汽輪機(jī)組單順閥無(wú)擾切換的技術(shù)分析及應(yīng)用

1、汽輪機(jī)組單順閥無(wú)擾切換的技術(shù)分析及應(yīng)用第十三卷第一期安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008年3月vol.l 3,no.l journalofanhuielectricalengineeringprofessionaltechniquecollegemarch2008汽輪機(jī)組單順閥無(wú)擾切換的技術(shù)分析及應(yīng)用劉養(yǎng)炯(淮北國(guó)安電力有限公司，安徽淮北235106)摘要:對(duì)汽機(jī)閥門(mén)管理程序和參數(shù)，鍋爐側(cè)ccs調(diào)整參數(shù)及邏輯程序設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行改進(jìn)，整體地解決了既保證汽機(jī)單順閥切換時(shí)較小的負(fù)荷擾動(dòng)，又保證機(jī)組單閥或順序閥時(shí)的效率以及機(jī)組安全的問(wèn)題同時(shí)，對(duì)遇到的一些問(wèn)題進(jìn)行了探討.關(guān)鍵詞:單閥;順序閥;閥門(mén)管理中圖分

2、類(lèi)號(hào):tk247文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:b文章編號(hào):16729706(2008)01 0071 06analysisandapplicationofswitchofturbinevalveswithoutot-rbingbalanceliu-jiong(huaibeigo一onelectricpowercooperationlimitedcompany,huaibei235106,china)引言由于我公司#1,#2機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)一直使用單閥控制方式，為了提高機(jī)組效率，從而提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益需要，投入順序閥運(yùn)行方式;因此，需要解決機(jī)組單順閥切換存在的問(wèn)題，同時(shí)確定更加合理的ccs,deh相關(guān)控制系統(tǒng)參數(shù)，以

3、提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性.單閥是一種汽輪機(jī)全周進(jìn)汽方式，汽輪機(jī)受熱均勻，力量分布也均勻，屈于節(jié)流調(diào)節(jié)的方式,效率偏低;順序閥(又稱(chēng)多閥方式)是一種部分進(jìn)汽方式，受熱受力都不均，屬于噴嘴調(diào)節(jié)方 式，節(jié)流損失小（只有一個(gè)調(diào)門(mén)節(jié)流），效率較高如何利用好各方式的優(yōu)點(diǎn)，避免缺點(diǎn)，而且負(fù)荷在較小 擾動(dòng)或無(wú)擾情況下實(shí)現(xiàn)單順閥切換，這是目前很多電廠面臨的問(wèn)題，尤其是進(jìn)口控制系統(tǒng),更是需 要研究和試驗(yàn)以適應(yīng)機(jī)組真實(shí)的狀況.1汽輪機(jī)閥門(mén)規(guī)范及相關(guān)控制原理1.1汽輪機(jī)規(guī)范兩臺(tái)n30016.7538/538型汽輪發(fā)電機(jī)組為上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)美國(guó)西屋公司技 術(shù)的國(guó)產(chǎn)化機(jī)組.汽輪機(jī)屬亞臨界，雙缸，雙排汽,deh 11

4、，中間再熱，凝汽式汽輪機(jī).進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸的新汽由兩只自動(dòng)主汽門(mén)及六只調(diào)速汽門(mén)控制一只主汽門(mén)控 制三只調(diào)速汽門(mén)，連接在一起，分別布置在機(jī)兩側(cè)的基礎(chǔ)上六只調(diào)速汽門(mén)分別用六根導(dǎo)汽管與 汽缸上下各三根進(jìn)汽套管連接在上下汽缸上.收稿口期:20070913作者簡(jiǎn)介汶ij養(yǎng)炯（1977 一），男,內(nèi)蒙古包頭人，工程師,從事熱控技術(shù)管理和發(fā)電運(yùn) 行管理工作現(xiàn)在職攻讀中國(guó)科技大學(xué)研究生.971?_皇岫一瑩 mcfd卜_ii汕幽g;.nnmeed,刪叫盯gp上卩,p叼_萋mm 一哆k安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院第十三卷第一期 新蒸汽在高壓部分作功后,通過(guò)外下部一個(gè)排汽口進(jìn)人再熱器，蒸汽再熱后，通過(guò) 布置在機(jī)組兩側(cè)的

