李珍興,谷軍生,姚 坤,萬 杰

(1.河北國華定洲發(fā)電有限責任公司，河北 定州 073000；2.哈爾濱工業(yè)大學,黑龍江 哈爾濱 150001)

0 引言

當前，大規(guī)模風電、光伏的并網(wǎng)需要火電機組具備更寬、更快、更精確的調節(jié)能力[1-2]。為了提高汽輪機高低負荷工況的運行經(jīng)濟性，機組并網(wǎng)后且會由單閥模式切換至順序閥模式。因此，不少研究人員針對順序閥的安全高效投運問題，從機理分析、建模仿真及試驗測試等多個方面開展了大量的探索工作，主要包括兩個主要方面：一方面，為了滿足電網(wǎng)日趨嚴格的AGC考核標準，對調節(jié)閥組實際流量特性辨識及進汽線性控制優(yōu)化方法進行研究[3-4]；另一方面，通過改變調節(jié)閥組的進汽順序抑制部分負荷工況下的配汽不平衡汽流力[5]、提高汽輪機中低負荷的經(jīng)濟性[6]。然而，汽輪機通流改造改變了缸體內部蒸汽的流動特性，極易產(chǎn)生威脅機組運行安全的汽流激振問題[7]；并且，轉子動力特性受多因素影響而異常復雜[8]。所以，通流改造后出現(xiàn)的汽流激振問題難以通過單一的進汽順序優(yōu)化就能解決，往往需要結合硬件改造的方法才能解決[9]。也有一些學者提出利用雙對角進汽解決汽輪機復雜軸系失穩(wěn)問題，雖然相對單閥方式減小了一部分節(jié)流損失，但從長期經(jīng)濟運行角度來講還具有一定的局限性[10-11]。此外，現(xiàn)有汽輪機DEH閥門管理中的順序閥邏輯只可以設置一組噴嘴配汽規(guī)律參數(shù)，僅能夠實現(xiàn)單閥與順序閥之間的切換[12]；對于設置兩套順序閥規(guī)律參數(shù)并可進行切換應用的研究，還未見實際公開權威文獻報導。

針對2臺600 MW汽輪機由于通流改造后出現(xiàn)汽流激振，致使順序閥方式下的轉子運行出現(xiàn)振動失穩(wěn)現(xiàn)象的問題，在兼顧長期部分負荷運行的安全性和經(jīng)濟性，本文提出了一種高調閥組噴嘴局部進汽模式切換組合的方法，結合測試試驗設計了融合加大重疊度與雙對角的噴嘴組合進汽規(guī)律及DEH切換邏輯方案；這既避免了直接利用雙對角進汽方案帶來的長期能耗損失，又避免了直接停機對硬件進行檢修調整，具有一定的實際工程價值。

1 故障汽輪機的噴嘴組布置及配汽規(guī)律

通流改造后出現(xiàn)汽流激振的2臺機組分別配備了相同的亞臨界600 MW汽輪機，圖1為其高調門噴嘴布置圖，圖2為其對應的順序閥規(guī)律曲線。

圖1 機組閥門噴嘴布置圖

圖2 原順序閥規(guī)律

2 優(yōu)化方案設計及試驗方法

根據(jù)順序閥方式下配汽不平衡汽流力的作用機制，四調門汽輪機常用的“2→1→1”的噴嘴配汽設計原則包括以下四組

(1) GV1+GV4→GV3→GV2；

(2) GV1+GV4→GV2→GV3；

(3) GV2+GV3→GV4→GV1；

(4) GV2+GV3→GV1→GV4。

如圖3所示，為#2機組的四種進汽規(guī)律測試試驗結果。與先開GV2和GV3相比，機組先開GV1和GV4會產(chǎn)生更大的軸承振動。其中，#2軸承振動峰值接近160 um，嚴重威脅機組的安全運行。因此，放棄方案(1)和方案(2)。對比方案(3)和方案(4)，方案(4)軸振水平相對較小，且綜合考慮軸瓦溫度，方案(4)為四種方案中的最優(yōu)解。

圖3 #2機組閥組開關試驗測試過程

對于四調門機組，傳統(tǒng)順序閥進汽模式多采用上述“2→1→1”的設計原則，在機組軸振過高、影響安全運行時則選擇切換至單閥運行。實際上，在二者之間還有一種效率相對單閥運行方式更優(yōu)的配汽運行方式，即“2→2”的雙對角進汽模式，已有實際機組進行了應用并取得了良好的應用效果。然而，從長期低負荷運行的角度來看，這種配汽方式的節(jié)流損失仍要高于傳統(tǒng)的“2→1→1”配汽模式。因此，為了兼顧機組長期運行的安全性和經(jīng)濟性，設計了2種不同的進汽模式。如圖4所示，方案一為常規(guī)對角進汽模式GV2+GV3→GV1→GV4，通過加大重疊度來維持長期低負荷的安全高效性；在機組出現(xiàn)軸振超限的極端工況時，采用方案二的雙對角進汽模式GV2+GV3→GV1+GV4。并且，參考單閥與

圖4 #2機組兩種順序閥規(guī)律設計方案

圖5 #2機組優(yōu)化后運行狀態(tài)(方案一)

圖6 #2機組優(yōu)化后運行狀態(tài)(方案二)

順序閥之間的切換方式，設計了兩種順序閥規(guī)律之間的切換邏輯。在軸振過大時切換為雙對角模式保障機組安全，有效應對機組由于冬夏季背壓變化，使得汽流激振點出現(xiàn)偏移的問題。

3 實驗結果及分析

為了驗證兩套規(guī)律的有效性，對設計的2種進汽策略分別進行測試，測試結果如圖5和圖6所示。試驗結果可以看出：方案一和方案二都可以有效緩解汽流激振導致的軸振過大的問題，尤其雙對角進汽的效果更好。

另一臺機組的測試結果如圖7和圖8所示，也取得了同樣優(yōu)化效果；尤其是極端工況時，雙對角進汽模式對振動失穩(wěn)有很好的抑制作用。該方法對另一電廠的2臺同類型600 MW機組通流改造后出現(xiàn)的汽流激振問題，也具有良好的治理效果。

圖7 #1機組開關試驗測試過程

圖8 #1機組優(yōu)化后運行狀態(tài)(雙對角進汽)

4 結論及展望

本文針對2臺亞臨界600 MW汽輪機通流改造后在順序閥模式下出現(xiàn)汽流激振并導致軸承振動超標的問題進行試驗研究，提出了一種高調閥組進汽模式切換組合方法，結論如下：

(1)對四組常規(guī)“2→1→1”順序閥方式進行開關測試試驗，得到機組的最佳噴嘴配汽方案；

(2)設計了雙對角“2→2”進汽方案，可以有效緩解機組由于汽流激振引起的軸振過大的問題；可以有效應對機組由于冬夏季背壓變化，使得汽流激振點出現(xiàn)偏移的問題；

(3)參考機組常規(guī)單閥-順序閥切換邏輯，設計了兩種順序閥規(guī)律的DEH改造方案，滿足夏季經(jīng)常切換的需求，兼顧了長期運行的安全性和經(jīng)濟性；

實際多臺機組應用測試效果顯示，該方法對通流改造引起的汽流激振問題具有良好的治理效果，具有一定實際推廣應用價值。