150MW循環流化床機組汽輪機高調門流量特性優化研究

武文華/內蒙古電力科學研究院

150MW循環流化床機組汽輪機高調門流量特性優化研究

武文華/內蒙古電力科學研究院

為準確掌握某火電廠2號機組汽輪機高調門流量特性，通過試驗測試得真實的流量特性曲線，對高調門流量特項進行了優化，最后檢驗順序閥時閥門的重疊度以及順序閥時高調門的流量特性曲線是否滿足要求，確保汽機安全、穩定、經濟運行，提高機組的控制水平。

汽輪機；閥門流量特性；優化

引言

目前，絕大部分大型發電機組調節系統都采用數字式電液調節系統（簡稱DEH系統），DEH系統具備轉速自動控制、負荷自動調節、汽輪機自動保護、運行參數監視、汽輪機閥門管理等多種功能【1】。其中DEH對汽輪機閥門的控制是一項重要功能。汽輪機閥門流量特性曲線，理論上是其流量特性的數值表征，當DEH設定的閥門流量特性曲線與實際流量特性相一致時，汽輪機會表現出良好的控制性能【2】。為準確掌握某火電廠2號機組汽輪機高調門流量特性，通過試驗測試得真實的流量特性曲線，對高調門流量特項進行了優化，最后檢驗順序閥時閥門的重疊度以及順序閥時高調門的流量特性曲線是否滿足要求，確保汽機安全、穩定、經濟運行，提高機組的控制水平。

一、設備概況

某火電廠2號機組鍋爐采用無錫華光鍋爐有限責任公司制造的超高壓、單爐膛、平衡通風、一次中間再熱、自然循環、流化床鍋爐。汽機采用武漢汽輪機廠生產的單軸、雙缸、雙排汽、中間再熱、抽汽凝汽式汽輪機，型號為C125/N150-13.24/0.245/535/535。發電機為空冷、交流無刷QF-155-2型發電機。數字電液調節控制系統采用上海新華控制公司XDC800分散控制系統。

2號汽輪機在協調控制方式和投入一次調頻功能情況下，存在負荷調節指令與實際功率變化量不成比例，汽輪機高壓節閥門開度與調節功率不成比例，汽輪機單、順閥切換過稱對負荷擾動大,高負荷運行調門擺動【3】等問題。分析問題根本原因，在于DEH閥門流量特性曲線與和汽輪機實際閥門流量特性偏差較大,需要通過試驗對DEH控制邏輯的高調門流量曲線進行優化，提高DEH控制的精確性。

二、原高調門流量特性曲線

由于本機組采用了新華的DCS控制系統，組態中機組單閥與順序閥的流量特性曲線實現方式與其它機組不同，尤其是在順序閥控制方式，是由多個函數實現帶有重疊度的順序閥的流量特性曲線的。

在單閥方式下，流量指令經過單閥流量曲線形成閥位開度指令【4】。電調控制系統中單閥方式下原有的GV1～GV4的流量曲線函數見表1，單閥方式下用于流量跟蹤計算的最佳閥位系數為1。

表1 單閥方式下原有的GV1～GV4的流量曲線函數

在順序閥方式下，流量指令先經KX+B計算，再經單閥流量曲線得到閥門的開度【4】。電調控制系統中順序閥方式下的流量特性曲線。GV1/2的KX+B為：FDEMCOR★2。GV3的KX+B為：FDEMCOR★4-200。GV4的KX+B為：FDEMCOR★4-300。本機組順序閥方式下的流量特性曲線是通過多個函數疊加而成。

三、優化閥門流量曲線

首先要對各閥門流量特性進行測試。在測試過程中會使用閥門松動試驗的功能，DEH控制常數松動試驗范圍由15改為100，GV閥門試驗速率由0.2改為0.01。在試驗中需要使用DEH中已準備好的功能將順序閥方式下的重疊度取消。