5、再熱截閥和中壓調(diào)門(mén)進(jìn)人中壓缸部分繼續(xù)作功.再熱后的蒸汽通過(guò)中壓部分作 功后,經(jīng)過(guò)通汽管進(jìn)人低壓缸的中部，向兩邊分流通過(guò)低壓缸作功,作功后的排汽在尾部排人凝汽器, 形成對(duì)稱(chēng)分流式.全機(jī)共有八段非調(diào)整抽汽，分別在第7,11,16,20,22,31,25/32,26/33級(jí)后抽到相應(yīng)的 三臺(tái)高壓加熱器，一臺(tái)除氧器和四臺(tái)低壓加熱器中去,以加熱凝結(jié)水，給水.疏水逐級(jí)自流，高壓 加熱器疏水至除氧器，低壓加熱器疏水至凝汽器，沒(méi)有疏水泵.該機(jī)組采用deh數(shù)字電液調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，并采用高壓抗燃油作為閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 動(dòng)力油.調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)按其功能分為三大部分:eh供油部分,執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分，危急遮斷部分. 其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)

6、部分如下（本文主要研究部分）：各蒸汽閥門(mén)的位置是由各自的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)控制的，每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一個(gè)液壓缸所 組成其開(kāi)啟由抗燃油驅(qū)動(dòng)，而關(guān)閉是靠彈簧力，液壓缸與一個(gè)控制塊連接，在這個(gè)控制塊上裝有 截止閥，卸載閥和單向閥以及不同的附件，可組成一個(gè)基本形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一一調(diào)節(jié)型和開(kāi)關(guān)型.調(diào)節(jié)型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有高壓自動(dòng)關(guān)閉器（左，右），高壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng)機(jī)，中壓調(diào)節(jié)閥油動(dòng) 機(jī)，開(kāi)關(guān)型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有中壓自動(dòng)關(guān)閉器（左,右）.調(diào)節(jié)型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以將其相應(yīng)的蒸汽閥門(mén)控制在任何中間位置上，成比例地調(diào) 節(jié)進(jìn)汽量以適應(yīng)需耍執(zhí)行機(jī)構(gòu)上有一個(gè)電液轉(zhuǎn)換器和一個(gè)線性位移變送器（lvdt）,高壓油經(jīng)一 1o微米的濾油器供給屯液轉(zhuǎn)換器，該電液

7、轉(zhuǎn)換器接受伺服放大器的閥位信號(hào)，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位 置,lvdt轉(zhuǎn)換一個(gè)正比于閥位的模擬信號(hào),并反饋到控制器組成一個(gè)閉環(huán)回路（見(jiàn)圖1）.開(kāi)關(guān)型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)只能控制這些閥門(mén)的全開(kāi)或全關(guān),高壓油經(jīng)一節(jié)流孔直接進(jìn)人 油缸，開(kāi)啟主汽閥，一個(gè)試驗(yàn)的電磁閥，可開(kāi)啟卸載閥,關(guān)閉主汽閥.在每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中都配有一個(gè)與危急遮斷油相連的卸載閥,一旦危急遮斷系統(tǒng)動(dòng) 作造成危急遮斷泄油,卸載閥即開(kāi)啟，從而關(guān)閉各個(gè)相應(yīng)的蒸汽閥門(mén).1.2控制原理我廠所用數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（digitalelectrohydrauliccontrolsystem,簡(jiǎn)稱(chēng)deh）, 為美國(guó)西屋modi ii型wdpf控制系統(tǒng)，從軟件方而來(lái)說(shuō)，是

8、dcs的一個(gè)組成部分，有操作員 站和工程師站兩個(gè)功能，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)測(cè)，參數(shù)設(shè)定，報(bào)警打印,圖形文本編輯等功能.從硬件方面 來(lái)說(shuō)，除與dcs其他設(shè)備類(lèi)同外，還有自己獨(dú)立之處:包括一對(duì)兀余的0a,單獨(dú)的atc,rsm,dpu和 一套就地控制設(shè)備和相關(guān)卡件.數(shù)字式電液控制系統(tǒng)是按電氣原理設(shè)計(jì)的敏感元件，數(shù)字電路，按液壓原理設(shè)計(jì)的 放大元件和液壓伺服機(jī)構(gòu)構(gòu)成的汽輪機(jī)控制系統(tǒng).具有轉(zhuǎn)速控制功能，負(fù)荷控制功能，閥門(mén)管理和 在線試驗(yàn)功能，汽輪機(jī)自啟動(dòng)功能，機(jī)組保護(hù)功能，機(jī)組監(jiān)視功能.其屮，閥門(mén)管理是根據(jù)運(yùn)行條件不同 改變進(jìn)汽方式的能力,對(duì)應(yīng)機(jī)組全周進(jìn)汽和部分進(jìn)汽而采用的單閥控制（節(jié)流調(diào)節(jié)）和順序閥控制

