300MW汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)的原因分析-基礎(chǔ)電子

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摘要:針對(duì)采用數(shù)字電液控制系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中出現(xiàn)的調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)的問(wèn)題，分析了了造成閥門(mén)波動(dòng)的可能原因，并詳細(xì)介紹了因?yàn)殚y門(mén)流量特性曲線不合理而造成的閥門(mén)波動(dòng)現(xiàn)象，提出了解決方案。

華能德州電廠#1～4機(jī)組系東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的D42型300MW機(jī)組，汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用的是上海新華控制工程有限公司的DEH-Ⅲ型控制系統(tǒng)，機(jī)組于1991年—1993年相繼投產(chǎn)。由于機(jī)組原DEH-Ⅲ型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的不合理性及設(shè)備本身難以消除的缺陷，在1998年—2001年期間的各機(jī)組大修期間先后將DEH-Ⅲ型控制系統(tǒng)改為新華公司的DEH-ⅢA型。即將原來(lái)的電-液并存型中壓抗燃油控制系統(tǒng)改為純電調(diào)高壓抗燃油系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)由以下四部分組成，即液壓伺服系統(tǒng)、高壓遮斷系統(tǒng)、低壓透平油遮斷系統(tǒng)和高壓抗燃油供油系統(tǒng)。高壓抗燃油系統(tǒng)由新華公司成套供應(yīng)，低壓保安油系統(tǒng)、閥門(mén)操縱座由東汽供應(yīng)?？刂葡到y(tǒng)改造后,四臺(tái)機(jī)組在運(yùn)行期間曾多次出現(xiàn)變負(fù)荷過(guò)程中汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)的現(xiàn)象,引起機(jī)組負(fù)荷、壓力等參數(shù)的波動(dòng)，嚴(yán)重影響著機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1DEH-ⅢA型系統(tǒng)工作原理

該機(jī)組的10個(gè)閥門(mén)（2個(gè)高壓主汽門(mén)、2個(gè)中壓主汽門(mén)、4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)、2個(gè)中壓調(diào)節(jié)閥門(mén)）除2個(gè)中壓主汽門(mén)屬于開(kāi)關(guān)型外，其余均采用伺服閥控制閉環(huán)回路。DEH控制系統(tǒng)包括2個(gè)閉環(huán)回路：一是伺服閥控制回路，對(duì)閥門(mén)進(jìn)行定位控制，采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律；另一是轉(zhuǎn)速、功率控制回路，對(duì)轉(zhuǎn)速和功率進(jìn)行閉環(huán)控制，也是采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律。（如圖1）

圖1DEH-ⅢA型系統(tǒng)控制回路原理

2可能引起調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)的原因

能造成調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)的原因有許多種,伺服閥控制回路中任一環(huán)節(jié)的設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)引起調(diào)節(jié)閥門(mén)的波動(dòng)，一般出現(xiàn)以下幾方面的問(wèn)題：（1）控制器本身出現(xiàn)故障引起計(jì)算機(jī)的指令不穩(wěn)而使調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)，此問(wèn)題可通過(guò)對(duì)主控制器進(jìn)行檢查，監(jiān)視其輸出點(diǎn)信號(hào)是否波動(dòng)便能確定是否有問(wèn)題。（2）閥門(mén)特性曲線不正確引起的調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)，這主要出現(xiàn)在順序閥控制方式下后續(xù)調(diào)節(jié)閥門(mén)主閥即將開(kāi)啟時(shí)刻。（3）伺服閥卡澀或其濾網(wǎng)堵塞造成的調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)，此問(wèn)題可通過(guò)檢查伺服控制卡（VCC卡）的輸出電壓信號(hào)（范圍是0～5V）即可判斷。一般在閥門(mén)開(kāi)度不變的情況下，為克服伺服閥機(jī)械零偏，此電壓約為0.2～0.3V之間。如果該電壓值在增大過(guò)程中，其閥門(mén)不隨之開(kāi)大或有明顯的滯后現(xiàn)象，則很可能是伺服閥卡澀或其濾網(wǎng)堵塞。（4）油動(dòng)機(jī)引起的調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)，油動(dòng)機(jī)引起的調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)主要體現(xiàn)在兩方面，一是油動(dòng)機(jī)卡澀造成的調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)、另一是油壓造成的調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)。（5）閥位反饋環(huán)節(jié)引起的調(diào)節(jié)閥門(mén)的波動(dòng)，該故障大部分出現(xiàn)在位移傳感器（LVDT）上。（6）閥門(mén)卡澀或其與油動(dòng)機(jī)連接的連接塊中有空行程造成的調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)。

3閥門(mén)特性曲線（電氣凸輪）

改造前的電-液并存型中壓抗燃油控制系統(tǒng)是將轉(zhuǎn)速（功率）信號(hào)通過(guò)與汽輪機(jī)同軸的徑向鉆孔泵轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)油壓，脈動(dòng)油壓控制錯(cuò)油門(mén)、通過(guò)錯(cuò)油門(mén)來(lái)控制中壓抗燃油油動(dòng)機(jī)活塞下油壓、使油動(dòng)機(jī)開(kāi)大、關(guān)小，油動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械凸輪的旋轉(zhuǎn)，凸輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)大、關(guān)小。而純電調(diào)高壓抗燃油系統(tǒng)是將轉(zhuǎn)速（功率）信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后送到主控制器上，主控制器根據(jù)閥門(mén)特性曲線（如圖2示）經(jīng)過(guò)計(jì)算，將各調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度指令信號(hào)輸出到控制該閥門(mén)的VCC卡上，轉(zhuǎn)換為閥位指令，然后經(jīng)過(guò)功放輸出去控制伺服閥油動(dòng)機(jī)。

