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1 燃?xì)廨啓C(jī)燃料供應(yīng)系統(tǒng)

三菱M701F3型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組燃機(jī)裝機(jī)容量為250 MW，燃料為天然氣。燃料供應(yīng)系統(tǒng)由5個燃料閥組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 燃料供應(yīng)閥組

燃料分成主燃料和值班燃料兩部分。值班燃料采用擴(kuò)散燃燒，保證燃燒器內(nèi)火焰不會熄滅。主燃料為預(yù)混燃燒，實(shí)現(xiàn)低溫干燒，降低NOx排放。5個閥門均采用由MOOG伺服閥控制的油動機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，LVDT作為閥位反饋裝置。

伺服閥在現(xiàn)場調(diào)試中按照以下步驟進(jìn)行調(diào)試并確保其參數(shù)合格[1]。

1)伺服閥零偏。調(diào)整伺服閥滑閥偏置零位，使閥門能在失去電信號的情況下，按照規(guī)定速率關(guān)閉。本功能在極端情況下能夠起到保護(hù)機(jī)組，避免發(fā)生過度熱沖擊或者燃燒器爆燃爆炸等危險。

2)LVDT的行程標(biāo)定。在DEH的伺服模塊上完成LVDT反饋電壓的標(biāo)定。LVDT的反饋線性度對伺服閥的動作線性起決定作用。反饋電壓標(biāo)定的準(zhǔn)確程度決定著閥門全開全關(guān)位的準(zhǔn)確程度。

3)調(diào)整伺服模塊的傳遞函數(shù)。通過調(diào)整傳遞函數(shù)的比例增益和偏置量，實(shí)現(xiàn)對伺服閥靈敏度、準(zhǔn)確性和動作死區(qū)的調(diào)整。

4)全行程聯(lián)調(diào)。測試閥門動作速度、定位振蕩等情況。進(jìn)一步優(yōu)化伺服模塊的傳遞函數(shù)參數(shù)，平衡靈敏度、動作死區(qū)和閥門振蕩三方面的關(guān)系，獲得最佳的聯(lián)調(diào)狀態(tài)。

上述調(diào)試過程決定著伺服閥的調(diào)節(jié)品質(zhì)，其中閥門的振蕩是閥門調(diào)試時常見的問題之一。

2 燃料閥振蕩對各個運(yùn)行階段的影響

燃?xì)廨啓C(jī)的點(diǎn)火成敗和輸出軸力矩都受燃料量的影響，因此燃料閥的工作狀態(tài)很大程度影響著機(jī)組各個階段的工作情況。

1)點(diǎn)火階段

M701F3型燃機(jī)的點(diǎn)火過程采用開環(huán)控制方式。點(diǎn)火時，由TCS系統(tǒng)向DEH系統(tǒng)下發(fā)閥門開度指令，并通過DEH系統(tǒng)指揮伺服閥動作。點(diǎn)火時機(jī)組的任何狀態(tài)參數(shù)都不用于修正伺服閥開度指令。此時閥門劇烈的振蕩可能會造成點(diǎn)火失敗。

2)升速階段

機(jī)組升速控制的算法為

CSO=FUELSET-(SPEED-SPREF)×K1

(SPEED>SPREF)

(1)

COS=FUELSET (SPEED

(2)

式中：CSO為燃料量控制信號，基本對應(yīng)總的燃料量；FUELSET為燃料上限值，防止升速過快導(dǎo)致的機(jī)組超溫或熱懸掛；SPEED為實(shí)際轉(zhuǎn)速值；SPREF為轉(zhuǎn)速參考值，根據(jù)一定的預(yù)設(shè)速率逐漸提升；K1為比例系數(shù)。

式(1)和式(2)分別是在不同轉(zhuǎn)速情況下燃料對轉(zhuǎn)速的響應(yīng)函數(shù)。

升速階段采用比例算法，設(shè)定值不斷變化。燃料量的振蕩會造成熱能波動，引起動力矩波動，影響轉(zhuǎn)速。式(1)中轉(zhuǎn)速反饋與燃料量形成的自循環(huán)會進(jìn)一步放大振蕩。但是，在升速過程中，熱能不僅轉(zhuǎn)化為機(jī)械能用來提升轉(zhuǎn)速，還用來加熱燃機(jī)部件，因此熱能波動僅有部分能引起轉(zhuǎn)速波動。此外，此時IGV開度約為中間開度，壓氣機(jī)阻力較大，造成轉(zhuǎn)速擾動所需要的動力矩波動較大。由于上述兩點(diǎn)原因，在這個階段閥門振蕩所能引起的轉(zhuǎn)速波動相對較小。