9、（噴 嘴調(diào)節(jié)）的管理方式.順序閥控制的閥門(mén)開(kāi)啟順序?yàn)?3.其邏輯如圖1.deh的調(diào)節(jié)功能分成速度控制和負(fù)荷控制兩個(gè)階段.實(shí)現(xiàn)這兩種控制時(shí)有手動(dòng), 自動(dòng)，手動(dòng)同期，自動(dòng)同期,atc幾種方式.在負(fù)荷控制階段，可將調(diào)節(jié)級(jí)壓力回路及功率回路和調(diào)頻回路投入，單/順閥切換并保證無(wú)擾另外，還可進(jìn)行閥門(mén)試驗(yàn)（在單閥控制下），如tv,gv,rv進(jìn)行閥 門(mén)試驗(yàn)拼且不會(huì)對(duì)控制過(guò)程產(chǎn)牛擾動(dòng).控制方式原理圖如圖2.2單順閥切換試驗(yàn)2試驗(yàn)要求1）切除” agc”和''一次調(diào)頻'控制方式.72.劉養(yǎng)炯:汽輪機(jī)組單順閥無(wú)擾切換的技術(shù)分析及應(yīng)用2）目標(biāo)負(fù)荷根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)指揮命令由運(yùn)行人員在dcs系統(tǒng)內(nèi)手動(dòng)設(shè)定

10、.3）機(jī)組采用以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式（bf+ccs）,deh功率和壓力控制回 路切除.4）各重要輔機(jī)均處在受控狀態(tài).1 彈?:p圖1閥門(mén)管理控制邏輯圖（核心部分）2.2試驗(yàn)過(guò)程按照試驗(yàn)方案中的試驗(yàn)要求進(jìn)行試驗(yàn).w功舉 試驗(yàn)的負(fù)荷點(diǎn)選取90%mcr負(fù)荷時(shí)進(jìn)行閥 切換試驗(yàn),以及在60%mcr負(fù)荷時(shí)進(jìn)行閥切換試 驗(yàn),分別記錄功率，主蒸汽壓力和溫度，調(diào)節(jié)級(jí)壓 力和溫度,汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度，汽包水位，汽包壓力，汽 機(jī)轉(zhuǎn)速，缸壁溫度等參數(shù)隨時(shí)間的變化情況，數(shù)據(jù) 記錄與顯示間隔12秒，并以曲線和數(shù)據(jù)表格的 形式提供記錄結(jié)果.試驗(yàn)屮及時(shí)對(duì)不同工況試驗(yàn) 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，一是了解機(jī)組的安全情況，同吋根 據(jù)試驗(yàn)的動(dòng)

11、態(tài)過(guò)程分析，對(duì)deh信號(hào)，鍋爐指令，熱量信號(hào)等重要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以免機(jī)組在參與閥切換過(guò)程屮引起燃料大幅波動(dòng)，繼而引起 各相關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)振蕩.根據(jù)試驗(yàn)的曲線及鍋爐響應(yīng)情況對(duì)gv6,s£/jnelclal118芷至穴個(gè)調(diào)f圖2機(jī)組負(fù)荷控制邏輯ccs 狽ideh側(cè)gv3和gv5的順閥控制函數(shù)進(jìn)行了修正，對(duì)ccs側(cè)的鍋爐能量信號(hào)和鍋爐指令 信號(hào)進(jìn)行了相應(yīng)的控制參數(shù)的修改同時(shí)對(duì)單順閥切換的切換時(shí)間和切換速度進(jìn)行了修正,根據(jù)試驗(yàn)的效 果，對(duì)參數(shù)進(jìn)行了分析取舍，將修改后對(duì)閥切換和鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定有利的參數(shù)保留,對(duì)其余參數(shù)進(jìn)行了恢 復(fù)修改的參數(shù)及函數(shù)如下.表i機(jī)組順閥閥位控制函數(shù)a020x51i的系數(shù)

12、關(guān)系（修改前）100.60012088.58989.59090.591y 一 100012027.0328.3229.6132.5842.15100gain4917bias:一 400973?安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院第十三卷第一期表2機(jī)組順閥閥位控制函數(shù)a020x511的系數(shù)關(guān)系（修改后）loo 6ool2089.5909o.59191.592yloool 2027.0328.3229.6132.584251oogain:4.917bias: 430表3機(jī)組閥位流量特性函數(shù)a020x425的系數(shù)修正關(guān)系000083.9592.5993.8395.0696.397.5引 ooyo6.ooo29.