圖2300MW汽輪機(jī)順序閥控制時(shí)閥門(mén)特性曲線示意圖

4閥門(mén)特性曲線不合適現(xiàn)象及處理

閥門(mén)特性曲線不合適的現(xiàn)象可分為兩類，分別是在順序閥控制方式下閥門(mén)重疊度過(guò)大或過(guò)小現(xiàn)象。閥門(mén)重疊度增大的過(guò)程既是一個(gè)閥門(mén)控制方式由順序閥控制逐漸向單閥控制的轉(zhuǎn)變過(guò)程，隨著重疊度的增大，閥門(mén)前后的壓差也將增大，調(diào)節(jié)閥門(mén)的節(jié)流損失也將增大，重疊度大對(duì)機(jī)組控制的穩(wěn)定性有益、但影響經(jīng)濟(jì)性。閥門(mén)重疊度過(guò)小則會(huì)造成閥位（VPOZ）與總流量曲線不平滑，在后續(xù)調(diào)節(jié)閥門(mén)主閥開(kāi)啟的瞬時(shí)出現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)現(xiàn)象，從而引起調(diào)節(jié)閥門(mén)的波動(dòng)。

德州電廠#2機(jī)組在2007年2月份就出現(xiàn)過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)現(xiàn)象，在相同負(fù)荷下,#1高壓調(diào)門(mén)開(kāi)度波動(dòng)較大,具體見(jiàn)圖3示。

圖3#2機(jī)組閥門(mén)特性曲線修改前高壓調(diào)門(mén)閥位情況

其高壓調(diào)門(mén)開(kāi)度波動(dòng)原因就是由于閥門(mén)特性曲線不合理、重疊度過(guò)小的原因造成。具體原因是由于該機(jī)組的四個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)其通徑DN及其對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)級(jí)的噴嘴數(shù)是不相等的，#1、#2、#3高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)的通徑為170mm，#4高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)的通徑為150mm；#1、#2高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)對(duì)應(yīng)的噴嘴數(shù)均為32只，#3高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)對(duì)應(yīng)的噴嘴數(shù)為30只，#4高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)對(duì)應(yīng)的噴嘴數(shù)為27只。原DEH改造時(shí)在順序閥控制時(shí)，其閥門(mén)流量特性曲線是按照先同時(shí)開(kāi)啟#1和#2高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)、在#1和2高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)到24.4mm時(shí)開(kāi)啟#3調(diào)節(jié)閥門(mén)、在#1和2高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)到39mm時(shí)開(kāi)啟#4調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)做的。由于機(jī)組平均負(fù)荷相對(duì)較低，為了減少調(diào)節(jié)閥門(mén)的節(jié)流損失，在改造時(shí)將閥門(mén)開(kāi)啟順序改為先同時(shí)開(kāi)啟#3、#4高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)，再依次順序開(kāi)啟#1、#2高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)，在閥門(mén)開(kāi)啟順序調(diào)整后，閥門(mén)流量特性曲線并未修改。由于#3、#4高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)的通流能力較小，造成其與#1調(diào)節(jié)閥門(mén)重疊度太小，在#1調(diào)節(jié)閥門(mén)主閥開(kāi)啟過(guò)程中由于閥門(mén)前后壓差太大，而出現(xiàn)閥門(mén)開(kāi)度變化不大而流量（負(fù)荷）變化較大的現(xiàn)象，即調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)。

圖4#2機(jī)組閥門(mén)特性計(jì)算曲線（流量擬合曲線）

為了保證該機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定，2007年4月份,請(qǐng)GE能源集團(tuán)新華控制公司現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量閥門(mén)流量特性曲線，根據(jù)現(xiàn)在高壓調(diào)節(jié)汽門(mén)順序閥控制方式下的開(kāi)啟順序擬合了閥門(mén)流量特性曲線（見(jiàn)圖4#2機(jī)組閥門(mén)特性計(jì)算曲線所示）、對(duì)電氣凸輪進(jìn)行重新修正。曲線修正后，在#1調(diào)節(jié)閥門(mén)主閥開(kāi)啟過(guò)程中高壓調(diào)門(mén)開(kāi)度波動(dòng)現(xiàn)象消失，具體見(jiàn)圖5示。

圖5#2機(jī)組閥門(mén)特性曲線修改后高壓調(diào)門(mén)閥位情況

5結(jié)語(yǔ)

高壓調(diào)節(jié)閥門(mén)波動(dòng)現(xiàn)象在現(xiàn)場(chǎng)常會(huì)遇到，其原因也有多種，即伺服閥控制回路中任一環(huán)節(jié)的設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)引起調(diào)節(jié)閥門(mén)的波動(dòng)，