3)定速同期階段

燃機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后進(jìn)入定速同期階段。其算法為

CSO=(SPREF-SPEED)×K2+RATSET

(3)

式中：SPREF為轉(zhuǎn)速參考值，定速階段為固定值；K2為比例系數(shù)，比K1略大；RATSET為額定轉(zhuǎn)速(3 000 r/min)下的理論燃料量。

本算法模擬燃?xì)廨啓C(jī)的靜態(tài)特性，具體參數(shù)根據(jù)廠家試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。此時，燃機(jī)已經(jīng)完成暖機(jī)，熱能的波動絕大部分轉(zhuǎn)化為動力矩波動。根據(jù)式(3)，轉(zhuǎn)速反饋與燃料供應(yīng)產(chǎn)生控制自循環(huán)。此時IGV開度為最小開度位，壓氣機(jī)阻力最小。三個因素綜合起來，這個階段燃料閥的振蕩造成的轉(zhuǎn)速波動相對較大。

4)帶載階段

帶載階段的算法公式與定速同期階段完全相同，但是相關(guān)的參數(shù)意義不同，有區(qū)別的內(nèi)容如下所述。

SPREF：根據(jù)負(fù)荷指令及反饋?zhàn)兓⒕W(wǎng)后超過額定轉(zhuǎn)速，作為負(fù)荷指令；

SPEED：實(shí)際轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)后完全與電網(wǎng)頻率一致。

此時機(jī)組轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率一致，燃料量的變化不引起轉(zhuǎn)速變化。但燃料量波動會影響燃機(jī)的負(fù)荷輸出并引起SPREF波動，SPREF與燃料量給定值之間產(chǎn)生自循環(huán)，放大波動。因?yàn)槿紮C(jī)本身有一定的熱容量且SPREF生成過程中有一定的緩沖算法，波動現(xiàn)象會被弱化。對于聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，余熱鍋爐的熱容量更能緩和負(fù)荷波動。綜上，帶載階段燃料量的波動對機(jī)組造成的負(fù)荷波動也很小，尤其對于聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，可能會小于升速階段。

3 運(yùn)行和故障判斷建議

1)轉(zhuǎn)速或者負(fù)荷發(fā)生異常波動的原因有很多。伺服閥定位振蕩、轉(zhuǎn)速負(fù)荷測量波動引起燃料指令振蕩、AGC指令通信受擾振蕩等都是常見原因。通過對不同階段振蕩情況的分析可以初步得出可能的原因。

2)調(diào)速系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(燃料閥組)在定速階段的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他階段，可以基于這一點(diǎn)做出一些合理的運(yùn)行決策。例如：一臺短時頂峰運(yùn)行的機(jī)組，在機(jī)組升速階段正常，但在定速階段轉(zhuǎn)速波動較大。如果判斷故障劣化可能性極小，可以嘗試進(jìn)行同期并網(wǎng)操作而不需要太擔(dān)心并網(wǎng)后的負(fù)荷波動問題。

3)對于運(yùn)行人員，在監(jiān)盤時應(yīng)更加重視機(jī)組定速時的轉(zhuǎn)速波動情況，因?yàn)樵撉闆r能夠最敏感地反映出調(diào)速系統(tǒng)的工作情況。

4 結(jié)語

F型燃?xì)廨啓C(jī)及其改進(jìn)型是我國目前的主力燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組。燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組調(diào)峰的靈活性也意味著燃料的波動帶來的輸出能量波動明顯。結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理和控制邏輯可以對不同階段燃?xì)廨啓C(jī)的“靈活”性進(jìn)行分析，進(jìn)而得到一些運(yùn)行和故障判斷的指導(dǎo)建議，同時進(jìn)一步提高我們對燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行中一些特點(diǎn)的認(rèn)識。