大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司配汽優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

1、.大唐韓城二電機(jī)組閥門管理優(yōu)化實(shí)施方案撰寫：審核：批準(zhǔn)：哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力控制與可靠性研究所2007年8月*;Institute of Advanced Power Control and ReliabilityHarbin Institute of Technology. Harbin, China哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)動(dòng)力控制與可靠性研究所1. 問題的提出大唐韓城二電的#1、#2號(hào)機(jī)組均為日本東芝公司引進(jìn)的TC4F42型、單軸、四缸四排汽、亞臨界、中間一次再熱、沖動(dòng)式、凝汽式600MW機(jī)組。四只調(diào)節(jié)汽閥對(duì)應(yīng)四組噴嘴，機(jī)組原設(shè)計(jì)的高壓調(diào)節(jié)閥開啟順序?yàn)?3+#4à#1à#2

2、（見圖1），最小部分進(jìn)汽度50%（進(jìn)汽弧段連續(xù)）。機(jī)組的DEH系統(tǒng)采用了東芝公司配套的TOSMAP-DS(Dynastream)系統(tǒng)。#1、#2機(jī)組于2005年投運(yùn)至今，一直以單閥方式運(yùn)行，。在機(jī)組投運(yùn)后，國(guó)華臺(tái)山電廠進(jìn)行了多次順序閥試驗(yàn)，并通過改變順序閥開啟順序使#1、#2機(jī)投入順序閥運(yùn)行。在后3臺(tái)機(jī)上進(jìn)行順序閥試驗(yàn)時(shí)，切換過程中出現(xiàn)了閥門和負(fù)荷大幅度波動(dòng)，EH油壓大幅降低，最高達(dá)1.5MPa，試驗(yàn)中止。因此#3、#4、#5機(jī)一直無法投入順序閥運(yùn)行。因此3#5#機(jī)組一直采用單閥方式運(yùn)行，嚴(yán)重影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，需要分析導(dǎo)致順序閥切換過程中調(diào)門擺動(dòng)的原因，并提出解決方案。圖1 閥門配置和開啟順序

3、（原設(shè)計(jì)方案）（從調(diào)速器端向發(fā)電機(jī)方向看）2. 故障原因分析大唐韓城二電的#15#機(jī)組均為上海汽輪機(jī)有限公司（STC）生產(chǎn)的引進(jìn)型亞臨界600MW汽輪機(jī)組，機(jī)組本體的結(jié)構(gòu)基本相同，所不同之處在#1、#2機(jī)組的DEH系統(tǒng)采用了新華公司的DEH IIIA，組態(tài)邏輯采用的是新華公司的邏輯，而#3、#4、#5號(hào)機(jī)組的DEH系統(tǒng)采用的是SIEMENS公司的PC-S7，采用的是西屋公司原廠的組態(tài)邏輯。因此造成機(jī)組運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的問題的主要原因應(yīng)在于DEH系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。因此經(jīng)過詳細(xì)分析#3、#4、#5號(hào)機(jī)組的DEH邏輯，其中存在著一些缺陷，具體如下所述：2.1 閥門特性曲線的線性度不好在DEH系統(tǒng)中非線性函數(shù)是

4、由多段直線擬合的，由于PC-S7系統(tǒng)設(shè)計(jì)的限制，最多只能用8個(gè)點(diǎn)來擬合一個(gè)非線性函數(shù)（相比較而言，新華公司的DEH IIIA則可以用12個(gè)點(diǎn)來擬合一個(gè)非線性函數(shù)），由于點(diǎn)數(shù)較少，因此在某些區(qū)段與原函數(shù)的曲差可能較大。同時(shí)DEH系統(tǒng)中，從流量指令FDEM到調(diào)門開度指令的計(jì)算需要經(jīng)過多個(gè)計(jì)算塊，由于非線性擬合函數(shù)計(jì)算塊的誤差，導(dǎo)致最終計(jì)算的結(jié)果有較大的誤差。圖2中給出了3#機(jī)DEH系統(tǒng)中順序閥下流量指令與高調(diào)門閥位指令的關(guān)系曲線，如圖中所示該曲線在某些區(qū)間的線性度較差，因此在該負(fù)荷區(qū)間附近機(jī)組的調(diào)門開度有可能發(fā)生擺動(dòng)，影響機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。2.2 單閥順序閥切換中調(diào)節(jié)級(jí)壓力回路參數(shù)整定與邏輯不合理

