典型330MW机组低负荷运行的喷嘴配汽故障诊断

沈涛 田敬元 孙冬 朱亚鹏 江飞 刘金龙

摘要：目前，新能源的大规模接入和电网日益增大的峰谷差，导致越来越多的大功率汽轮机不得不采用喷嘴调节方式运行，以提高机组的低负荷运行经济性。对3个电厂10台机组的运行状况进行调研分析，包括了6台配置4个高调门喷嘴组和4台配置6个高调门喷嘴组的两类典型330MW机组。通过对机组典型配汽参数进行分析，总结了典型330MW机组喷嘴调试方式下低负荷运行时存在的配汽故障，并给出了相应的经济性解决建议方案。这对保证我国占主流的330MW级别机组的安全高效运行具有一定的借鉴意义。

关键词：330MW；汽轮机；低负荷；喷嘴调节；故障分析

中图分类号：TK269 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

作者简介：沈涛，1977～，男，汉，本科，助理工程师，公司副总经理，主要研究火电机组的本体检修及运行优化等。

1 引言

目前，随着国家的发展电力需求不断增大，电网的峰谷差也不断在增大。同时，随着新能源的大规模开发利用，风电等新能源电力接入电网的比例也将会越来越大[1]。因此，许多大功率机组不得不在顺序阀方式下进行快速深度变负荷运行[2]。由于配汽规律设计直接影响机组的低负荷运行经济性及安全性，所以，机组实际低荷运行时面临的巨大挑战之一就是阀门组合开启规律不合理。在安全性隐患方面有：瓦温高、振动大、阀体激振、阀门摆动、阀体脱落等[3，4]。在经济性问题方面有：无法正常投入顺序开启规律、重叠度不合理、开启组合不合理等。而在控制特性方面主要有：流量特性线性度差，影响 “电网两个细则”考核的满足。

然而，在我国北方运行着大量的供热机组，其中占主流的为300MW级别机组；这些机组在非供热期，往往需要进行大范围的深度变负荷运行，此类机组在低负荷工况下运行的状况较多[3，5]。因此，本文对6台4个高调门喷嘴组和4台6个高调门喷嘴组的两类典型330MW机组的顺序阀运行方式进行了调研。通过对机组调门、瓦温轴振进行分析，对喷嘴调试方式下低负荷运行时存在的配汽故障进行诊断，并给出了相应的经济性解决建议方案。这对保证我国占主流的330MW级别机组的安全高效运行具有一定的借鉴意义。

2 典型4喷嘴组机组配汽故障分析

2.1 机组调门硬件配置及顺序阀概况

调研中，配备4高调门喷嘴组的亚临界330MW机组共有六台，如图1所示，机组高压部分有4个调节阀，对应4组喷嘴，其中，1、2组9个汽道，3、4组11个汽道。机组采用喷嘴配汽（部分进汽）时，进汽顺序为GV1+GV2GV3GV4。

图1配置4喷嘴组的高调门布置图

2.2机组存在的喷嘴调节故障

如图2和图3所示，从机组运行参数的调研结果过中可以看出：机组在顺序阀方式下进行变负荷运行时，存在一定的阀门管理优化改造潜力，具体如下：机组采用对角进汽方式，因此，#1、#2瓦的瓦温和瓦振水平都处于安全水平；目前，由于机组的制造及安装调试等因素引起机组实际流量特性与顺序阀设计规律不匹配，出现机组负荷突变等影响机组安全高效稳定运行的问题；同时，机组调门特性曲线设计存在不合理的地方，部分开启过程较陡，可能会导致阀门调节时出现的大幅高频摆动问题，容易引发机组的EH油压和负荷等的大幅波动问题，存在安全隐患；并且，机组阀门整体设计规律不合理，阀门设计规律曲线与实际流量特性不匹配，阀门综合流量特性曲线线性不佳。

图2配备4喷嘴组的调门开度

图3配备4喷嘴组的瓦温和轴振

3 典型6喷嘴组机组配汽故障分析

3.1 机组调门硬件配置及顺序阀概况

调研中，配备6高调门喷嘴组的亚临界330MW机组共有四台，如图4所示，机组高压部分有6个调节阀，对应6组喷嘴，其中，6组喷嘴对应的汽道数目是相同的。机组采用喷嘴配汽（部分进汽）时，进汽顺序为#1+#2→#4→#5→#6→#3。

