广州恒运企业集团电力工程公司 李晓力

我们一般把经过阀门的蒸汽流量，与阀门的相对开度（相对位移）之间的对应关系称为汽轮机调节阀的工作流量特性。当机组需要调整负荷及响应一次调频时，就要求DEH阀门能够动作迅速准确，经过恰当的流量，而如果阀门实际流量特性与汽轮机阀门理想的流量特性函数相差较大时，阀门开度偏大或偏小，就可能出现流量调节滞后或者负荷波动的问题，造成机组响应滞后，影响机组的可靠性和负荷调节能力。当机组多阀方式运行时，调节阀的流量特性还包括了阀门重叠度设置，设置的合理与否，影响着多阀投入后机组运行的经济性[1]。

高压调门流量特性优化是汽轮机性能提升和节能降耗的重要措施之一，通过优化高压调门流量特性曲线可以提高汽轮机阀门的调节精度，改善机组的负荷控制，降低机组煤耗等。广州恒运电厂的#8亚临界发电机组主要通过DEH系统的调门控制机组负荷，因此高压调门流量函数特性曲线对汽机控制非常重要。其供热改造后一直存在着高压调节阀门节流损失大、负荷调节波动大等问题，通过对DEH系统高压调门的流量特性试验及相关参数分析和计算，修改了高压调门流量特性曲线，解决了机组运行中负荷波动和阀门摆动大等问题，并且优化了调门的重叠度，降低了多阀方式下调门的节流损失，有效地解决了存在的问题，取得了良好的经济效果，从而适应了电力市场现货交易的需要，提高了机组的盈利能力。

1 机组流量特性曲线优化前存在的问题

广州恒运电厂的#8机组是东方汽轮机厂生产的亚临界一次中间再热、高中压合缸凝汽式汽轮燃煤发电供热机组，为单元制热力系统，机组采用高压抗燃油控制系统。DEH系统为GE新华公司的产品，与分散控制系统（DCS）实现软硬件一体化，组态软件为XDPS400+，系统配了七块VPC阀门控制卡，分别控制一个主汽门、四个高压调门和两个中调门。

机组在运行过程中，机组DEH控制系统接受负荷增减指令，采集转速、功率、调节级压力以及阀门的LVDT反馈等信号，然后经过阀门管理程序的分析和计算，将阀门流量控制信号分别输出到各个电液伺服阀，控制油动机调整高中压调门的开度，从而控制机组的运行。单阀方式下，汽轮机四个高压调门保持同样开度，蒸汽全周进入汽轮机调节级动叶，使得汽轮机本体均匀受热、受力，一般在启停工况、异常工况等状态使用。为了保证运行安全，机组一般带到一定负荷后才可切换至多阀方式，四个调门根据一定顺序开启，允许阀门之间存在合适的重叠度，从而减少开度过低造成的调门节流损失，提高机组的经济效益。

#8机组自供热改造以来，多阀方式下经常存在有调门摆动大、单多阀切换期间负荷波动大等问题，也曾出现了多次调门卡涩或突然关闭的情况，导致机组长期单阀运行，影响着机组的安全经济运行。在2020年机组大修期间更换了高调门的LVDT反馈装置，增加并校准了调节级压力变送器，将高压调门伺服阀前后的差压信号接入DCS系统，同时在机组启动前将阀门的零位和满位整定正确，确保反馈能正常跟踪指令，试验过程中充分地收集高压调门流量特性曲线试验所需要的运行参数，使我们能够在DEH系统上对试验数据进行整合分析，最终优化高压调门的流量特性曲线。

2 流量特性曲线优化的试验过程

结合负荷调度曲线制定试验计划，按以下顺序进行汽机高压调门流量特性优化整定试验：机组启动并带负荷—机组低负荷运行，退出供热—机组单阀方式下的升负荷试验—调门全开时切换单多阀—机组多阀方式下的降负荷试验—恢复DEH系统控制，投入AGC一次调频，试验完成[2]。机组试验时，确保就地阀门动作正常无卡涩，位移传感器反馈杆已紧固，在DCS上设置记录曲线，包括机组负荷指令、流量给定值REFDMD、高调门阀位反馈、阀门指令、主蒸汽压力和温度、调节级压力、机组转速、实发功率、TSI参数、DEH异常报警等内容。通过测试收集DEH各种工况下高压调节门升程（阀位开度）与流量（调节级压力）的流量特性，优化阀门管理程序，分析和修改阀门工作曲线，最终改善DEH的调节品质。试验过程应严密监视轴振、胀差、轴位移和负荷等变化，如出现过大变化时应立即退出试验。

测取步骤一般是先单阀方式、后多阀方式，试验过程应包括各个高调阀依次动作的交界点（重叠度）。单阀方式试验，通知运行人员在DEH系统将负荷指令从低负荷开始逐渐加至额定负荷。进行单阀切换到多阀试验时，为防止在各种负荷工况下进行单多阀切换时可能出现的调门开关引起的负荷波动，试验选择在满负荷的情况下进行，无论是单阀还是多阀控制器给阀门指令都将会是100%，额定蒸汽流量进入汽轮机，此时单切换多阀时阀门管理程序就会继续保持阀门全开，切换过程中机组负荷也能够保持基本稳定、且调门不会来回波动。切换完毕后机组进入多阀方式下试验，汽轮机工作负荷从满负荷降至试验最低负荷，观察并记录阀门的动作情况，调整负荷时应每隔5MW停留1～2分钟，待蒸汽参数稳定后再进行负荷变化[2]。

