火电厂汽轮机阀门流量特性曲线优化

付晓明，张殿朝，李 超

(内蒙古京泰发电有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017100)

0 引言

汽轮机阀门流量特性曲线用于描述阀门开度与通过阀门的蒸汽流量之间的对应关系，数字式电液控制系统(digital electro-hydraulic control system, DEH)阀门流量特性曲线若与阀门实际流量相差较大，在机组变负荷和一次调频时，可能出现负荷突变和调节缓慢的问题，造成机组控制困难，从而影响机组的安全性和变负荷能力。在顺序阀方式下，如果调节阀门重叠度设置不合理，也会影响机组顺序阀投入的经济性。

为提高机组自动发电控制系统(automatic generation control system, AGC)和一次调频的性能及节能降耗，需要对DEH系统阀门流量特性曲线进行优化和再调整，计算出切合机组实际情况的阀门流量特性曲线，从而使机组的单阀／顺序阀切换过程更平稳，负荷扰动更小，主汽温度、主汽压力等参数更稳定，瓦温、振动、位移等都能够得到一定的改善，增强机组变负荷和一次调频的能力，提高机组运行的经济性和控制的稳定性。

1 机组概况

京泰电厂1号机组是上海汽轮机厂生产的亚临界中间再热直接(间接)空冷机组，该机组的配汽方式为全电调控制，调节阀采用多阀系统，各阀门严格按照预定的程序执行启闭，升程关系固定，可以实现单阀和顺序阀控制。在启动和较低负荷时，汽轮机采用单阀节流调节，此时6个调节阀同时开启；带一定负荷后，轴系受热均匀，可以切成顺序阀控制，即喷嘴调节，此配汽方式要比单阀控制下经济效率要高，但其流量特性曲线线性要求比较高，若线性度差会影响到机组控制品质，因此有必要对此类机型顺序阀曲线进行优化，以适应实际运行的要求。

2 阀门流量曲线优化试验及验证

2.1 试验目的

(1) 在确保机组振动和瓦温在运行允许范围内，查找阀门最佳开启顺序。

(2) 确定高调门的实际流量特性曲线以及重叠度。

(3) 根据高调门实际的流量特性曲线关系及高调门的重叠度数据，优化DEH系统高调门单阀和顺序阀流量曲线，使其综合流量曲线线性化，阀门重叠度≤6 % (压力重叠度)，提高机组经济效率。

(4) 确定机组参与AGC和一次调调频时调频负荷与阀位的对应关系，增强机组变负荷和一次调频的能力，提高机组运行的经济性和控制的稳定性。

2.2 试验步骤

2.2.1 阀门开启顺序试验

(1) 解除机组AGC、退出一次调频，汽轮机切单阀控制，投功率回路调节，机组负荷维持200 MW。

(2) 蒸汽工况调整由锅炉完成，通过给煤量调整来维持主汽压力稳定在14 MPa。

(3) 对各个高调门逐个进行测试，试验时高调门切手动，通过DEH手动给定阀位，以5 %的幅度逐步关闭调门(10 %以下区域缓慢操作，每次以2 %左右幅度操作)，全关后再逐步开启至全开。

(4) 操作高调门时注意观察轴系的瓦温和振动值，如达到或接近风险(报警)值(振动值大于125 μm，瓦温大于95 ℃)立即恢复系统。

(5) 若试验结果显示轴系振动、瓦温、阀杆振动、气流激振均满足机组运行的安全要求，则停止试验，进行下步试验。

2.2.2 单阀阀门流量曲线特性试验

(1) DEH处于单阀运行状态。

(2) 在负荷170～320 MW，做调门的流量特性试验，运行人员保持主汽压力、各段抽汽压力等参数的稳定，减少外界对真空的影响，以保证试验数据的准确性。

(3) 试验前，热控人员校验1～6号高调门就地位移传感器，保证其指示准确。

(4) 机组处于协调方式，主汽压力控制在14 MPa, 负荷由320 MW(据现场实际情况，从最大负荷开始试验)降至220 MW，每隔10 MW记录一次数据。

根据阀门特性试验数据，GV1～GV6在预启阀行程内无流量，TP=14 MPa时阀的有效行程GV1～GV6分别为81 %，81 %，55 %，61 %，61 %，71 %；预 启 阀 行程GV1～GV6分 别 为10.756 %，13.213 %，6.4 %，6.9 %, 9.8 %，9.9 %；GV1～GV6的死区分别为0 %，2.3 %，1.9 %，4.9 %，0 %，1.7 %。

分析得出新顺序阀曲线，如原顺阀特性试验结果所述，1号机组原顺序阀曲线线性较好，阀门重叠度稍小，曲线修改主要侧重于以下两个方面。

(1) 原阀门预启开度设置为6 %左右，根据试验数据调整至10 %以上，同时微修正阀门重叠度，补偿阀门开启后期斜率变小的现象。

(2) 将前高调门行程开度由原来100 %调整至95 %，防止机组在阀门拐点和高负荷调节时调门摆动，以及阀门全开段因指令和反馈偏差而产生积分饱和现象，有利于机组安全运行。

2.2.3 阀门曲线修改后的流量特性试验

根据1号机组阀门曲线修改后进行的特性试验数据，得出主蒸汽压力TP=14 MPa时，机组优化后顺序阀综合阀位与主汽流量/功率的对应关系曲线，结果表明优化后的顺序阀曲线下运行时流量特性曲线更加线性。

3 阀门试验结果分析

(1) 通过京泰电厂1号机组汽轮机阀门特性试验情况，对汽轮机顺序阀曲线进行了优化和修改，单/顺阀无扰切换试验合格正常，阀门切换时，负荷波动≤1.5 %额定负荷(功率方式)。

(2) 新顺序阀曲线优化后，流量曲线线性稳定，无调速系统摆动现象，阀门开启重叠度小于5 %，正常运行中，负荷波动≤1 %额定负荷，无阀门空行程波动现象，阀门重叠开启阶段无负荷波动和调门摆动情况。

(3) 新顺序阀曲线流量特性满足全程流量线性化，综合流量指令与主汽流量、实发功率的对应惯性较原曲线更为合理和线性化。

(4) 转速系统优化后，保证汽轮机在稳态转速下实际转速与额定转速偏差不超过±0.1 %。

4 结束语

京泰1号机组顺序阀曲线优化后，其流量特性曲线有所改变，在基本不改变原阀门线性斜率的基础上，通过调整阀门重叠度、预启阀开度，最大可能地保证曲线线性和稳定，使得同等条件部分负荷段汽轮机响应加快，同时未来可能会对部分负荷段协调控制系统(coordination control system,CCS)的调整带来影响(目前尚未发现)。因此，在机组实际运行中需根据实际情况对机、炉主控控制参数做出适当调整和修正。