華興魯，梁金坨，孟 帥

(1.國電電力邯鄲熱電廠，河北 邯鄲 056004;2.遼寧大唐新能源有限公司，沈陽 110000;3.河北馬頭發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056000)

1 概述

調(diào)節(jié)閥流量特性是指汽輪機高壓調(diào)節(jié)閥門開度與流經(jīng)蒸汽流量的對應(yīng)關(guān)系，機組在長期運行之后調(diào)門實際流量特性曲線會與DEH預(yù)設(shè)的曲線相偏離，引起機組在投入AGC時負荷突變、高調(diào)門擺動、節(jié)流損失加大等問題，影響機組的負荷控制精度和一次調(diào)頻能力，嚴重時還會引起轉(zhuǎn)子的劇烈震蕩。

某廠汽輪機為NC350-24.2/0.4/566/566型凝氣式汽輪機，額定負荷為350 MW。機組于2018年大修后出現(xiàn)了高調(diào)門擺動大、同時伴有一次調(diào)頻不合格、AGC響應(yīng)遲緩等問題，并隨著時間的推移越來越嚴重。對閥門管理環(huán)節(jié)進行了試驗，獲取了閥門信息，計算實際高調(diào)門流量特性曲線，利用最小二乘法獲取了新的流量特性曲線，將修正后的帶有重疊度的汽輪機調(diào)閥流量曲線預(yù)置入DEH中。

2 調(diào)門流量特性試驗

汽輪機調(diào)門流量特性試驗是獲取閥門流量開度特性曲線的方法。由于汽輪機單閥流量測試較為簡單，順序閥流量特性受每個閥門流量特性、流量分配。重疊度等因素影響，較為復(fù)雜，實際生產(chǎn)中，在部分負荷情況下一般采用順序閥控制方式，因此，針對順序閥方式下的流量特性進行研究，該機組的順序閥開啟順序為:GV4+GV5→GV6→GV3→GV2→GV1。

2.1 試驗內(nèi)容

a.在進行試驗時，負荷由低到高進行，順序閥控制選用沒有重疊度的控制方式，測試調(diào)門開度由0逐漸上升至100，在最低或額定負荷時增加單個閥門試驗點。

b.在一個試驗點，保持10 min穩(wěn)定運行，且做好詳細記錄，每隔2 min做一次記錄。

c.當主蒸汽溫度、主蒸汽壓力穩(wěn)定后再進行數(shù)據(jù)的采集，記錄功率、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、主蒸汽流量、調(diào)節(jié)級壓力、調(diào)節(jié)級溫度、綜合閥位、各高壓調(diào)節(jié)門閥位等參數(shù)。

2.2 閥門流量特性曲線計算

汽輪機變工況時，閥門流量特性采用佛留格爾公式計算

式中:p O為額定工況;G為等效后主蒸汽流量;P為調(diào)節(jié)級后壓力;T為調(diào)節(jié)溫度。

利用試驗所得數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)帶入式(1)，即可得出順序閥下的實際流量，單個閥門的實際流量特性曲線如圖1—3所示。

圖1 GV2實際流量特性曲線

圖2 GV3實際流量特性曲線

圖3 GV6實際流量特性曲線

3 流量特性曲線優(yōu)化

3.1 數(shù)學(xué)模型

假設(shè)閥門流量特性曲線的多項式為m=0

采用最小二乘法對具有非線性特征的閥門流量特性進行優(yōu)化，其目標函數(shù)為

因調(diào)節(jié)閥門的流量變化有突變特質(zhì)，即調(diào)節(jié)閥門從關(guān)閉位置到開啟位置的初期，流量的變化不明顯，而當調(diào)節(jié)閥門開度接近全啟狀態(tài)時，閥門流量就達到了峰值，所以需要對目標函數(shù)進行一定的變化

式中:t1、t2為函數(shù)分段點。

利用上述的最小二乘法對試驗獲得的閥門流量特性曲線進行修正，可擬合出新的閥門流量特性曲線，若新的流量特性曲線和實際流量特性曲線偏差較大，可繼續(xù)進行調(diào)整。

