抽汽压力偏离抽汽整定压力。按当前阀位h0，在‘额定压力阀位流量曲线查出当前阀位相应的额定流量Gr。可以证明，阀位不变时，阀前压力基本上与通过阀门的流量成正比。输入当前压力P和给定压力Pe，折算出额定压力的当量流量Ge=Gr/Pe*P，再从‘额定压力流量阀位曲线查出给定阀位he。逻辑流程如图1。

2.2 高压调节阀的调节

高压调节阀的调节思路是抽汽量发生变化，阀位未动作时，电功率会偏离给定功率。由于存在抽汽量，汽耗率不同于冷凝工况的汽耗率，所以，不能按冷凝功率阀位曲线来确定阀位。求出当时的汽耗率是调整阀位的关键。首先，按阀门升程查‘额定压力阀位流量曲线求出当前阀位对应的额定压力流量Gr，除以当前功率Ne，乘以给定功率N，得到相应给定功率对应的额定压力流量Ge，再从‘额定压力流量阀位曲线查出给定阀位he。逻辑流程如图2。

2.3 中压调节阀的调节

汽轮机一般有三种启动模式。一是高压缸启动。二是中压缸启动。三是高中压联合启动。高压缸启动模式，中压调节阀全开，不参与调节。中压缸启动模式，高压缸不进汽，中压调节阀可以按高压调节阀逻辑调节。切换到高压缸进汽后，按切换的高压缸启动模式或高中压联合启动模式参与调节。高中压联合启动模式，在启动时参与调节，它的调节思路是保证中压流量与高压流量一致（成一定比例k，例如300MW机组，k=0.871）。首先求出高压流量，然后计算出相应的中压流量，求出中压阀阀位。（见图3）

3 结束语

综上所述，压力阀位调节系统利用数字电调的强大运算能力，适时准确计算出各阀的开度，可以实现更精确、快速的调节，保证汽轮机的平稳运行。

参考文献

[1]倪维斗，徐基豫.自动调节原理与透平机械自动调节[M].机械工业出版社，1981.

[2]郭钰锋，徐志强，于达仁.汽轮机调节原理[M].机械工业出版社，2010.endprint