5、通過對(duì)國(guó)華滄東電廠#1、#2機(jī)（與大唐韓城二電#3、#4、#5機(jī)的主機(jī)和DEH均相同）順序閥切換過程中閥門波動(dòng)問題的深入研究，并通過與上海汽輪機(jī)有限公司（STC）自控中心、國(guó)華滄電和大唐韓城二電相關(guān)技術(shù)人員交流，發(fā)現(xiàn)順序閥切換過程中閥門波動(dòng)的部分原因在于PC-S7控制邏輯結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)置存在缺陷。其原因在于，上海汽輪機(jī)有限公司（STC）的DEH系統(tǒng)的控制邏輯沿用的是美國(guó)西屋公司的邏輯，在單閥順序閥切換過程中，為了保證切換過程中主汽流量穩(wěn)定，減少負(fù)荷的波動(dòng)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)投入一個(gè)調(diào)節(jié)級(jí)壓力控制回路。但是，該回路的相關(guān)調(diào)節(jié)參數(shù)未經(jīng)動(dòng)態(tài)測(cè)試，PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)太強(qiáng)，導(dǎo)致在切換過程中系統(tǒng)失穩(wěn)，使得高調(diào)門開度呈

6、振蕩發(fā)散。同時(shí)由于高調(diào)門的劇烈擺動(dòng)，也導(dǎo)致了系統(tǒng)EH油壓的急劇降低。進(jìn)一步分析PC-S7的邏輯可以發(fā)現(xiàn)，在單閥順序閥切換過程中投入調(diào)節(jié)級(jí)壓力控制回路后，卻沒有對(duì)機(jī)爐協(xié)調(diào)（CCS）系統(tǒng)的指令作跟蹤，這直接導(dǎo)致在投入了機(jī)爐協(xié)調(diào)（CCS）的情況下進(jìn)行單閥順序閥切換過程，由于機(jī)爐協(xié)調(diào)和調(diào)節(jié)級(jí)壓力控制兩個(gè)回路的指令不一致，從而在切換完成，系統(tǒng)切換回協(xié)調(diào)的同時(shí)，高調(diào)門的開度會(huì)產(chǎn)生一個(gè)跳變，從而引起負(fù)荷的擺動(dòng)，對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行不利。該現(xiàn)象在在滄東電廠的#1和#2機(jī)組上均出現(xiàn)過。圖2 原DEH系統(tǒng)中的閥桿升程曲線3. 解決方案3.1順序閥方案的選擇對(duì)于上海汽輪機(jī)有限公司（STC）生產(chǎn)的亞臨界600MW四缸四排

7、汽（A157）型汽輪機(jī)而言，機(jī)組原設(shè)計(jì)的高壓調(diào)節(jié)閥開啟順序?yàn)?3+#4à#1à#2，最小部分進(jìn)汽度50%（進(jìn)汽弧段連續(xù)），其主要目的在于減少對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)的氣流沖擊。但是根據(jù)國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組的調(diào)查結(jié)果表明，無論是上汽廠（157）或者哈汽廠（75）生產(chǎn)的機(jī)組，其原設(shè)計(jì)順序閥方案投入成功的案例非常少，大都多數(shù)成功投入順序運(yùn)行的機(jī)組，均采用了對(duì)角進(jìn)汽的方式。究其原因在于，機(jī)組在原設(shè)計(jì)順序閥方案下，汽流力除產(chǎn)生推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的扭矩外，在部分負(fù)荷下還將產(chǎn)生很大的附加橫向汽流力，圖3為附加橫向汽流力示意圖。轉(zhuǎn)子在這一合力作用下，軸心位置必然發(fā)生偏移。這一偏移使軸在軸承中的側(cè)隙發(fā)生了很大變化，軸承

