蔡 偉，施 壯，丁 磊

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230601)

1 問(wèn)題分析

某320MW亞臨界機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)在特定工況下功率和高壓調(diào)門出現(xiàn)大幅振蕩，圖1為機(jī)組某次功率和高調(diào)門振蕩曲線。在2018年11月28日02∶15分左右，2號(hào)機(jī)組降負(fù)荷且總閥位指令FDEM降至60.6%左右，總閥位指令、GV4、GV5、調(diào)節(jié)級(jí)壓力、主蒸汽壓力和功率同步振蕩，直到02∶18左右，機(jī)組持續(xù)升負(fù)荷且總閥位指令上升到61.6%，振蕩結(jié)束。此外，查閱機(jī)組多次振蕩曲線，發(fā)現(xiàn)振蕩發(fā)生點(diǎn)總閥位指令都處于58%～61%區(qū)域，負(fù)荷波動(dòng)幅度最大超過(guò)10 MW。因此，初步確定功率和高調(diào)門振蕩與汽機(jī)調(diào)門整體流量特性異常有關(guān)。

2 調(diào)門參數(shù)與順序閥整體流量特性的關(guān)系

調(diào)門流量特性是調(diào)門開(kāi)度與其流量百分比的關(guān)系曲線，順序閥整體流量特性是順序閥方式下總流量指令與總流量百分比的關(guān)系曲線。順序閥控制方式時(shí)，各個(gè)調(diào)門在閥門控制程序的管理下順序開(kāi)啟，并且相鄰調(diào)門有一定的重疊區(qū)域，即后一個(gè)調(diào)門在前一個(gè)調(diào)門尚未全開(kāi)時(shí)就提前開(kāi)啟，克服單個(gè)調(diào)門流量特性非線性對(duì)整體流量的影響，確保順序閥整體流量特性是線性的。順序閥整體流量特性直接影響機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)的性能。

圖1 機(jī)組高調(diào)門和功率振蕩曲線

機(jī)組高壓調(diào)門控制原理如圖2所示，主要控制參數(shù)包括函數(shù)F(X1)、F(X2)、F(X3)，以及比例偏置因子(K+B)，順序閥方式運(yùn)行時(shí)高壓調(diào)門開(kāi)啟順序?yàn)镚V1/GV2、GV4、GV5、GV6、GV3。F(X1)為背壓修正函數(shù)，是機(jī)組流量需求與流量指令的修正函數(shù)。由于汽輪機(jī)在不同的流量做功時(shí)汽輪機(jī)排氣壓力隨之變化，蒸汽焓降變化，做功能力不同，需要對(duì)流量指令進(jìn)行修正，該參數(shù)由汽輪機(jī)的自身特性決定，無(wú)需試驗(yàn)整定[1]。流量比例偏置因子(K+B)將流量指令分配到各調(diào)門，控制各調(diào)門的開(kāi)啟順序。F(X2)為重疊度函數(shù)，控制相鄰調(diào)門的重疊度，使整體流量在重疊區(qū)具有較好的線性。F(X3)為流量開(kāi)度修正函數(shù)，將調(diào)門所需流量指令映射為開(kāi)度指令，最終控制調(diào)門開(kāi)度，主要影響非重疊區(qū)整體流量特性的線性度。一般情況下F(X3)反函數(shù)與調(diào)門實(shí)測(cè)流量特性越接近，整體流量特性線性越好[2]。

圖2 機(jī)組DEH閥門控制程序示意圖

3 調(diào)門整體流量特性分析及仿真優(yōu)化

3.1 整體流量特性測(cè)試

為進(jìn)一步確定功率振蕩的原因，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試順序閥方式下整體流量特性。將機(jī)組調(diào)整至90%額定負(fù)荷、汽輪機(jī)調(diào)門全開(kāi)工況，保持機(jī)前壓力相對(duì)穩(wěn)定，在操作員自動(dòng)方式下按照一定速率減小總流量指令使調(diào)門依次關(guān)閉，直至總流量指令將至55%左右，獲取順序閥方式下整體流量特性，如圖3所示。其中整體流量特性(百分比)是將調(diào)節(jié)級(jí)壓力與機(jī)前壓力的比值根據(jù)調(diào)門全開(kāi)時(shí)的比值折算得到的百分?jǐn)?shù)，整體流量百分?jǐn)?shù)與總流量指令FDEM的關(guān)系曲線反映了順序閥方式下汽輪機(jī)高調(diào)門的調(diào)節(jié)特性。

