600MW亞臨界汽輪機配汽函數的優化實踐

朱加勝，張 寶

（1.神華國華浙能寧海發電有限責任公司，浙江 寧海 315612；2.浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

大型汽輪機的調節汽門管理是通過汽門管理邏輯來實現的，在這些邏輯中存在一定數量的函數關系，這些函數一般被稱為汽輪機的配汽函數，其主要功能是將蒸汽流量指令依據函數設置要求分配到各個調節汽門。配汽函數理論上應該是機組流量特性的數值表征，一般由汽輪機生產廠家給出，在配汽函數基礎上生成的配汽曲線，理論上應該與汽輪機流量特性完全一致。實際上，由于設備安裝誤差、運行老化等原因，常出現兩者偏差較大的情況，造成汽輪機配汽方式切換時負荷波動大[1]、一次調頻能力差[2]、機組協調響應能力差[3]等情況，有時甚至會造成電力系統振蕩事故[4]。

1 機組簡介

某電廠600MW亞臨界機組的型號為N600-16.7/538/538。汽輪機控制系統采用南京西門子電站自動化有限公司的軟/硬件，和上海汽輪機有限公司的邏輯及畫面組態。汽輪機汽門包括左右2只高壓主汽門（TV1和TV2），4只高壓調門（GV1-GV4），左右2只中壓主汽門（RSV1和RSV2）和4只中壓調門（IV1-IV4），順序閥方式下高壓調門開啟的先后順序為GV1&GV4-GV2-GV3。

機組具備順序閥方式與單閥方式的切換功能，運行時通常投入順序閥方式。但在約400 MW負荷下進行順序閥與單閥配汽方式切換時，卻發現負荷波動高達70 MW，主要參數波動嚴重。另外，在閥點附近經常出現高壓調門開度大幅度晃動、負荷波動的現象，尤其是一次調頻信號作用時，波動情況尤為嚴重，威脅到機組的安全運行。圖1所示為該汽輪機在三閥點處負荷、高壓調門開度、主汽壓力等參數的運行曲線。

圖1 主要參數的運行曲線

從圖1可以看出，機組在此處的運行狀態不穩定，負荷指令與反饋、高壓調門開度、主蒸汽壓力都出現較大幅度的振蕩現象。

圖2為該汽輪機的原配汽曲線。從圖2可以看出，原配汽曲線在兩閥點與三閥點處均存在不平滑部分，GV2在小開度下還存在開度回調情況，這些缺陷的存在均會導致順序閥方式下汽門出現大幅度晃動現象，需要進行優化。

圖2 汽輪機的原配汽曲線

2 配汽函數的構成

汽輪機配汽函數構成關系如圖3所示。圖中：X288為背壓修正函數，X311KB/X351KB/X391KB/X431KB為流量指令偏置因子，X313/X353/X393/X433為順序閥修正函數，X314/X354/X394/X434為單閥修正函數，X345/X385/X425/X465為汽門流量特性函數。流量指令經過這些環節的轉化處理后，最終合理分配到每個汽門。

圖3 配汽函數的構成

3 流量特性試驗結果

汽輪機流量特性試驗分別在順序閥與單閥方式下進行，主蒸汽流量用標幺值表征，比較基準所要求的機組狀態是額定負荷、所有調節閥全開的狀態。主蒸汽流量的計算公式如下：

式中：G為主蒸汽流量；pe為調節級壓力；Te為調節級溫度。下標“0”表示該數值是在基準狀態下的相應參數值。

對原配汽曲線下的試驗數據進行處理，按式（1）進行主蒸汽流量計算，形成如圖4所示的流量指令與實際負荷的對應關系。從圖4可以看出，按原配汽函數運行，流量指令與實際負荷存在較大偏差，單閥與順序閥2種方式下的偏差也較大。根據實際試驗結果按式（1）進行修正后，流量指令與實際負荷偏差較小，線性良好。

圖4 修正前后的負荷與指令關系

因此需要根據實際流量特性重新計算機組的配汽函數，形成新的配汽曲線。

4 新配汽函數投運情況

根據該機組的流量特性試驗結果，對配汽函數逐一進行計算，得出新的配汽函數和配汽曲線（如圖5所示）。新配汽曲線已根據試驗結果合理設定了閥點處汽門之間的重疊度，并充分考慮一次調頻等小擾動情況對正常運行的影響。

圖5 新配汽曲線

5 新配汽函數投用情況

圖5所示的新配汽曲線投用后，對機組進行了配汽方式切換試驗與負荷變動試驗。表1為機組在400 MW負荷附近進行配汽方式切換時的過程數據，切換時間為4 min。

表1 配汽方式切換過程數據

從表1可看出，在400 MW負荷點，順序閥方式切換為單閥方式的最大負荷波動約為7 MW，單閥方式切換為順序閥方式的最大負荷波動約為11 MW，負荷波動均較小，切換過程中機組穩定性也較好。在其它負荷點的試驗結果與此類似。

圖6為配汽函數優化前后順序閥方式下流量指令與機組負荷的對應關系。很顯然，優化后機組負荷與流量指令之間的線性關系明顯好于優化前。圖中流量指令在約72%時出現負荷拐點的原因主要是主蒸汽壓力變化引起了負荷變化。

圖6 優化前后正常運行曲線對比

機組配汽函數優化后，原順序閥方式下閥點處汽門晃動現象基本消失，負荷波動情況未再出現，一次調頻能力和機組安全性明顯提高。

6 結論

大型汽輪機的配汽函數對其控制特性有顯著的影響，準確把握其結構，精確確定各組成函數是實現汽輪機精確控制的關鍵。對該亞臨界600MW機組而言，原配汽曲線與汽輪機實際流量特性之間出現了較大的偏差，無疑會惡化機組的控制特性。根據試驗結果計算得到新的汽輪機配汽函數，由此形成的新配汽曲線與實際流量特性吻合較好。采用新的配汽曲線后，汽門無晃動，配汽方式切換時機組負荷波動小，流量指令與實際負荷的線性度有所提高，機組更易于控制，說明配汽函數優化起到了顯著的作用。

[1]張寶，樊印龍，童小忠.大型汽輪機順序閥方式投運試驗[J].汽輪機技術，2009，51（1）∶48-50.

[2]黃甦，鄭航林.一次調頻控制策略的優化[J].熱力發電，2008，37（9）∶71-74.

[3]李勁柏，劉復顧.汽輪機閥門流量特性函數優化和對機組安全性經濟性的影響[J].中國電力，2008，41（12）∶50-53.

[4]文賢馗，鄧彤天，于東，等.汽輪機單閥-順序閥切換造成電力系統振蕩分析[J].南方電網技術，2009，3（2）∶56-58.