13、2o34.3435.8737.6341.1344.631oo在每一次試驗(yàn)過(guò)程中，熱控專(zhuān)業(yè)人員都通過(guò)實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖認(rèn)真觀察各自動(dòng)控制系統(tǒng) 被調(diào)量的變化情況，并對(duì)其動(dòng)態(tài)偏差，系統(tǒng)穩(wěn)定吋間和穩(wěn)定后的靜態(tài)偏差進(jìn)行記錄,將變化曲線打 卬出來(lái)，進(jìn)行分析，對(duì)調(diào)節(jié)參數(shù)做了相應(yīng)的修改整定.2.3試驗(yàn)綜合分析在做試驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)在90%額定負(fù)荷工況下，經(jīng)過(guò)對(duì)上述參數(shù)的修改，負(fù)荷擾動(dòng)變小, 汽機(jī)調(diào)門(mén)在45%以下切換時(shí)，負(fù)荷擾動(dòng)幾乎沒(méi)有，在45%拐點(diǎn)以后快速開(kāi)啟，負(fù)荷有正負(fù) 3000kw的波動(dòng)，相應(yīng)風(fēng)量，水位波動(dòng)也相應(yīng)減小.這一問(wèn)題通過(guò)修改機(jī)組閥位流量特性函數(shù)a020x425得 以解決.試驗(yàn)吋，在60%額定負(fù)荷工況下，經(jīng)過(guò)對(duì)

14、上述參數(shù)的修改，負(fù)荷擾動(dòng)仍較人,汽機(jī)調(diào) 門(mén)在45%以下切換時(shí)，負(fù)荷擾動(dòng)較小，在45%拐點(diǎn)以后快速開(kāi)啟后，負(fù)荷有正負(fù)6000kw的波動(dòng), 相應(yīng)風(fēng)量，水位也有較大的波動(dòng)這一問(wèn)題的解決需要一些綜合措施，具體如后文所述.3單順閥切換改進(jìn)措施在運(yùn)行中,維持原運(yùn)行的壓力額定參數(shù)，原壓力曲線符合上汽廠設(shè)計(jì)要求，這樣與 西屋初設(shè)參數(shù)和符，不致使調(diào)門(mén)過(guò)開(kāi)，使pid積分過(guò)飽和，特別在高負(fù)荷時(shí)岀現(xiàn)負(fù)荷過(guò)調(diào)現(xiàn)象.因?yàn)?在遙控狀態(tài)時(shí),deh側(cè)自身而言,是開(kāi)環(huán)的狀態(tài)，對(duì)于爐側(cè)的遙控指令是無(wú)反饋的響應(yīng),只要鍋爐側(cè)未 達(dá)到其設(shè)定值,deh側(cè)在壓力一定的情況下，就只能不斷地開(kāi)大閥門(mén).這樣在壓力低于設(shè)計(jì)值時(shí)，就會(huì) 出現(xiàn)閥門(mén)過(guò)開(kāi)，

15、超出閥門(mén)的線性區(qū).另外,從邏輯防護(hù)方面考慮，當(dāng)汽機(jī)調(diào)門(mén)全開(kāi)時(shí)，用調(diào)門(mén)全開(kāi)信號(hào)去閉鎖增汽機(jī)調(diào) 門(mén)指令，此時(shí)，汽機(jī)主控調(diào)節(jié)器不再增加指令，當(dāng)主汽壓力上升到一定值時(shí)，調(diào)門(mén)全開(kāi)信號(hào)失去，閉 鎖増解除系統(tǒng)恢復(fù)正常具體實(shí)施邏輯如下：1）汽機(jī)閉鎖信號(hào)的形成-一圖3汽機(jī)閉鎖信號(hào)形成邏輯2）加入汽機(jī)閉鎖信號(hào)后的邏輯邏輯修改之后，當(dāng)出現(xiàn)閉鎖信號(hào)后，調(diào)節(jié)器輸出將不再增加，閉鎖信號(hào)解除后，將在 原基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)節(jié)，有效地防止了輸出指令的累加.切換時(shí)，特別在低負(fù)荷段容易造成負(fù)荷波動(dòng)大的現(xiàn)象,因此要對(duì)切換時(shí)間以及鍋爐 響應(yīng)速度進(jìn)行修正，同吋要對(duì)門(mén)前壓力，熱能系數(shù)和流量特性曲線在額定主汽壓力的情況下進(jìn)行修 改.為減小負(fù)荷擾動(dòng)