圖3 整體流量實(shí)測(cè)曲線和模型仿真曲線對(duì)比

由圖3可知，整體流量特性斜率在總流量指令為58.8%～60.6%區(qū)域時(shí)突然變陡，當(dāng)機(jī)組進(jìn)入該區(qū)域運(yùn)行時(shí)，總流量指令發(fā)生微弱變化，實(shí)際蒸汽流量變化較大，功率發(fā)生過(guò)調(diào)，在閉環(huán)控制作用下總流量指令反調(diào)，導(dǎo)致功率反調(diào)過(guò)多，功率持續(xù)振蕩。整體流量特性斜率變陡的區(qū)域處于非重疊區(qū)，主要與調(diào)門GV4參數(shù)有關(guān)，當(dāng)總流量指令從60.6%下降時(shí)，GV4開(kāi)度指令相應(yīng)地從51%開(kāi)始關(guān)閉，在20%～51%區(qū)域GV4實(shí)測(cè)流量比設(shè)定流量小很多，導(dǎo)致整體流量特性比較小，整體流量特性曲線呈現(xiàn)出快速下降的形狀，如圖4所示。

圖4 GV4流量特性實(shí)測(cè)曲線及優(yōu)化前后流量開(kāi)度修正函數(shù)

3.2 整體流量特性仿真及優(yōu)化

3.2.1 模型結(jié)構(gòu)

圖5 整體流量特性仿真模型結(jié)構(gòu)

3.2.2 參數(shù)辨識(shí)

圖5的流量特性仿真模型中未知參數(shù)為k1～k6，并且整體流量特性與各調(diào)門流量百分比存在以下線性關(guān)系：

根據(jù)整體流量特性實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲得N個(gè)樣本數(shù)據(jù)[FDEMiFi]，i=1,2,…,N，作為整體流量特性仿真模型訓(xùn)練樣本，以均方誤差(MSE)作為模型性能評(píng)價(jià)指標(biāo)[3,4]，采用最小二乘算法辨識(shí)模型參數(shù)k1～k6。模型仿真曲線如圖3所示，與實(shí)測(cè)曲線擬合度較高，并且準(zhǔn)確地仿真出整體流量特性快速下降的過(guò)程，為調(diào)門參數(shù)優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

在調(diào)門流量特性實(shí)測(cè)曲線的基礎(chǔ)上，綜合考慮單閥方式下各調(diào)門開(kāi)度一致性，優(yōu)化GV4流量開(kāi)度修正函數(shù)F(X3)，并通過(guò)仿真模型計(jì)算優(yōu)化結(jié)果，實(shí)現(xiàn)整體流量特性閉環(huán)優(yōu)化。GV4函數(shù)優(yōu)化前后曲線如圖4所示，優(yōu)化后GV4設(shè)定流量與實(shí)測(cè)流量比較接近；整體流量特性優(yōu)化仿真結(jié)果如圖6所示，整體流量“陡降”區(qū)域消除、線性度明顯提升。

圖6 優(yōu)化后整體流量特性仿真曲線

4 優(yōu)化效果

將GV4優(yōu)化數(shù)據(jù)導(dǎo)入DEH控制系統(tǒng)后，通過(guò)試驗(yàn)重新測(cè)試順序閥方式下整體流量特性，實(shí)測(cè)曲線如圖7所示，整體流量特性“陡降”現(xiàn)象消除。圖8為優(yōu)化后機(jī)組正常運(yùn)行曲線圖，總流量指令多次位于58%～61%區(qū)域，高調(diào)門和功率均未發(fā)生振蕩現(xiàn)象，機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖7 優(yōu)化后整體流量特性實(shí)測(cè)曲線

圖8 優(yōu)化后機(jī)組正常運(yùn)行曲線

5 結(jié)論

文章通過(guò)分析機(jī)組功率振蕩曲線和實(shí)測(cè)順序閥調(diào)門整體流量特性，確診了功率振蕩的根本原因；并根據(jù)流量特性實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立了整體流量特性仿真計(jì)算模型，模型準(zhǔn)確地描述了流量特性變化異常的區(qū)域；最后基于仿真模型對(duì)調(diào)門參數(shù)進(jìn)行在線優(yōu)化及仿真。從優(yōu)化后實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，整體流量特性“陡降”現(xiàn)象消除，線性度明顯改善；從實(shí)際運(yùn)行結(jié)果來(lái)看，機(jī)組功率振蕩問(wèn)題得到有效解決，運(yùn)行安全穩(wěn)定性顯著提高。