图4配置6喷嘴组的高调门布置图

3.2机组存在的喷嘴调节故障

如图5和图6所示，机组原顺序阀进汽顺序属于下缸进汽方式，当机组低负荷运行时，尤其是机组下半缸进汽，配汽不平衡汽流力较大，不仅不利于轴系运行环境，具体表现为#1瓦的轴振大，而且会引起较大漏气量而降低机组运行经济性；此外，由于机组配汽规律曲线设计不合理，导致机组正常运行时存在高调门高频摆动现象，易导致阀杆脱等问题出现，甚至严重时还会导致负荷、主汽压等的大幅高频摆动问题，极大影响机组安全运行。

图5配备6喷嘴组的调门开度

图6配备4喷嘴组的瓦温和轴振

4 考虑经济性的运行方式优化策略

目前，研究成果表明：喷嘴配汽规律设计的首要基础问题是配汽不平衡汽流力及消除；并且，随着机组容量和参数的增加，#2瓦水平方向上的附加力最大值也不断增加，这是大容量高参数机组出现瓦温高、轴振大导致不能顺利投运顺序阀问题的根本所在[6]。所以，考虑经济性的运行方式优化策略分以下三方面进行：第一，阀门重组，利用对角进汽消除不平衡汽流力；根据轴系承载情况，优化开启顺序，改善轴系状态；根据喷嘴数目差异优化经常运行负荷区段的经济性；利用配汽不平衡汽流力提高轴系稳定性。第二，优化阀门开启规律，优化阀门的重叠度，提高经济性；优化阀门开启曲线形状；准确的阀门流量特性辨识。第三，机理与试验相结合的阀门流量特性准确辨识，优化阀门综合流量特性曲线的线性度，提高机组调节性能（AGC和一次调频能力）。此外，喷嘴配汽规律设计的几个关键技术包括调节级变工况计算、配汽不平衡汽流力计算分析、阀门流量特性辨识、阀门开启顺序的优化设计（分负荷段、轴系瓦温振动、背压及抽汽量等的组合方式，兼顾安全性和经济性）、优化阀门开启重叠度及曲线形状及其它综合因素等。

5 结论及展望

相关研究表明：机组喷嘴配汽故障问题是可以利用顺序阀特性曲线综合优化技术来解决的。此外，通过对文中的部分机组进行调门顺序开关试验，还得到了以下几点启示：从运行安全性来讲，通过顺序阀特性曲线优化，可以有效改善机组的运行环境，解决瓦温和轴振的水平相对单阀偏高的问题；从调节稳定性来讲，通过顺序阀特性曲线优化，可以有效改善调节系统的异常不稳定性，解决调门高频或大幅摆动问题；从间接运行经济性来讲，顺序阀特性曲线优化是改善调门流量特性的线性度，增强机组AGC和一次调频能力的最基础问题，也是一个必须首先解决的关键问题；从直接运行经济性来讲，兼顾不同负荷点阀门重组的阀门开启顺序重组，是后期提高机组变负荷运行经济性的一个入手点。

参考文献：

[1] 苏鹏宇， 万杰， 刘金福等. 基于小波分解和ELMAN神经网络的短期风速多尺度预测方法[C].电站自动化信息化学术和技术交流会议. 2012.

[2] 柏春光， 万杰， 刘娇等. 基于遗传算法的抽汽供热机组间的热电负荷分配优化研究[J]. 节能技术， 2014， 32（3）： 201-204.

[3] 谷军生， 郭谦， 李智华等. 超临界空冷机组高调门阀体激振故障的分析及解决[J]. 科技资讯， 2014， 12（6）：128-129.

[4] 宋崇明， 刘娇， 马世喜等. 亚临界330MW供热机组汽轮机高调门大幅高频摆动问题的分析及解决[J]. 节能技术， 2012， 30（6）：527-531.

[5] 万杰， 许天宁， 李泽等. 热电联产机组抽汽供热期的汽轮机滑压运行优化方法[J]. 节能技术， 2015， 33（1）： 33-37，42.

[6] 于达仁， 刘占生， 李强等. 汽轮机配汽设计的优化[J]. 动力工程学报， 2007， 27（1）：1-5.