8、下部?jī)蓚€(gè)瓦塊負(fù)載的也發(fā)生了很大變化（如圖4），從而導(dǎo)致進(jìn)油油楔面積大大減小，軸承供油量不足，這是原設(shè)計(jì)方案導(dǎo)致機(jī)組#1和#2瓦瓦溫升高，軸振增大的主要原因。 圖3 部分進(jìn)汽橫向力示意圖 圖4 汽流力作用下軸承工作情況圖5-圖8為附加橫向汽流力與主蒸汽流量的關(guān)系。由圖中可見，附加橫向汽流力隨著#3、#4閥的開大而增大，當(dāng)#3、#4閥接近全開而其它兩閥尚未開啟時(shí)達(dá)到最大，這個(gè)力的最大值達(dá)10t.左右，因此高壓轉(zhuǎn)子上所受到的力除轉(zhuǎn)子自身的重力外，還增加了由于部分進(jìn)汽引起的橫向力。同時(shí)由于該型機(jī)組采用了高、中壓缸分缸的形式，高壓轉(zhuǎn)子的自重較輕，因此對(duì)于部分進(jìn)汽引起的橫向力的影響相對(duì)而言更加顯著，#1和

9、#2瓦瓦溫的變化更高，軸振的變化更大，這正是該類型機(jī)組按照原設(shè)計(jì)方案投入順序閥運(yùn)行非常困難的原因。因此，我們不建議選擇原設(shè)計(jì)順序閥方案。而建議采用對(duì)稱進(jìn)汽的方式，以消除由于非對(duì)稱進(jìn)汽導(dǎo)致的產(chǎn)生的上述問題。圖5 原設(shè)計(jì)方案#1瓦水平方向汽流力的變化圖6 原設(shè)計(jì)方案#1瓦垂直方向汽流力圖7 原設(shè)計(jì)方案#2水平方向汽流力圖8 原設(shè)計(jì)方案#2垂直方向汽流力對(duì)于對(duì)稱進(jìn)汽的方式可以有四種開啟順序選擇：（1）#1+#4à#2à#3（2）#1+#4à#3à#2（3）#2+#3à#1à#4（4）#2+#3à#4à#1對(duì)于這四種方案均

10、有成功投入的實(shí)例，具體方案需要根據(jù)機(jī)組的情況選擇。對(duì)于大唐韓城二電的3#機(jī)而言，由于機(jī)組的軸系狀況非常良好，同時(shí)由#3機(jī)的3VWO試驗(yàn)（關(guān)閉GV2）可知，在GV2關(guān)閉并且另外3閥全開的情況下，1瓦瓦溫從單閥時(shí)的77左右升高到87.5（圖9），處于較高水平，因此可以排除方案（2）。圖9 3VWO試驗(yàn)（關(guān)閉GV2）對(duì)于剩下的三種方案，由于同時(shí)右側(cè)瓦塊的瓦溫較低，并參考同類型機(jī)組的改造經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮配汽方式對(duì)機(jī)組振動(dòng)、瓦溫、調(diào)節(jié)級(jí)效率、上下缸溫差等的影響。因此我們建議選擇開啟順序#2+#3à#1à#4作為首選方案（以下簡(jiǎn)稱方案A）。選擇開啟順序#1+#4à#2à

11、;#3作為備選方案（以下簡(jiǎn)稱方案B）。方案A與原設(shè)計(jì)方案相比，汽流力顯著減小，對(duì)軸系的影響也大大降低。圖10-圖11為方案A與原設(shè)計(jì)方案附加汽流力對(duì)比。圖10 方案A與原設(shè)計(jì)方案的#1瓦汽流力的比較圖11 方案A與原設(shè)計(jì)方案的#2瓦汽流力的比較3.2重疊度的設(shè)計(jì)重疊度的設(shè)計(jì)主要受到以下幾個(gè)因素的影響：（1）調(diào)節(jié)級(jí)的效率；（2）總的流量特性的線性度；（3）閥門的提升力一般而言，重疊度越大，則調(diào)節(jié)級(jí)的節(jié)流損失越大，因此希望重疊度更小些，但是如果重疊度太小會(huì)使調(diào)門總的流量特性的線性度變差，并使閥門的提升力增加，影響系統(tǒng)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，因此綜合考慮上述各個(gè)因素對(duì)重疊度的影響，重疊度設(shè)為60左右比較合理。

