基于汽輪機閥門關閉時間測試試驗和一元線性回歸分析法的超大型機組的調速系統設計方法

李玉娟，張士龍，任冬梅，付洪波

（1.哈爾濱熱電有限責任公司，黑龍江哈爾濱150046；2.華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

基于汽輪機閥門關閉時間測試試驗和一元線性回歸分析法的超大型機組的調速系統設計方法

李玉娟1，張士龍2，任冬梅1，付洪波1

（1.哈爾濱熱電有限責任公司，黑龍江哈爾濱150046；2.華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

提出一種基于汽輪機閥門關閉時間測試試驗和一元線性回歸分析法的超大型機組的調速系統設計方法,屬于透平發電機組技術領域。開展了使用高頻錄波儀測試汽輪機閥門關閉時間參數、測試汽輪機的DEH、TSI、ETS等測點的信號傳輸到AST電磁閥的時間等工作,通過對目前使用的各種負荷等級機組的測試結果采用一元線性回歸分析法,預測未來更大蒸汽流量、更大主蒸汽壓力、更大負荷機組的閥門關閉時間是否滿足要求,完成機組調速系統的設計決策，分析是否需要更多的閥門數量以減少閥門行程，達到防止在各種打閘方式下機組超速的目的。

超大型機組；汽輪機閥門關閉時間；一元線性回歸分析法

0 引言

目前，超大型超超臨界機組已經成為電力行業電源側國家審批的未來發展方向，所以完善超大型機組的設計有重要的意義。

閥門關閉時間是透平機組的一個重要參數,不論在機組的設計中還是在汽輪機運行時,都要求閥門關閉時間有一個合格值。閥門關閉時間對汽輪機的超速影響權重較大。

1 技術背景

《DL/T 824-2002 汽輪機電液調節系統性能驗收導則》[1]對汽輪機各個主汽閥門和調節閥門的關閉時間做了嚴格規定，并且未來設計的機組對這個規定的時間會更嚴格。確立汽輪機調節閥開關時間的合格標準十分必要，調節閥正常關閉時間與汽輪機轉速飛升存在定量關系。國家標準《固定式發電用汽輪機規范》（GBT5578）[2]明確指出，設計的調節器和蒸汽閥門的操縱機構應做到，在額定參數或規定的非正常工況下，即使甩去能達到的最大負荷的任何負荷，都不應引起能導致汽輪機跳閘的瞬時超速。建立汽輪機調節閥開關時間的標準，可以使汽輪機調節閥的設計、制造與運行有據可依，減少油動機在設計與制造過程中的隨意性，最大程度的避免汽輪機超速等惡性事故的發生。

由于早期的技術水平所限和投資的控制,閥門關閉時間的測量只用于機組的靜態測試。

2 理論模型

所要解決的技術問題是提供一種設計合理、經濟投資小、預測結果準確、計算方法容易實現的一種超大型機組的調速系統研究的方法。

解決上述技術問題所采用的技術方案是：使用高頻錄波儀測試汽輪機閥門關閉時間參數、測試汽輪機的DEH、TSI、ETS等各系統的用于跳閘的測點的信號由測點傳輸到AST電磁閥的時間、遙控跳閘到閥門開始關閉的延遲時間、閥門在無蒸汽狀態下克服油缸摩擦阻力關閉的時間、有蒸汽狀態下同一蒸汽流量下微升微降主蒸汽壓力分別測量的閥門關閉時間、有蒸汽狀態下同一主蒸汽壓力下調整主蒸汽流量分別測量的閥門關閉時間等試驗結果,可以通過對目前使用的各種負荷等級的機組的測試結果計算出機組無蒸汽狀態下遙控跳閘到閥門開始關閉延遲時間與測量線路長短的關系系數、閥門在無蒸汽狀態下克服油缸摩擦阻力關閉時間與閥門行程的關系系數、主蒸汽壓力對閥門關閉時間的影響系數、主蒸汽流量對閥門關閉時間的影響系數。采用一元線性回歸分析法,預測未來更大蒸汽流量、更大主蒸汽壓力、更大負荷機組的閥門關閉時間是否滿足要求,完成機組調速系統的設計決策，分析是否需要更多的閥門數量以減少閥門行程，解決防止在各種打閘方式下機組超速的目的。汽輪機在甩負荷時動態最大轉速飛升一般可用下式[3]估算：

式中No—額定工作轉速，r/min；

Ta—轉子時間常數，s；

φ—甩負荷相對值，%；

Tv—蒸汽容積時間常數，s；

αh，αi—高、中壓缸功率比例系數，%；

Th1，Ti1—高、中壓油動機延遲時間，s；

Th2，Ti2—高、中壓油動機工作行程等值關閉時間或工作行程關閉時間，s。

該方法為發電機組其他閥門的設計奠定基礎，為設計主蒸汽閥門、調節閥門關閉時間在測量線路延時時間、油缸關閉時間、主蒸汽影響關閉時間、主蒸汽壓力影響關閉時間的總關閉時間分配的設計提供基礎。

3 應用實例

某公司3號汽輪機系直接空冷凝汽式汽輪機。3號機組調節系統采用數字電液控制（DEH）系統，其機械液壓系統的控制介質為高壓抗燃油，進汽閥門包括2個高壓主汽門、2個中壓主汽門、4個高壓調節閥、2個中壓調節閥，每一個進汽閥門均配有一個執行機構以控制其開關。

