徐仁博，徐世明，王曉波，劉 娟，劉志江

(1.華能大連電廠，遼寧 大連 116011；2.華能營口熱電有限責任公司，遼寧 營口 115003；3.中國市政工程東北設(shè)計研究總院有限公司,吉林 長春 130012；4.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

DEH調(diào)節(jié)品質(zhì)好壞直接影響到電廠汽輪機安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，對供電品質(zhì)和電網(wǎng)的可靠、高效運行也有重要作用。汽輪機高壓調(diào)節(jié)汽門(高壓調(diào)門)作為DEH配汽執(zhí)行機構(gòu)的主要設(shè)備，其能否正常動作直接決定DEH調(diào)節(jié)品質(zhì)。汽輪機高壓調(diào)門擺動問題是很多電廠汽輪機的通病，其有效防控和解決對電廠的安全工作具有實際意義[1-3]。

1 機組概況

華能營口熱電有限責任公司(簡稱營口熱電)1號、2號機組分別于2009年12月3日、2009年12月13日投產(chǎn)發(fā)電，2臺機組為330 MW抽凝機組，汽輪機為哈爾濱汽輪機有限責任公司制造的C260/N330-16.7/538/538型亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單軸、兩缸、兩排汽、雙抽供熱式機組。該汽輪機的高壓進汽部分由2個高壓主汽門和4個高壓調(diào)門組成，2個高壓主汽門編號為TV1、TV2，4個高壓調(diào)門編號為CV1、CV2、CV3、CV4。閥門設(shè)有單閥和順序閥2種運行方式，由于順序閥與單閥相比具有較小的節(jié)流損失，可顯著提高汽輪機實際循環(huán)熱效率，進而降低發(fā)電煤耗，因此營口熱電常規(guī)采用順序閥運行方式。2臺機組的DCS控制系統(tǒng)采用和利時MACSV系統(tǒng)，正常運行時投入AGC方式，DEH系統(tǒng)通過硬線信號接受DCS汽輪機主控制器給出的設(shè)定值，將其轉(zhuǎn)換成每個高壓調(diào)門對應(yīng)的開度指令，來控制汽輪機進汽量。

2 存在問題

2臺機組自投產(chǎn)以來，汽輪機所有高壓調(diào)門控制基本平穩(wěn)。隨著機組運行時間延長，現(xiàn)在1號、2號汽輪機組的3號高壓調(diào)門(CV3)在較高負荷運行時擺動較大，經(jīng)過檢查曲線發(fā)現(xiàn)CV3大幅度擺動情況頻繁發(fā)生在270 MW負荷以上且DEH總閥位指令達到87%～93%的工況下，CV3出現(xiàn)了大幅度的擺動現(xiàn)象，當DEH的閥門總指令在順序閥相鄰2個閥門的交叉點上小范圍波動時，這種擺動會持續(xù)發(fā)生，造成機組負荷、主汽壓力、門體和EH油壓同步波動，某負荷下CV3擺動相關(guān)參數(shù)曲線如圖1所示。

圖1 300 MW負荷各個閥門擺動曲線圖

3 原因分析

3.1 原閥函數(shù)特性曲線不合理

由圖2可知，順序閥閥門管理中，CV1、CV2閥同時開啟，根據(jù)DEH閥門特性曲線函數(shù)關(guān)系，當閥位總指令達到81.6%時，CV1、CV2閥指令全開，當閥位總指令在87.7%～93.6%變化時，CV1、CV2閥在100%位置保持不變。由圖2可知，CV3閥在CV1、CV2閥開啟后打開，當閥位總指令在87.7%～93.6%變化時，CV3閥開度在21%～100%之間變化，造成閥門總指令有較小變化時，CV3閥動作幅度也會很大；CV4閥在CV3閥開啟后打開，根據(jù)閥函數(shù)特性曲線關(guān)系，當閥位總指令在87.7%時CV4指令全開，當閥位總指令在87.7%～93.6%變化時，CV4閥開度在0%～10%有小幅度變化。

