武文华/内蒙古电力科学研究院

150MW循环流化床机组汽轮机高调门流量特性优化研究

武文华/内蒙古电力科学研究院

为准确掌握某火电厂2号机组汽轮机高调门流量特性，通过试验测试得真实的流量特性曲线，对高调门流量特项进行了优化，最后检验顺序阀时阀门的重叠度以及顺序阀时高调门的流量特性曲线是否满足要求，确保汽机安全、稳定、经济运行，提高机组的控制水平。

汽轮机；阀门流量特性；优化

引言

目前，绝大部分大型发电机组调节系统都采用数字式电液调节系统（简称DEH系统），DEH系统具备转速自动控制、负荷自动调节、汽轮机自动保护、运行参数监视、汽轮机阀门管理等多种功能【1】。其中DEH对汽轮机阀门的控制是一项重要功能。汽轮机阀门流量特性曲线，理论上是其流量特性的数值表征，当DEH设定的阀门流量特性曲线与实际流量特性相一致时，汽轮机会表现出良好的控制性能【2】。为准确掌握某火电厂2号机组汽轮机高调门流量特性，通过试验测试得真实的流量特性曲线，对高调门流量特项进行了优化，最后检验顺序阀时阀门的重叠度以及顺序阀时高调门的流量特性曲线是否满足要求，确保汽机安全、稳定、经济运行，提高机组的控制水平。

一、设备概况

某火电厂2号机组锅炉采用无锡华光锅炉有限责任公司制造的超高压、单炉膛、平衡通风、一次中间再热、自然循环、流化床锅炉。汽机采用武汉汽轮机厂生产的单轴、双缸、双排汽、中间再热、抽汽凝汽式汽轮机，型号为C125/N150-13.24/0.245/535/535。发电机为空冷、交流无刷QF-155-2型发电机。数字电液调节控制系统采用上海新华控制公司XDC800分散控制系统。

2号汽轮机在协调控制方式和投入一次调频功能情况下，存在负荷调节指令与实际功率变化量不成比例，汽轮机高压节阀门开度与调节功率不成比例，汽轮机单、顺阀切换过称对负荷扰动大,高负荷运行调门摆动【3】等问题。分析问题根本原因，在于DEH阀门流量特性曲线与和汽轮机实际阀门流量特性偏差较大,需要通过试验对DEH控制逻辑的高调门流量曲线进行优化，提高DEH控制的精确性。

二、原高调门流量特性曲线

由于本机组采用了新华的DCS控制系统，组态中机组单阀与顺序阀的流量特性曲线实现方式与其它机组不同，尤其是在顺序阀控制方式，是由多个函数实现带有重叠度的顺序阀的流量特性曲线的。

在单阀方式下，流量指令经过单阀流量曲线形成阀位开度指令【4】。电调控制系统中单阀方式下原有的GV1～GV4的流量曲线函数见表1，单阀方式下用于流量跟踪计算的最佳阀位系数为1。

表1 单阀方式下原有的GV1～GV4的流量曲线函数

在顺序阀方式下，流量指令先经KX+B计算，再经单阀流量曲线得到阀门的开度【4】。电调控制系统中顺序阀方式下的流量特性曲线。GV1/2的KX+B为：FDEMCOR★2。GV3的KX+B为：FDEMCOR★4-200。GV4的KX+B为：FDEMCOR★4-300。本机组顺序阀方式下的流量特性曲线是通过多个函数叠加而成。

三、优化阀门流量曲线

首先要对各阀门流量特性进行测试。在测试过程中会使用阀门松动试验的功能，DEH控制常数松动试验范围由15改为100，GV阀门试验速率由0.2改为0.01。在试验中需要使用DEH中已准备好的功能将顺序阀方式下的重叠度取消。

在机组静态时，将调门活动试验的目标值由15％改为100％，将所有高调门全部开满，分别进行GV1～4的调门活动试验；记录调门指令与反馈的关系。机组起动后，机组在设计的正常工况下稳定运行，负荷能从额定负荷（汽机高调门全开时）至50％左右的额定负荷范围之间变化。

通过相关的热力试验测取热力参数，通过计算得出单阀方式和顺阀方式下的实际的流量特性曲线。在低压力下采用单阀控制方式将所有调门全部开满，采用强制或其他手段缓慢逐个关闭/打开调门，记录每个调门的开度、主汽压力、调节级压力、实际功率等信号。通过计算得出每一个调门在单阀控制方式下的流量特性曲线。在低压力下采用顺序阀控制方式将所有调门全部开满，采用强制或其他手段，取消重叠度按照顺序阀相反的顺序缓慢逐个关闭调门，记录每个调门的开度、主汽压力、调节级压力、实际功率等信号。通过计算得出顺序阀控制方式下的流量特性曲线。分析原高调门流量特性曲线是否满足电调控制系统中流量指令与实际流量呈线性关系，并按照实际流量特性进行优化。

通过试验得到的单阀方式下GV1—GV4的流量特性曲线函数，见表2

表2 GV1-GV4单阀的流量曲线函数

顺序阀方式下的KX+B及对应函数GV1/2的KX+B为：FDEMCOR★1.35729，GV3的KX+B为：FDEMCOR★2.714588-200， GV4的KX+B为：FDEMCOR★2.714588-300。对应的重叠度确定函数见表3

表3 GV1/2、GV3、GV4 重叠度确定函数

经过优化最终选用的单阀方式下的流量特性曲线函数见表4

表4 经过优化的单阀的流量特性曲线函数

修改DEH逻辑中相应函数。用最终选用的单阀函数替换逻辑图53页39、40、41、42块的函数。用最终选用的单阀函数替换逻辑图45页9、10、11、12块的函数，用最终选用的单阀函数的反函数替换逻辑图45页82、83、84、85块的函数，用被压修正函数的反函数替换逻辑图45页28块的函数，用直线函数替换逻辑图45页109块的函数。将逻辑图4页81号块的最佳阀位系数改为0.6787。在机组单阀运行方式下，将逻辑图53页2、3号的KX+B改为FDEMCOR★1.35729；4号的KX+B改为FDEMCOR★2.714588-200；5号的KX+B改为FDEMCOR★2.714588-300；用GV1/2的重叠度函数替换19、20号块的函数；用GV3的重叠度函数替换21号块的函数；用GV4的重叠度函数替换22号块的函数。

四、结论

在低压力下采用顺序阀控制方式将所有调门全部开满，缓慢将调门流量指令由100％降到70％左右，过程中维持主汽压力不变，记录每个调门的开度、主汽压力、调节级压力、实际功率等信号。测得的流量特性曲线与实际的流量特性曲线相符，负荷变化近似线性，提高了机组自动化控制精度。实际流量与流量指令的关系见图1

图1 新曲线下实际流量与流量指令的关系

为了使使机组达到最佳状态，建议电厂2机组运行时要经常投入功率控制，新旧流量特性曲线下的PID参数会稍有不同，建议相关参数根据新曲线进行调整。

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[1] 肖增弘，徐丰.汽轮机数字式电液调节系统[M].北京：中国电力出版社，2003∶23.

[2] 王爽心，葛晓霞.汽轮机数字电液控制系统[M]．北京：中国电力出版社，2004．

[3] 李晓波，江建勋.火电机组数字式电液调节系统调试问题分析及处理[J].内蒙古电力技术，2010,28（S2）：53-55.

[4] 李前敏，柏毅辉.汽轮机阀门流量特性优化分析[J].电力科学与工程,2012,28（09）∶47-52.