基于汽轮机阀门关闭时间测试试验和一元线性回归分析法的超大型机组的调速系统设计方法

李玉娟，张士龙，任冬梅，付洪波

（1.哈尔滨热电有限责任公司，黑龙江哈尔滨150046；2.华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

基于汽轮机阀门关闭时间测试试验和一元线性回归分析法的超大型机组的调速系统设计方法

李玉娟1，张士龙2，任冬梅1，付洪波1

（1.哈尔滨热电有限责任公司，黑龙江哈尔滨150046；2.华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

提出一种基于汽轮机阀门关闭时间测试试验和一元线性回归分析法的超大型机组的调速系统设计方法,属于透平发电机组技术领域。开展了使用高频录波仪测试汽轮机阀门关闭时间参数、测试汽轮机的DEH、TSI、ETS等测点的信号传输到AST电磁阀的时间等工作,通过对目前使用的各种负荷等级机组的测试结果采用一元线性回归分析法,预测未来更大蒸汽流量、更大主蒸汽压力、更大负荷机组的阀门关闭时间是否满足要求,完成机组调速系统的设计决策，分析是否需要更多的阀门数量以减少阀门行程，达到防止在各种打闸方式下机组超速的目的。

超大型机组；汽轮机阀门关闭时间；一元线性回归分析法

0 引言

目前，超大型超超临界机组已经成为电力行业电源侧国家审批的未来发展方向，所以完善超大型机组的设计有重要的意义。

阀门关闭时间是透平机组的一个重要参数,不论在机组的设计中还是在汽轮机运行时,都要求阀门关闭时间有一个合格值。阀门关闭时间对汽轮机的超速影响权重较大。

1 技术背景

《DL/T 824-2002 汽轮机电液调节系统性能验收导则》[1]对汽轮机各个主汽阀门和调节阀门的关闭时间做了严格规定，并且未来设计的机组对这个规定的时间会更严格。确立汽轮机调节阀开关时间的合格标准十分必要，调节阀正常关闭时间与汽轮机转速飞升存在定量关系。国家标准《固定式发电用汽轮机规范》（GBT5578）[2]明确指出，设计的调节器和蒸汽阀门的操纵机构应做到，在额定参数或规定的非正常工况下，即使甩去能达到的最大负荷的任何负荷，都不应引起能导致汽轮机跳闸的瞬时超速。建立汽轮机调节阀开关时间的标准，可以使汽轮机调节阀的设计、制造与运行有据可依，减少油动机在设计与制造过程中的随意性，最大程度的避免汽轮机超速等恶性事故的发生。

由于早期的技术水平所限和投资的控制,阀门关闭时间的测量只用于机组的静态测试。

2 理论模型

所要解决的技术问题是提供一种设计合理、经济投资小、预测结果准确、计算方法容易实现的一种超大型机组的调速系统研究的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：使用高频录波仪测试汽轮机阀门关闭时间参数、测试汽轮机的DEH、TSI、ETS等各系统的用于跳闸的测点的信号由测点传输到AST电磁阀的时间、遥控跳闸到阀门开始关闭的延迟时间、阀门在无蒸汽状态下克服油缸摩擦阻力关闭的时间、有蒸汽状态下同一蒸汽流量下微升微降主蒸汽压力分别测量的阀门关闭时间、有蒸汽状态下同一主蒸汽压力下调整主蒸汽流量分别测量的阀门关闭时间等试验结果,可以通过对目前使用的各种负荷等级的机组的测试结果计算出机组无蒸汽状态下遥控跳闸到阀门开始关闭延迟时间与测量线路长短的关系系数、阀门在无蒸汽状态下克服油缸摩擦阻力关闭时间与阀门行程的关系系数、主蒸汽压力对阀门关闭时间的影响系数、主蒸汽流量对阀门关闭时间的影响系数。采用一元线性回归分析法,预测未来更大蒸汽流量、更大主蒸汽压力、更大负荷机组的阀门关闭时间是否满足要求,完成机组调速系统的设计决策，分析是否需要更多的阀门数量以减少阀门行程，解决防止在各种打闸方式下机组超速的目的。汽轮机在甩负荷时动态最大转速飞升一般可用下式[3]估算：

式中No—额定工作转速，r/min；

Ta—转子时间常数，s；

φ—甩负荷相对值，%；

Tv—蒸汽容积时间常数，s；

αh，αi—高、中压缸功率比例系数，%；

Th1，Ti1—高、中压油动机延迟时间，s；

Th2，Ti2—高、中压油动机工作行程等值关闭时间或工作行程关闭时间，s。

该方法为发电机组其他阀门的设计奠定基础，为设计主蒸汽阀门、调节阀门关闭时间在测量线路延时时间、油缸关闭时间、主蒸汽影响关闭时间、主蒸汽压力影响关闭时间的总关闭时间分配的设计提供基础。

3 应用实例

某公司3号汽轮机系直接空冷凝汽式汽轮机。3号机组调节系统采用数字电液控制（DEH）系统，其机械液压系统的控制介质为高压抗燃油，进汽阀门包括2个高压主汽门、2个中压主汽门、4个高压调节阀、2个中压调节阀，每一个进汽阀门均配有一个执行机构以控制其开关。