2.1 单阀方式下的流量特性试验

机组启动并网，把主汽温逐渐提高到530℃左右并保持相对稳定；把主汽压力控制在合适值（即机组阀门流量指令值为100%时满负荷的主汽压力），变化不大于±0.3MPa；使机组暖机充分，温度偏差正常后DEH系统进入开环控制，由运行人员进行负荷增减。试验时，将机组负荷的升速率控制在3MW/min以内，负荷每升高6MW停留2分钟，以稳定主汽压力和温度，然后慢慢将负荷指令升到100%，四个高压调节阀全开，此时机组满负荷运行。单阀方式下的升程试验由于涉及机组负荷的较大变化，因此应该在机组充分暖机后进行，并且对机械阀位加强现场监视，防止阀杆卡涩或脱落影响流量控制。在试验过程中需要在DCS上采集机组转速、主汽压力、发电机功率、调节级压力、阀门开度指令、高压调门阀位和负荷指令等参数。

2.2 切换至多阀方式下的流量特性试验

DEH的控制系统通常根据运行人员或AGC的负荷指令，结合当时汽轮机转速、实发功率、调节级压力等参数，得出与相对应的流量计算值，经过阀位限制器和压力控制器，通过阀门管理程序得到与流量相对应的阀门开度指令，控制进入汽轮机蒸汽流量，因此达到机组目标负荷值[3]。单阀方式运行时，汽缸均匀进气，DEH控制器将总的流量指令信号平均分配到各个高压调节门上，各个调门同时开启或者关闭，好像一个阀门一样。

而多阀方式控制时，控制器按设定的流量特性曲线将指令依次加到高调阀1～高调4上，每个调门流量控制指令叠加了不同的偏置信号（偏置解除，即为单阀），各调门则按顺序开大或关小。机组为满负荷后，汽轮机切换到多阀方式下运行，继续维持机组的运行参数稳定，保持阀门流量总指令值为100%。

进入DEH组态，在阀门管理程序中取消原多阀方式下的各个调门流量曲线的重叠度设置（阀门总流量指令等于100%才能修改)，并进行多次试验，当出现前一个阀门开至调节级压力/主汽压力的比值为0.85～0.90，紧后一个阀开始开启时，此时可设置重叠度。然后继续以3MW/min的速度(防止机组负荷变化过快)减少阀门流量总指令,每减少6MW，稳定3分钟以保持主汽压的稳定，直到机组到达试验负荷低限，多阀方式下的机组降程试验完成。整个过程需要记录机组调节级压力、主汽压力、调节级后温度、发电机功率、阀门开度指令、高压调门阀位和负荷指令等参数，并严密监测汽轮机在切换过程中的振动特性变化[3]。

3 流量特性曲线优化

根据上述试验得到的记录数据，计算得出了单阀方式和多阀方式的高压调门流量特性修正曲线，并进行了修改和优化。为了保证特性曲线比较平滑、减少阀门节流损失，将阀门重叠度也进行了优化。阀门特性曲线修改优化完毕后，通过机组在不同负荷下进行单阀/多阀切换试验来检验修改后的阀门流量特性曲线能否达到要求。

由于汽轮机并无直接的蒸汽流量测量信号送至DEH系统，通过调节级压力与额定压力比的公式来得到汽轮机的实时经过阀门的蒸汽流量，公式为Q=P1/P0×P'2/Pt。式中，Q为蒸汽流量，P1为试验过程中的调节级压力；P0为额定负荷下的调节级压力；为额定负荷下的高压主汽门前主蒸汽压力值；Pt为试验过程中的压力试验值，将试验过程中得到的各个实时数据代入公式可以得到间接的蒸汽流量值[4]。

根据阀位和对应的蒸汽流量值，经过分析及计算，保留了原有5%以下的预启开度，得出了单阀控制方式下新的阀位与实际流量之间的对应关系，其流量指令/阀位分别为：0.0/0.01、0.75/5、16.5/11.58、63.2/36.4、68.8/39.1、78/43.1、82.1/45.7、86.4/51.1、93.1/58.8、98.8/73.8、100/100。绘制了阀门新的特性曲线与旧的特性曲线的对比图，如图1所示。阀门新流量特性曲线图和旧特性曲线在指令60%以下基本相同，但在后半部分新的特性曲线更加平滑，基本上接近阀门固有的流量特性。

图1 单阀控制方式下阀门流量特性曲线新旧对比图

多阀方式的试验，将汽机的4个高调门以不同负荷的各自阀位和对应的流量指令进行分析计算，得到了新的阀门流量特性函数，如表1所示，绘制出了新阀门特性曲线图与旧阀门特性曲线图的对比图，如图2所示。

图2 多阀控制方式下阀门流量特性曲线新旧对比图

表1 多阀方式下阀门流量特性函数

从图2曲线可看出，多阀方式下的新旧阀门流量曲线在指令70%以后存在有较大差别，在流量指令相同的情况下，修改后的高调1～高调3的开度比原来增大了5%左右，指令覆盖点比原来增多，新的曲线也比原来光滑；修改后的GV4流量指令在80～90%方打开预启段，减少了节流损失，提高了机组经济效益。

通过试验得出的汽轮机高调门的工作流量特性与理想流量特性基本一致，在相同的负荷指令下流量控制偏差很小。流量特性调整后的单多阀切换，投入功率回路后负荷波动小于3MW，压力及阀位变化平稳，汽机本体参数运行正常，阀门流量特性优化试验达到了目的。

综上，我厂汽轮机阀门流量特性曲线通过优化后，实际负荷和流量指令的变化值基本同步，提高了系统调节品质、减少了阀门摆动，机组负荷的稳定也使锅炉燃烧更稳定，满足了机组长期安全稳定运行的需要。同时，通过修改多阀方式下的阀门重叠度，单、多阀实现顺利切换，减少了调门节流损失、降低了发电煤耗，取得了理想的经济效果。