武文華/內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院

150MW循環(huán)流化床機(jī)組汽輪機(jī)高調(diào)門流量特性優(yōu)化研究

武文華/內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院

為準(zhǔn)確掌握某火電廠2號機(jī)組汽輪機(jī)高調(diào)門流量特性，通過試驗測試得真實的流量特性曲線，對高調(diào)門流量特項進(jìn)行了優(yōu)化，最后檢驗順序閥時閥門的重疊度以及順序閥時高調(diào)門的流量特性曲線是否滿足要求，確保汽機(jī)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高機(jī)組的控制水平。

汽輪機(jī)；閥門流量特性；優(yōu)化

引言

目前，絕大部分大型發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)都采用數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（簡稱DEH系統(tǒng)），DEH系統(tǒng)具備轉(zhuǎn)速自動控制、負(fù)荷自動調(diào)節(jié)、汽輪機(jī)自動保護(hù)、運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視、汽輪機(jī)閥門管理等多種功能【1】。其中DEH對汽輪機(jī)閥門的控制是一項重要功能。汽輪機(jī)閥門流量特性曲線，理論上是其流量特性的數(shù)值表征，當(dāng)DEH設(shè)定的閥門流量特性曲線與實際流量特性相一致時，汽輪機(jī)會表現(xiàn)出良好的控制性能【2】。為準(zhǔn)確掌握某火電廠2號機(jī)組汽輪機(jī)高調(diào)門流量特性，通過試驗測試得真實的流量特性曲線，對高調(diào)門流量特項進(jìn)行了優(yōu)化，最后檢驗順序閥時閥門的重疊度以及順序閥時高調(diào)門的流量特性曲線是否滿足要求，確保汽機(jī)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高機(jī)組的控制水平。

一、設(shè)備概況

某火電廠2號機(jī)組鍋爐采用無錫華光鍋爐有限責(zé)任公司制造的超高壓、單爐膛、平衡通風(fēng)、一次中間再熱、自然循環(huán)、流化床鍋爐。汽機(jī)采用武漢汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的單軸、雙缸、雙排汽、中間再熱、抽汽凝汽式汽輪機(jī)，型號為C125/N150-13.24/0.245/535/535。發(fā)電機(jī)為空冷、交流無刷QF-155-2型發(fā)電機(jī)。數(shù)字電液調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)采用上海新華控制公司XDC800分散控制系統(tǒng)。

2號汽輪機(jī)在協(xié)調(diào)控制方式和投入一次調(diào)頻功能情況下，存在負(fù)荷調(diào)節(jié)指令與實際功率變化量不成比例，汽輪機(jī)高壓節(jié)閥門開度與調(diào)節(jié)功率不成比例，汽輪機(jī)單、順閥切換過稱對負(fù)荷擾動大,高負(fù)荷運(yùn)行調(diào)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(jī)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(diào)門流量曲線進(jìn)行優(yōu)化，提高DEH控制的精確性。

二、原高調(diào)門流量特性曲線

由于本機(jī)組采用了新華的DCS控制系統(tǒng)，組態(tài)中機(jī)組單閥與順序閥的流量特性曲線實現(xiàn)方式與其它機(jī)組不同，尤其是在順序閥控制方式，是由多個函數(shù)實現(xiàn)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(jīng)過單閥流量曲線形成閥位開度指令【4】。電調(diào)控制系統(tǒng)中單閥方式下原有的GV1～GV4的流量曲線函數(shù)見表1，單閥方式下用于流量跟蹤計算的最佳閥位系數(shù)為1。

表1 單閥方式下原有的GV1～GV4的流量曲線函數(shù)

在順序閥方式下，流量指令先經(jīng)KX+B計算，再經(jīng)單閥流量曲線得到閥門的開度【4】。電調(diào)控制系統(tǒng)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(jī)組順序閥方式下的流量特性曲線是通過多個函數(shù)疊加而成。