16、幅度，并結(jié)合單順閥切換實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,負(fù)荷在200mw以上投入順 閥方式.由于在低于200mw時(shí),進(jìn)行閥切換時(shí)，負(fù)荷擾動(dòng)達(dá)2mw左右,鍋爐側(cè)的響應(yīng)仍然跟不上. 另外，減小鍋爐側(cè)974.劉養(yǎng)炯:汽輪機(jī)組單順閥無(wú)擾切換的技術(shù)分析及應(yīng)用圖4汽機(jī)閉鎖信號(hào)控制邏輯（修改后）的deb信號(hào)的微分作用的強(qiáng)度（ccs側(cè)參數(shù):a014x232:lag915）,保證鍋爐指 令不致波動(dòng)太大，從而保證負(fù)荷的擾動(dòng)不致過(guò)大.在crt畫(huà)面上增加閥故障報(bào)警,并延長(zhǎng)故障信號(hào)發(fā)岀的延吋吋間以及閥故障的偏 差值至15%,原聯(lián)鎖保護(hù)條件仍保留同時(shí)，加強(qiáng)eh油的在線定期濾油，岀現(xiàn)閥故障的可能性將減 小.4效果檢查經(jīng)過(guò)一年多的使用,節(jié)能效果明

17、顯實(shí)現(xiàn)了安全，無(wú)擾的（有一定裕度的波動(dòng)）單順閥 切換.各工況下單順閥切換時(shí)的負(fù)荷注汽壓力，燃料，調(diào)門(mén)等參數(shù)的曲線如圖5和圖6所zj.喇換）i始點(diǎn)圈5單閥切為順序閥及順序閥調(diào)節(jié)方式時(shí)的調(diào)節(jié)特性曲線從圖5可以看出，在230mw時(shí)進(jìn)行的閥切換中，經(jīng)過(guò)修止后的閥切換過(guò)程主汽流 量和發(fā)電負(fù)荷均很平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)擾切換同時(shí)，切換為順序閥模式后，隨著6個(gè)調(diào)門(mén)的依次關(guān)閉，負(fù) 荷和流量基本成線性平滑下降從圖6可以看出，在#6調(diào)門(mén)重疊度未修正好前，在6調(diào)門(mén)死區(qū)內(nèi)，隨著 調(diào)門(mén)開(kāi)啟,負(fù)荷和流量曲線水平，無(wú)變化，均在不受控狀態(tài).這一情況也提醒檢修人員在油動(dòng)機(jī)檢修 時(shí)的恢復(fù)和修后的測(cè)975?安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院第十三卷

18、第一期試十分重要,若出現(xiàn)流量特性變化要及時(shí)修正.圖6順序閥調(diào)節(jié)方式吋，拍調(diào)門(mén)的重疊度特性曲線對(duì)負(fù)荷和流量的影響5結(jié)語(yǔ)通過(guò)對(duì)電廠兩臺(tái)機(jī)組單順閥試驗(yàn)和實(shí)施得出了以下幾點(diǎn)結(jié)論：兩臺(tái)機(jī)組單順閥切換時(shí)上下缸溫差在允許范圍內(nèi).(2) 兩臺(tái)機(jī)組在進(jìn)行閥切換過(guò)程中經(jīng)過(guò)參數(shù)修正后負(fù)荷擾動(dòng)減小但仍有小幅波動(dòng), 因此經(jīng)過(guò)對(duì)曲線的分析，初步認(rèn)定需對(duì)閥門(mén)的流量特性進(jìn)行修改，修改時(shí)對(duì)原拐點(diǎn)前的函數(shù)保持 不變,再加一個(gè)函數(shù)對(duì)拐點(diǎn)后的曲線進(jìn)行修正(受wdpf系統(tǒng)函數(shù)分段功能的限制，只能再增加一個(gè) 函數(shù)，其他dcs系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況而定).(3) 兩臺(tái)機(jī)組對(duì)鍋爐燃燒方面參數(shù)的修止對(duì)閥切換的影響較小，但起到了輔助作 用.(4) 重疊度函數(shù),流量特性函數(shù)，熱效函數(shù)以及切換時(shí)間的參數(shù)修正,對(duì)切換過(guò)程至 關(guān)重要.重疊度函數(shù)，流量特性函數(shù),通過(guò)上述試驗(yàn)確定;切換時(shí)間的參數(shù)可以控制切換的 時(shí)間，對(duì)減小負(fù)荷和壓力波動(dòng)，有一定輔助作用;熱效函數(shù)是機(jī)組流量需求與流量指令的修止函數(shù). 汽輪機(jī)在不同的流量作功吋，汽輪機(jī)排汽壓力隨之變化，蒸汽熔降變化,相應(yīng)的作功能力不同，因此需對(duì) 不同的蒸汽流量指令進(jìn)行修正.例如，隨著負(fù)荷升