沈阳德瓦特汽轮动力有限责任公司 辽宁沈阳 110000
摘要：汽轮机组高压调节阀是汽轮机负荷控制的执行机构，关系到涉网调节性能以及机组安全稳定运行。DEH系统通过分段线性函数对汽轮机高压调节门流量特性曲线进行描述，反映了汽轮机组理论给定与实际运行的一致性，是调节系统的核心。近年来，随着涉网调节品质要求的进一步提高，以及机组运行时长的增加，因原给定的函数曲线不能准确描述调节系统特性而导致的机组安全运行问题频发。突出反应在某些负荷段，阀门开启过程出现等幅振荡，导致阀杆和阀芯的连接插销因剪切力作用脱落，以及反馈装置因剧烈动作断裂等问题出现；另一方面引起主汽压力的剧烈变化，导致机组变负荷出现等幅振荡，给机组安全稳定运行带来风险，严重时可能引起电网的低频振荡。
关键词：汽轮机；高压调节；阀振荡问题；原因分析；处理方法
引言
目前火电机组的汽轮机大都采用数字电液调速控制系统(digitalelectric hydrauliccontrolsystem，简称DEH)进行控制，DEH提供了阀门管理功能。阀门管理程序内包含了表征汽轮机阀门流量特性的相关函数，同时也保证DEH在手自动切换、单顺阀切换时阀门控制指令的无扰。DEH中设置的汽轮机阀门流量特性参数与实际的阀门流量特性相匹配时，汽轮机能表现出较好的调节性能，因此在机组长期运行或者阀门解体检修以后，需要根据机组实际运行数据重新计算并优化DEH中的阀门流量特性函数，此时相应的切换、跟踪回路中的参数设置，也应与优化后的DEH阀门流量特性函数相匹配
1汽轮机及其高压调节进汽系统简介
高压调节进汽系统是汽轮机液压伺服系统的组成部分。液压伺服系统是高压抗燃油数字电液控制系统(DEH)的执行机构，它接受DEH发出的指令，完成驱动阀门等任务。高压调节进汽系统可以实现调节阀的顺序阀控制和单阀控制，机组在运行中可以进行两种方式的无扰切换。两种控制方式对应两种不同的进汽方式，其中顺序阀方式可以实现机组的喷嘴调节运行;单阀方式可以实现机组的节流调节运行。为减小机组启动过程中的热冲击，以单阀方式启动即采用节流配汽(全周进汽方式)，避免汽缸及转子应力过大，保证机组顺利启动，在达到目标负荷且温度场趋于稳定后切换到顺序阀方式即喷嘴配汽，保证较好的经济性[2]。高压调节阀共有4个，对应于4组喷嘴，喷嘴组的序号与调节阀序号对应关系见图1。机组采用顺序阀方式运行时，当Ⅰ、Ⅱ号调节阀阀杆开启到39.2mm时，Ⅲ号调节阀开启;当Ⅲ号调节阀阀杆行程达到39.2mm时，Ⅳ号调节阀开始开启。机组采用单阀方式运行时，4个调节阀根据控制系统的指令按相同的阀位开启，对应于4组喷嘴同时进汽。
2问题现状
某电厂配置两台超临界330MW间冷机组，两台机组在顺序阀控制方式下，均会出现某负荷段内，阀门频繁振荡现象。图1所示为机组在280～330MW负荷运行区间内，机组采用顺序阀运行方式，阀门开启顺序为1/2-3-4。在该负荷段内，高压调节阀3（GV3）开始参与调节，当主汽压力升至22MPa时，随着GV3开启至10%～15%区间时，GV3开始出现剧烈的等幅振荡，振荡幅度达到10%，逐渐引起主汽压力、调节级压力的等幅振荡，导致负荷控制明显恶化，负荷呈现±10MW的等幅波动。图2显示，在负荷不变的情况下，当机组主汽压力降低至21MPa时，阀门开度由15%开启至20%左右，GV3的振荡现象非但没有减轻，反而振荡幅度逐渐增大，幅度达到20%，导致负荷呈现±16MW的等幅波动。该机组正常运行时主要在顺序阀方式下，考虑到AGC负荷的调整裕度，运行人员通过控制压力，长期保持GV1/GV2全开，由GV3主要调整负荷的状态。由于经常性的等幅振荡存在，GV3出现阀杆和阀芯的连接插销因剪切力作用断裂。该故障不但对机组本身产生极大影响，严重时可能引起电网的低频振荡。
3问题分析
DEH系统每个阀门通过一组分段函数实现负荷指令与阀门升程的转换，如表1所示。顺序阀运行方式下，阀门开启顺序为1/2-3-4。总阀位指令-阀门升程曲线如图4所示。当DEH系统收到的总阀位指令到达81.6%时，GV1/GV2完全开启，而GV3在总阀位指令67.5%～93.6%区间开启，GV4在总阀位指令87.7%～100%区间开启。当总阀位指令为81.6%时，GV3开启行程为8.1%，当总阀位指令升至87.7%，GV3开启行程为21%。总阀位指令的变化幅度为6.1%，而阀门行程开启幅度为12.9%。根据图3分析，GV3通过的蒸汽流量范围主要在阀位的2%～50%区间，当阀门升程到达50%时，蒸汽量已经达到最大，继续开大阀门，已经对流量没有影响。GV3由8.1%开启至21%，GV3通过的流量由其控制的流量范围的37%升至78%，占其控制的流量范围的40%。根据表1，在保证主汽压力不变的理论状态下，GV3调整的蒸汽量约占额定蒸汽量的26.1%，故GV3由8.1%开启至21%时，调整的理论状态下的蒸汽量约为额定蒸汽量的10.44%，即：26.1%×40%。而总阀位指由为81.6%升至87.7%，变化幅度为6.1%，即主蒸汽压力不变的理论状态下，汽轮机需要增加6.1%的额定蒸汽量来满足负荷要求。因此，当前6.1%的总阀位指令对应的阀门升程区间内，通过的蒸汽量远大于实际需要的蒸汽量，导致了汽机主控PID的反复调整。
4处理方案
结合故障现象及阀门特性曲线进行分析，DEH系统函数对GV3阀门通流特性描述的不准确，是导致故障的主要原因。根据GV3特性曲线以及图1图2问题曲线特征，对DEH系统GV3分段线性函数进行调整：(1)对GV3阀门函数，在出现抖动的区域，进行了重新标定，使指令-阀门升程-实际流量三者保持一致。(2)根据汽轮机厂家提供的热力特性书，将GV3重叠度进行了重新调整，在现有基础上按照特性书提供的数据提前至总阀位指令58%时开启，推后至96.5%时关闭，一方面使全负荷段蒸汽流量能够根据指令连续变化，特别是在GV3参与前后，实际流量能够跟随流量指令变化；另一方面调整后GV3有更大的指令调整空间，在出现振荡的区域，在保证流量准确的前提下，使指令-阀门升程曲线斜率更加平缓，从而直接消除大范围波动的可能。
结束语
汽轮机高压调节门，作为负荷的执行机构，能够按照流量指令准确控制实际通过的蒸汽量，一方面能够改善机组的调节品质；另一方面，对蒸汽量的准确分配影响明显。机组在一段时期的运行后，要特别注意阀门流量函数的调整，使其与实际流量相一致。考虑到近期遇到的同类问题多发，或发生在低负荷，或发生在较高负荷，或阀门大幅振荡引起EH油压波动大，均能通过阀门流量函数的局部调整消除或改善。
参考文献
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