在機組靜態時，將調門活動試驗的目標值由15％改為100％，將所有高調門全部開滿，分別進行GV1～4的調門活動試驗；記錄調門指令與反饋的關系。機組起動后，機組在設計的正常工況下穩定運行，負荷能從額定負荷（汽機高調門全開時）至50％左右的額定負荷范圍之間變化。

通過相關的熱力試驗測取熱力參數，通過計算得出單閥方式和順閥方式下的實際的流量特性曲線。在低壓力下采用單閥控制方式將所有調門全部開滿，采用強制或其他手段緩慢逐個關閉/打開調門，記錄每個調門的開度、主汽壓力、調節級壓力、實際功率等信號。通過計算得出每一個調門在單閥控制方式下的流量特性曲線。在低壓力下采用順序閥控制方式將所有調門全部開滿，采用強制或其他手段，取消重疊度按照順序閥相反的順序緩慢逐個關閉調門，記錄每個調門的開度、主汽壓力、調節級壓力、實際功率等信號。通過計算得出順序閥控制方式下的流量特性曲線。分析原高調門流量特性曲線是否滿足電調控制系統中流量指令與實際流量呈線性關系，并按照實際流量特性進行優化。

通過試驗得到的單閥方式下GV1—GV4的流量特性曲線函數，見表2

表2 GV1-GV4單閥的流量曲線函數

順序閥方式下的KX+B及對應函數GV1/2的KX+B為：FDEMCOR★1.35729，GV3的KX+B為：FDEMCOR★2.714588-200， GV4的KX+B為：FDEMCOR★2.714588-300。對應的重疊度確定函數見表3

表3 GV1/2、GV3、GV4 重疊度確定函數

經過優化最終選用的單閥方式下的流量特性曲線函數見表4

表4 經過優化的單閥的流量特性曲線函數

修改DEH邏輯中相應函數。用最終選用的單閥函數替換邏輯圖53頁39、40、41、42塊的函數。用最終選用的單閥函數替換邏輯圖45頁9、10、11、12塊的函數，用最終選用的單閥函數的反函數替換邏輯圖45頁82、83、84、85塊的函數，用被壓修正函數的反函數替換邏輯圖45頁28塊的函數，用直線函數替換邏輯圖45頁109塊的函數。將邏輯圖4頁81號塊的最佳閥位系數改為0.6787。在機組單閥運行方式下，將邏輯圖53頁2、3號的KX+B改為FDEMCOR★1.35729；4號的KX+B改為FDEMCOR★2.714588-200；5號的KX+B改為FDEMCOR★2.714588-300；用GV1/2的重疊度函數替換19、20號塊的函數；用GV3的重疊度函數替換21號塊的函數；用GV4的重疊度函數替換22號塊的函數。

四、結論

在低壓力下采用順序閥控制方式將所有調門全部開滿，緩慢將調門流量指令由100％降到70％左右，過程中維持主汽壓力不變，記錄每個調門的開度、主汽壓力、調節級壓力、實際功率等信號。測得的流量特性曲線與實際的流量特性曲線相符，負荷變化近似線性，提高了機組自動化控制精度。實際流量與流量指令的關系見圖1

圖1 新曲線下實際流量與流量指令的關系

為了使使機組達到最佳狀態，建議電廠2機組運行時要經常投入功率控制，新舊流量特性曲線下的PID參數會稍有不同，建議相關參數根據新曲線進行調整。

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[1] 肖增弘，徐豐.汽輪機數字式電液調節系統[M].北京：中國電力出版社，2003∶23.

[2] 王爽心，葛曉霞.汽輪機數字電液控制系統[M]．北京：中國電力出版社，2004．

[3] 李曉波，江建勛.火電機組數字式電液調節系統調試問題分析及處理[J].內蒙古電力技術，2010,28（S2）：53-55.

[4] 李前敏，柏毅輝.汽輪機閥門流量特性優化分析[J].電力科學與工程,2012,28（09）∶47-52.