三、優(yōu)化閥門流量曲線

首先要對各閥門流量特性進(jìn)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(shù)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(zhǔn)備好的功能將順序閥方式下的重疊度取消。

在機(jī)組靜態(tài)時，將調(diào)門活動試驗的目標(biāo)值由15％改為100％，將所有高調(diào)門全部開滿，分別進(jìn)行GV1～4的調(diào)門活動試驗；記錄調(diào)門指令與反饋的關(guān)系。機(jī)組起動后，機(jī)組在設(shè)計的正常工況下穩(wěn)定運(yùn)行，負(fù)荷能從額定負(fù)荷（汽機(jī)高調(diào)門全開時）至50％左右的額定負(fù)荷范圍之間變化。

通過相關(guān)的熱力試驗測取熱力參數(shù)，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(diào)門全部開滿，采用強(qiáng)制或其他手段緩慢逐個關(guān)閉/打開調(diào)門，記錄每個調(diào)門的開度、主汽壓力、調(diào)節(jié)級壓力、實際功率等信號。通過計算得出每一個調(diào)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(diào)門全部開滿，采用強(qiáng)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(guān)閉調(diào)門，記錄每個調(diào)門的開度、主汽壓力、調(diào)節(jié)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(diào)門流量特性曲線是否滿足電調(diào)控制系統(tǒng)中流量指令與實際流量呈線性關(guān)系，并按照實際流量特性進(jìn)行優(yōu)化。

通過試驗得到的單閥方式下GV1—GV4的流量特性曲線函數(shù)，見表2

表2 GV1-GV4單閥的流量曲線函數(shù)

順序閥方式下的KX+B及對應(yīng)函數(shù)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(yīng)的重疊度確定函數(shù)見表3

表3 GV1/2、GV3、GV4 重疊度確定函數(shù)

經(jīng)過優(yōu)化最終選用的單閥方式下的流量特性曲線函數(shù)見表4

表4 經(jīng)過優(yōu)化的單閥的流量特性曲線函數(shù)

修改DEH邏輯中相應(yīng)函數(shù)。用最終選用的單閥函數(shù)替換邏輯圖53頁39、40、41、42塊的函數(shù)。用最終選用的單閥函數(shù)替換邏輯圖45頁9、10、11、12塊的函數(shù)，用最終選用的單閥函數(shù)的反函數(shù)替換邏輯圖45頁82、83、84、85塊的函數(shù)，用被壓修正函數(shù)的反函數(shù)替換邏輯圖45頁28塊的函數(shù)，用直線函數(shù)替換邏輯圖45頁109塊的函數(shù)。將邏輯圖4頁81號塊的最佳閥位系數(shù)改為0.6787。在機(jī)組單閥運(yùn)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(shù)替換19、20號塊的函數(shù)；用GV3的重疊度函數(shù)替換21號塊的函數(shù)；用GV4的重疊度函數(shù)替換22號塊的函數(shù)。

四、結(jié)論

在低壓力下采用順序閥控制方式將所有調(diào)門全部開滿，緩慢將調(diào)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(diào)門的開度、主汽壓力、調(diào)節(jié)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(fù)荷變化近似線性，提高了機(jī)組自動化控制精度。實際流量與流量指令的關(guān)系見圖1

圖1 新曲線下實際流量與流量指令的關(guān)系

為了使使機(jī)組達(dá)到最佳狀態(tài)，建議電廠2機(jī)組運(yùn)行時要經(jīng)常投入功率控制，新舊流量特性曲線下的PID參數(shù)會稍有不同，建議相關(guān)參數(shù)根據(jù)新曲線進(jìn)行調(diào)整。

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[1] 肖增弘，徐豐.汽輪機(jī)數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2003∶23.

[2] 王爽心，葛曉霞.汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)[M]．北京：中國電力出版社，2004．

[3] 李曉波，江建勛.火電機(jī)組數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)試問題分析及處理[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2010,28（S2）：53-55.

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