由仪器测试结果计算各阀门关闭时间和延迟时间见表1。

表1 某电厂阀门关闭时间测试结果

该机组TV1的延迟时间T1为69ms，阀门油缸关闭时间T2为128ms，主蒸汽压力单位变化ΔP（例如0.5MPa）影响阀门关闭时间系数为A，主蒸汽流量单位变化ΔF影响阀门关闭时间系数为B，超大型机组有蒸汽的实际运行状态的阀门关闭时间为：

当预测的T大于国标规定的时间时,设计调速系统便应该分析各个时间分项，解决能在哪一分项实际减少时间，为设计决策提供基础。当预测时间T小于国标规定时间时，将时间分项带入式（1）修正公式，得到下式：

式中APh—主蒸汽压力对阀门关闭时间的影响高压缸分量；

BFh—主蒸汽流量对阀门关闭时间的影响高压缸分量；

APi—主蒸汽压力对阀门关闭时间的影响中压缸分量；

BFi—主蒸汽流量对阀门关闭时间的影响中压缸分量。

预测超大机组最大负荷的最终最大飞升转速是否满足要求，在控制范围之内（公式形式依据机组形式改变例如双再热，公式再热部分应该有两部分）。

由式（2）推算式中A和B。一元线性回归方程反映一个因变量与一个自变量之间的线性关系，当直线方程Y′=a+bx的a和b确定时，即为一元回归线性方程。试验中强迫式（2）中主蒸汽压力P不变，则APh和APi分项为零，式中其他No、φ、Tv、αh、αi、Th1、Ti1、Th2、Ti2等为常量，每次试验都能测出一对（BFh，ΔNmax）,经过大量上述试验和相关分析后，在直角坐标系中将大量数据绘制成散点图，这些点不在一条直线上，但可以从中找到一条合适的直线，使各散点到这条直线的纵向距离之和最小，这条直线就是回归直线，这条直线的方程叫作直线回归方程。直线的斜率为B。同理可以计算出A。式（2）中各系数均为常量可以推导更大压力等级和更大蒸汽容量的机组的动态阀门关闭时间，为设计提供决策。

4 结语

通过对某电厂某号机组汽轮机主蒸汽主汽门、主蒸汽调门、再热主汽门、再热调门、抽汽逆止门等在各种打闸方式下测量数据进行了深入分析,将国标中规定应用于静态测试的阀门关闭时间测试试验延伸于机组的动态测试，使用一元线性回归法设计一种超大型机组的调速系统研究的方法，完善了超大型机组的设计方法和设计过程。

[1] DL/T 824-2002，汽轮机电液调节系统性能验收导则[S].

[2] GB/T 5578-2007，固定式发电用汽轮机规范[S].

[3] DL/T 711-1999，汽轮机调节控制系统试验导则[S].

修回日期：2016-10-08

简讯华电电力科学研究院荣获国家能源局能源软科学研究优秀成果奖

华电电力科学研究院参与的国家能源局项目《2030年能源体制革命战略研究》荣获2015年度国家能源局能源软科学研究优秀成果奖。

国家能源局项目《2030年能源体制革命战略研究》由国务院发展研究中心、华电电力科学研究院及煤炭科学研究总院等单位联合完成。华电电力科学研究院承担了《2030能源体制革命战略研究》子课题二《2030电力体制革命战略研究》专题。该课题制定了我国未来中长期电力体制改革目标、总体思路和实施路径，并创造性提出了未来电力市场结构图和2030年电力体制改革路线图，为我国未来电力体制改革提供了重要理论基础，为国家实施电力体制革命战略提供了重要参考，具有重要的理论和实践意义。

国家能源局组织开展的能源软科学研究优秀成果奖评选，旨在调动能源行业及社会各界开展能源软科学研究的积极性和创造性，提高政府管理部门科学管理和决策水平，促进能源行业科学发展。本次获奖是对华电电力科学研究院在国家层面能源战略研究和政策制定方面的智库作用的充分肯定，同时对华电电力科学研究院开展能源战略及政策研究具有重要激励意义。

Analysis of Very Large Units of Speed Control System Design Method Based on Steam Turbine Valve Closing Time Test and Monadic Linear Regression

LI Yu-juan1，ZHANG Shi-long2，REN Dong-mei1，FU Hong-bo1
（1.Harbin Thermal Power Co.，Ltd，Harbin 150046，China；2.Huadian Electric Power Research Institute,Hangzhou 310030，China）

In this paper, based on steam turbine valve closing time test test and monadic linear regression analysis of very large units of speed control system design method, belonging to the turbine generator set technology "was carried out by using high frequency wave record meter test, test of steam turbine DEH turbine valve closing time parameters, TSI, ETS system used for tripping signal measuring point by point to the AST solenoid valve work such as time, by use of a variety of load level of the unit test results of large data, with the method of monadic linear regression analysis to predict the future more steam flow rate and larger main steam pressure, larger load valve closing time whether meet the requirements of the unit, complete control system design decisions, analyze whether need more in order to reduce the number of the valve valve stroke, to prevent the unit in all kinds of brake mode the purpose of speeding.

very large units；steam turbine valve closing time；monadic linear regression analysis method

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.05.006

TM621

B

2095-3429（2016）05-0022-03

李玉娟（1967-），女，哈尔滨人，本科，工程师，培训专工，主要从事集控运行培训方面的工作。

2016-08-25