由儀器測試結果計算各閥門關閉時間和延遲時間見表1。

表1 某電廠閥門關閉時間測試結果

該機組TV1的延遲時間T1為69ms，閥門油缸關閉時間T2為128ms，主蒸汽壓力單位變化ΔP（例如0.5MPa）影響閥門關閉時間系數為A，主蒸汽流量單位變化ΔF影響閥門關閉時間系數為B，超大型機組有蒸汽的實際運行狀態的閥門關閉時間為：

當預測的T大于國標規定的時間時,設計調速系統便應該分析各個時間分項，解決能在哪一分項實際減少時間，為設計決策提供基礎。當預測時間T小于國標規定時間時，將時間分項帶入式（1）修正公式，得到下式：

式中APh—主蒸汽壓力對閥門關閉時間的影響高壓缸分量；

BFh—主蒸汽流量對閥門關閉時間的影響高壓缸分量；

APi—主蒸汽壓力對閥門關閉時間的影響中壓缸分量；

BFi—主蒸汽流量對閥門關閉時間的影響中壓缸分量。

預測超大機組最大負荷的最終最大飛升轉速是否滿足要求，在控制范圍之內（公式形式依據機組形式改變例如雙再熱，公式再熱部分應該有兩部分）。

由式（2）推算式中A和B。一元線性回歸方程反映一個因變量與一個自變量之間的線性關系，當直線方程Y′=a+bx的a和b確定時，即為一元回歸線性方程。試驗中強迫式（2）中主蒸汽壓力P不變，則APh和APi分項為零，式中其他No、φ、Tv、αh、αi、Th1、Ti1、Th2、Ti2等為常量，每次試驗都能測出一對（BFh，ΔNmax）,經過大量上述試驗和相關分析后，在直角坐標系中將大量數據繪制成散點圖，這些點不在一條直線上，但可以從中找到一條合適的直線，使各散點到這條直線的縱向距離之和最小，這條直線就是回歸直線，這條直線的方程叫作直線回歸方程。直線的斜率為B。同理可以計算出A。式（2）中各系數均為常量可以推導更大壓力等級和更大蒸汽容量的機組的動態閥門關閉時間，為設計提供決策。

4 結語

通過對某電廠某號機組汽輪機主蒸汽主汽門、主蒸汽調門、再熱主汽門、再熱調門、抽汽逆止門等在各種打閘方式下測量數據進行了深入分析,將國標中規定應用于靜態測試的閥門關閉時間測試試驗延伸于機組的動態測試，使用一元線性回歸法設計一種超大型機組的調速系統研究的方法，完善了超大型機組的設計方法和設計過程。

[1] DL/T 824-2002，汽輪機電液調節系統性能驗收導則[S].

[2] GB/T 5578-2007，固定式發電用汽輪機規范[S].

[3] DL/T 711-1999，汽輪機調節控制系統試驗導則[S].

修回日期：2016-10-08

簡訊華電電力科學研究院榮獲國家能源局能源軟科學研究優秀成果獎

華電電力科學研究院參與的國家能源局項目《2030年能源體制革命戰略研究》榮獲2015年度國家能源局能源軟科學研究優秀成果獎。

國家能源局項目《2030年能源體制革命戰略研究》由國務院發展研究中心、華電電力科學研究院及煤炭科學研究總院等單位聯合完成。華電電力科學研究院承擔了《2030能源體制革命戰略研究》子課題二《2030電力體制革命戰略研究》專題。該課題制定了我國未來中長期電力體制改革目標、總體思路和實施路徑，并創造性提出了未來電力市場結構圖和2030年電力體制改革路線圖，為我國未來電力體制改革提供了重要理論基礎，為國家實施電力體制革命戰略提供了重要參考，具有重要的理論和實踐意義。

國家能源局組織開展的能源軟科學研究優秀成果獎評選，旨在調動能源行業及社會各界開展能源軟科學研究的積極性和創造性，提高政府管理部門科學管理和決策水平，促進能源行業科學發展。本次獲獎是對華電電力科學研究院在國家層面能源戰略研究和政策制定方面的智庫作用的充分肯定，同時對華電電力科學研究院開展能源戰略及政策研究具有重要激勵意義。

Analysis of Very Large Units of Speed Control System Design Method Based on Steam Turbine Valve Closing Time Test and Monadic Linear Regression

LI Yu-juan1，ZHANG Shi-long2，REN Dong-mei1，FU Hong-bo1
（1.Harbin Thermal Power Co.，Ltd，Harbin 150046，China；2.Huadian Electric Power Research Institute,Hangzhou 310030，China）

In this paper, based on steam turbine valve closing time test test and monadic linear regression analysis of very large units of speed control system design method, belonging to the turbine generator set technology "was carried out by using high frequency wave record meter test, test of steam turbine DEH turbine valve closing time parameters, TSI, ETS system used for tripping signal measuring point by point to the AST solenoid valve work such as time, by use of a variety of load level of the unit test results of large data, with the method of monadic linear regression analysis to predict the future more steam flow rate and larger main steam pressure, larger load valve closing time whether meet the requirements of the unit, complete control system design decisions, analyze whether need more in order to reduce the number of the valve valve stroke, to prevent the unit in all kinds of brake mode the purpose of speeding.

very large units；steam turbine valve closing time；monadic linear regression analysis method

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.05.006

TM621

B

2095-3429（2016）05-0022-03

李玉娟（1967-），女，哈爾濱人，本科，工程師，培訓專工，主要從事集控運行培訓方面的工作。

2016-08-25