12、3.3 切換負(fù)荷的選擇改用對(duì)角進(jìn)汽方式后，為了減少單閥順序閥切換前后對(duì)軸系的影響，建議切換的負(fù)荷點(diǎn)可以降低到300350MW左右，從而使得在切換前后均進(jìn)汽均為對(duì)稱的，以減少對(duì)軸系的影響。圖12 優(yōu)化的閥桿升程曲線4. 實(shí)施方案在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施中需要根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行狀況，調(diào)節(jié)汽門的實(shí)際流量特性等進(jìn)行校核，實(shí)施的要點(diǎn)：1. 校核機(jī)組的調(diào)門的流量特性，通過試驗(yàn)掌握準(zhǔn)確的閥門特性，對(duì)特性曲線進(jìn)行修正；2. 修改DEH的單、多閥切換邏輯和參數(shù)，和多閥函數(shù)；3. 校核1#、2#軸承的載荷，不同的負(fù)荷下軸承的溫度、以及軸振、瓦振的數(shù)值；4. 根據(jù)閥門的準(zhǔn)確流量特性，嚴(yán)格設(shè)計(jì)流量匹配設(shè)計(jì)，設(shè)置合理的重疊度，保證連續(xù)穩(wěn)

13、定的切換；5. 進(jìn)行機(jī)組冷態(tài)單閥切順序閥試驗(yàn)，校核閥門的開啟順序和時(shí)間；6. 進(jìn)行機(jī)組單閥切順序閥試驗(yàn)，校核閥門的切換過程中的穩(wěn)定性和可靠性，以及軸系的穩(wěn)定性；7. 為了保證機(jī)組切換過程的穩(wěn)定性，機(jī)組在切換過程中應(yīng)保證機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，機(jī)前壓力的波動(dòng)應(yīng)保證<0.3MPa，EH油壓穩(wěn)定，切換時(shí)間設(shè)置應(yīng)不小于2分鐘，功率回路工作正常；8. 在進(jìn)行單、多閥切換時(shí)，9. 在切換過程中，注意監(jiān)視機(jī)組1#、2#軸承的振動(dòng)和溫度，如果1#、2#軸承的溫度>95C，或者軸振>95um，應(yīng)立即中止試驗(yàn)，并切換回單閥運(yùn)行；10. 進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性考核實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采用定壓運(yùn)行方式運(yùn)行，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；

14、11. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，校核系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性，為長(zhǎng)期投運(yùn)準(zhǔn)備5. 報(bào)價(jià)5.1 #3機(jī)配汽優(yōu)化參考報(bào)價(jià)序號(hào)項(xiàng)目金額 單價(jià)（元）數(shù)量總價(jià)（元）1分析機(jī)組現(xiàn)有配汽方式對(duì)于機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性的影響20,000.00 120,000.00 2設(shè)計(jì)機(jī)組的噴嘴配汽（多閥）規(guī)律，設(shè)置合理的重疊度100,000.00 1100,000.00 3新方案下機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性分析20,000.00 120,000.00 4機(jī)組閥門管理程序設(shè)計(jì)10,000.00 110,000.00 5在投入正常運(yùn)行后作對(duì)比性試驗(yàn),包括經(jīng)濟(jì)性分析和安全性校核20,000.00 120,000.00 6咨詢費(fèi)20,000.00 120,000.00 7差旅費(fèi) 40,000.00 8管理費(fèi)10,000.00合計(jì)￥240,000.005.2 #4、#5機(jī)配汽優(yōu)化參考報(bào)價(jià)序號(hào)項(xiàng)目金額 單價(jià)（元）數(shù)量總價(jià)（元）1設(shè)計(jì)機(jī)組的噴嘴配汽（多閥）規(guī)律，設(shè)置合理的重疊度75,000.00