圖2 原順序閥函數(shù)特性曲線

部分開啟調(diào)節(jié)汽門的流量方程為[4]

(1)

式中：G為部分開啟調(diào)節(jié)汽門蒸汽通過的流量，kg/s；β為部分開啟調(diào)節(jié)汽門流量比系數(shù)；A為部分開啟調(diào)節(jié)汽門已經(jīng)開啟的面積，m2；p0為調(diào)節(jié)汽門前蒸汽壓力，Pa；v0為調(diào)節(jié)汽門前蒸汽比體積，m3/kg。

部分開啟調(diào)節(jié)汽門在某一開度下的流量比系數(shù)方程為

(2)

式中:εn為部分開啟的調(diào)節(jié)汽門前后壓力之比。

在此說明，當部分開啟的調(diào)節(jié)汽門前后壓力比滿足εn>εcr時，蒸汽通過調(diào)節(jié)汽門為亞臨界流動，β為式(2)計算所得；當部分開啟的調(diào)節(jié)汽門前后壓力比滿足εn<εcr時，蒸汽通過調(diào)節(jié)汽門為臨界或超臨界流動，β=1。

由式(1)可以看出調(diào)節(jié)汽門的流量主要受β、Α、p03個參數(shù)影響，當p0一定時，G主要受β、A控制。由于總閥位指令在后半程87%～93%范圍，由式(2)計算β值越來越小，欲達到需要的蒸汽量必須開大閥CV3、CV4，即通過增大調(diào)節(jié)汽門開啟面積A來增加蒸汽流量。圖2表明總閥位指令在87%～93%范圍，CV4開度在0%～10%大范圍內(nèi)變化，而CV3開度在20%～100%大范圍內(nèi)變化，CV3開度大范圍變化相當于增大了控制系統(tǒng)的比例增益，導(dǎo)致穩(wěn)定裕度下降，當擾動增大和自身調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化時，將引起DEH系統(tǒng)不穩(wěn)定，進而造成CV3擺動。

3.2 DEH控制系統(tǒng)閥門動態(tài)響應(yīng)特性不佳

DEH控制系統(tǒng)中各閥門控制回路的控制性能直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當“PID”電位器參數(shù)設(shè)定不恰當，對DEH控制系統(tǒng)所有閥門發(fā)出控制指令時，若CV3閥門控制回路動態(tài)響應(yīng)不佳，存在超調(diào)現(xiàn)象，將會造成CV3嚴重擺動。

3.3 擾動增大

機組運行初期，機組調(diào)頻功能較弱，供熱負荷小并且調(diào)整范圍不大，主汽壓力的控制品質(zhì)也比較好，因此DEH系統(tǒng)在AGC負荷指令穩(wěn)定時所形成的閥門總指令很穩(wěn)定，分配到每個閥門的開度指令在負荷相同的情況下幾乎沒有變化，機組經(jīng)常運行的幾個負荷點很少落在順序閥控制中2個相鄰閥門的交叉點上。

當機組一、二次調(diào)頻以及電網(wǎng)AGC指令的調(diào)頻功能加強后，機組的電負荷指令不再是一個穩(wěn)定值，DEH接收到的設(shè)定點也不再保持穩(wěn)定，而是經(jīng)常在小范圍內(nèi)波動。隨著熱負荷調(diào)整峰谷差范圍增大，單位質(zhì)量蒸汽做功能力減小，由式(1)可知調(diào)節(jié)汽門將需要更大的開度來滿足流量要求，使得同樣電負荷情況下對應(yīng)的閥門總開度經(jīng)常發(fā)生變化。由于DEH系統(tǒng)汽輪機的高壓調(diào)門有4個，順序閥方式時高負荷下CV1和CV2一直開滿，其它2個閥門CV3、CV4按照閥函數(shù)特性曲線關(guān)系參與調(diào)節(jié)，2個閥門間存在交叉重疊(即重疊度)，如果閥門重疊度選擇不好，將使交叉點閥門擺動的概率增大。