3.2 優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)高壓調(diào)節(jié)閥門原有的設(shè)計流量特性曲線，將試驗計算所得的閥門流量特性曲線按數(shù)學(xué)模型給出的方法進行最小二乘法計算，可擬合出新的閥門流量特性曲線，若新的流量特性曲線和實際流量特性曲線偏差較大，可繼續(xù)進行調(diào)整。因GV2、GV3、GV6閥門擺動較大，故僅對GV2、GV3、GV6閥門進行流量特性曲線修正。修正后的閥門流量特性曲線如圖4—6所示。

圖4 修正后GV2閥門流量特性曲線

圖5 修正后GV3閥門流量特性曲線

圖6 修正后GV6閥門流量特性曲線

3.3 重疊度計算

重疊度是在上一個閥門處于全部開啟狀態(tài)時，下一個閥門的開啟程度。重疊度若過大，即當前一個閥門開度較小時下一個即開啟，就會引起閥門的額定節(jié)流損失增加，影響機組經(jīng)濟性。重疊度若過小，汽輪機的AGC響應(yīng)時間會變緩，而且在負荷平緩區(qū)，閥門擺動還會劇烈，影響機組的安全性，因而重疊度要選擇在合理的區(qū)間。

閥門重疊度有2種表達方式，即壓力重疊度和行程重疊度，一般意義的重疊度指的是壓力重疊度，但在閥門管理環(huán)節(jié)，由于閥門帶有蒸汽預(yù)啟閥的影響，行程重疊度普遍較大，所以用行程重疊度來對重疊度進行修正。在修正好的閥門流量特性曲線基礎(chǔ)上，利用作圖法，通過給定的目標曲線來計算2個調(diào)門之間的行程重疊度。計算好的帶有重疊度的流量特性曲線如圖7、圖8所示。

圖7 有重疊度的GV2+GV3流量特性曲線

圖8 有重疊度的GV2+GV6流量特性曲線

經(jīng)計算，GV2與GV3之間的重疊度為17%，GV2與GV6之間的重疊度為18%，GV3與GV2之間的重疊度為15%，GV3與GV6之間的重疊度為13%;GV6與GV2之間的重疊度為13%，GV6與GV3之間的重疊度為25%。修正前與修正后對比，只有GV2與GV6之間、GV6與GV3之間的壓力重疊度不合理，可按照修正好的重疊度將其修改。

3.4 結(jié)果分析

采用最小二乘法對具有非線性特征的閥門流量特性進行優(yōu)化，優(yōu)化后的閥門流量特性曲線比之前有更好的線性度，無奇異點。將修正后的流量特性曲線輸入到DEH控制系統(tǒng)中，閥門運行良好。通過優(yōu)化前后閥門運行情況對比，優(yōu)化后比優(yōu)化前閥門運行情況更為穩(wěn)定，無大幅擺動現(xiàn)象。

根據(jù)優(yōu)化后的閥門流量特性曲線，修正了閥門的重疊度，減少了GV6與GV2、GV6與GV3之間的重疊度，機組運行之后，重疊度可更好的適應(yīng)機組調(diào)峰，加快AGC響應(yīng)，減小機組的負荷擺動。

4 結(jié)束語

機組在長期運行或大修后，閥門流量特性曲線與原理想值會出現(xiàn)偏差，對閥門流量特性曲線進行修正是提高發(fā)電機組的變負荷能力和一次調(diào)頻性能的基礎(chǔ)。通過現(xiàn)場汽輪機閥門流量特性試驗，利用最小二乘法優(yōu)化汽輪機高調(diào)門GV2、GV3、GV6的流量特性曲線，將優(yōu)化好的流量特性曲線輸入到DEH中，閥門運行良好，無大幅度擺動現(xiàn)象。同時根據(jù)閥門流量特性曲線，優(yōu)化了閥門重疊度，結(jié)果顯示AGC響應(yīng)有所加快，減少了負荷擺動。通過對于閥門流量特性曲線及閥門重疊度的優(yōu)化，大幅度的提升了汽輪機運行的安全性和經(jīng)濟性。