汽轮机阀门流量曲线典型问题分析及分段优化

刘汗清

摘要：针对流量特性曲线存在的典型问题，采取分段的方式对阀门流量特性曲线进行优化调整，本文以一个实际例，分析阀门流量曲线存在的典型问题，并对该问题进行分段优化处理，其中过程包括数据处理、阀门流量曲线拟合、负荷流量曲线拟合和优化曲线验证等环节。

关键词：曲线拟合 典型问题 分段优化 流量曲线

0前言

随着电力系统规模越来越大，跨区域的系统互联正在逐步形成，分布式发电、多种综合能源等方向发展迅速，电网组成及运行特性日趋复杂 [1] ，对电源侧与电网侧的协调性能提出更高要求。电源侧涉及电网稳定的是调频，影响调频因素众多，阀门流量特性是主要原因之一。针对阀门流量曲线优化方法，目前研究成果比较多。对阀门进行全行程优化时，数据采集耗时比较长，因此，收集某段阀门流量曲线数据，对流量曲线进行分段优化是可行的。本文以一个实例，分析流量曲线的典型问题，并进行分段优化。

1 汽轮机阀门流量曲线典型问题

阀门流量特性是指阀门开度与通过阀门蒸汽流量的对应关系，由于阀门长期运行，磨损、调速系统或通流改造、安装等都会引起阀门流量特性与实际存在偏差，导致调频性能下降。目前DEH都配有单-顺阀模式，但处于经济性考虑，采用顺序阀运行居多，因此，阀门流量特性就存在一个典型的问题，重叠度选择不合适，在衔接处，流量曲线就出现平缓或下跌现象。另一种典型问题是阀门衔接处负荷曲线出现突变，也是重叠度不适合导致的。其他某段流量曲线存在突变或变缓现象，但该类问题不多见，其中最典型的第一种，衔接处出现负荷流量平缓或下跌问题，本文实例属于该类型。

2 阀门流量曲线分段优化

以某厂600MW超临界机组阀门流量特性优化拟合为例，分析、介绍阀门流量曲线分段优化过程，具体过程如下。

2.1 阀门流量特性问题分析

收集某厂变工况时历史数据，经过预处理，采用主蒸汽与调解级压力比[2]和负荷流量曲线表征阀门流量动态特性，得出机组实际负荷流量曲线变化趋势图如2-1所示。在“CV2/CV4”与“CV3”、“CV3”与“CV1”阀门衔接处，数据变化趋势一致，因此，该衔接处存在负荷流量减缓、下跌等问题，对该处进行分段优化即可。

2.2阀门流量曲线拟合

根据变工况时历史数据，采用最小二乘法或多项式插值拟合出每个阀门的“开度-流量”特征曲线[3]，建立阀门流量模型，寻找与采集的实际流量基本相吻合的流量曲线，相似度越高越好，优化精准度越高，该厂流量曲线拟合如下图。

2.3阀门流量曲线分段优化

该厂阀门流量特性为：死区：0～12%，最佳调节区：13～50%，满行程：60～100%。在第一个衔接处：CV2/4约为75%，CV3才启动;第二个衔接：CV3约为76%，CV1才开始开启，可见阀门开度均进入空行程区间，第二个阀门才开启，蒸汽做功处于乏力状态。对该衔接进行分段优化，增加重叠度，即在CV2/4开度进入满行程之前你，CV3开度宜接近12%，但优化曲线斜率不宜过大，否则将带入产生新的问题，经过多次仿真优化，得出机组负荷流量优化曲线如下。

2.4 优化验证

将CV3和CV1阀门流量管理优化投入，随机组实际运行进行验证，在机组负荷升、降过程中，负荷流量曲线平滑，线性度良好，详细趋势见图2-4。

结束语

经验证，其优化效果良好，负荷流量曲线平滑，线性度良好。鉴于阀门流量特性试验耗时长的客观因素，可以收集需要优化区间的历史数据，对该区域数据进行处理、拟合，采取分段优化。

参考文献

[1]闽勇 胡伟 陈磊等《电力系统机网协调》中国电力出版社

[2]盛锴 周年光等《再热凝汽式汽轮机阀门流量特性在线监测优化》中国电力 第50卷第12期（2017年12月）

[3]李前敏 柏毅辉《汽轮机閥门流量特性优化分析》电力科学与工程 第28卷第9期（2012年9月）