總之，高壓調(diào)節(jié)汽門嚴重擺動問題從控制原理的角度屬于系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，由于DEH系統(tǒng)的某環(huán)節(jié)參數(shù)不合理、調(diào)節(jié)慣性、超調(diào)的增大、閥門自身的流量特性改變等原因，影響了整個DEH系統(tǒng)的穩(wěn)定性。加之原來的閥函數(shù)特性曲線局部過陡，即比例系數(shù)較大，穩(wěn)定裕量較小，抗擾能力相對較弱。當外界供暖的抽汽量逐年增大，實時調(diào)節(jié)峰谷差增大，一次調(diào)頻更為頻繁時，最終導(dǎo)致高壓調(diào)節(jié)汽門CV3在某閥位指令范圍內(nèi)嚴重擺動。

4 解決方案及效果

4.1 閥門控制回路動態(tài)響應(yīng)特性調(diào)整

針對DEH控制系統(tǒng)的閥門控制回路動態(tài)響應(yīng)特性調(diào)試，主要利用機組停機，對DEH控制系統(tǒng)所有閥門進行“靜態(tài)響應(yīng)特性”試驗。通過閥門“靜態(tài)響應(yīng)特性”試驗發(fā)現(xiàn)，CV3閥在靜態(tài)響應(yīng)特性初期有超調(diào)現(xiàn)象，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整控制回路的調(diào)解參數(shù)，最終超調(diào)現(xiàn)象消除。

4.2 邏輯控制策略優(yōu)化

邏輯控制策略優(yōu)化主要通過修改DEH系統(tǒng)閥門管理中的CV3、CV4閥函數(shù)特性曲線和一次調(diào)頻控制邏輯改進優(yōu)化兩方面實施的。

針對CV3、CV4高調(diào)門的閥門特性函數(shù)曲線進行優(yōu)化，盡量減小局部過大的閥門開度比例增益。修改的CV3、CV4閥函數(shù)特性曲線的指令邏輯如表1、表2所示，順序閥函數(shù)特性曲線修改前后對比如圖3所示。

表1 修改前后3號閥位指令 %

表2 修改前后4號閥位指令 %

圖3 順序閥函數(shù)特性曲線修改前后對比

針對一次調(diào)頻擾動的情況，由圖3可知，考慮到高負荷下CV3、CV4閥門開度變化較大，進而導(dǎo)致出現(xiàn)閥門持續(xù)擺動問題。在DEH控制系統(tǒng)的一次調(diào)頻邏輯中加入負荷與總閥位指令的限制功能，降低高負荷、高壓力下的一次調(diào)頻系數(shù)，進一步解決了負荷較高時主汽壓力升高，一次調(diào)頻過調(diào)而造

成的閥門擺動問題。此邏輯可改變高負荷下的調(diào)頻系數(shù)，從而改變高壓調(diào)門參與調(diào)頻的動作幅度，進而減輕CV3閥擺動情況。

4.3 解決效果

按前文所述解決CV3擺動問題的方法，通過合理的實施方案，CV3、CV4閥函數(shù)特性曲線及一次調(diào)頻控制邏輯進行修正后靜態(tài)測試正常，帶負荷邏輯測試，各調(diào)門在不同的負荷狀態(tài)下調(diào)節(jié)平穩(wěn)。

5 結(jié)束語

通過介紹營口熱電2臺機組運行在270 MW以上且DEH總閥位指令達到87%～93%的工況下，CV3出現(xiàn)了20%～100%大幅度擺動的故障，并進行原因分析。在解決方法上不單從修改閥函數(shù)特性曲線著手，而從控制系統(tǒng)整體分析影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，提出對2臺330 MW供熱機組的閥門控制回路動態(tài)響應(yīng)特性調(diào)整、閥函數(shù)特性曲線的優(yōu)化及一次調(diào)頻控制邏輯修改的組合方法。利用本文提出的方法，解決了CV3閥嚴重擺動問題。

參考文獻：

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