汽轮机阀门流量特性试验及参数优化

刘金标

[摘要]：汽轮机高压缸进汽调节阀特性直接影响着机组AGC及一次调频性能，DEH系统中需要对高调阀流量非线性特性进行修正，保证综合阀位指令同汽轮机进汽流量之间呈现平滑的、线性的关系。

[关键词]：汽轮机；阀门流量；优化

0引言

汽轮机调节汽门作为DEH系统的主要执行机构，其流量特性偏差过大会导致节流损失加大、一次调频的响应负荷不足或者过大、AGC响应变慢、阀门切换负荷波动等，最终影响机组的安全稳定运行。经过阀门流量特性试验及曲线校正后，机组一次调频及AGC响应均有所改善，可以达到运行要求。

1.流量特性试验

1.1试验条件确认

机组需要退出AGC、退出一次调频、退出协调控制状态。协调控制汽轮机侧必须退出自动。锅炉侧最好退出自动，试验过程中保持总燃料量不变。特殊情况下锅炉侧可以投入自动，优先选择投入炉调功方式自动。

需要DEH侧将汽轮机2个主汽阀、4个高调阀全部切为手动状态。试验过程中主汽阀保持全开；高调阀2个保持全开，1个保持全关，另外一个开度由0%开大至100%或者由100%关小至0%；在阀门切换过程中做一次4阀全开工况试验。

锅炉侧、汽轮机侧主要控制系统能够投入自动。试验过程中需要保持主要参数维持不变。特别是：过热蒸汽温度、再热蒸汽温度（再热蒸汽温度最好不依赖减温水调节）、各高加出口温度、机组背压。锅炉侧保持主蒸汽流量不变。

1.2试验工况点确认

需要确认机组负荷-压力工况点。试验时发电负荷基本不变，机前压力将随高调门开度变化而变化。确定发电负荷工况点时要求：

（1）发电负荷一般在额定发电负荷的65%~85%之间。

（2）高调阀2个全开，2个全关时，机前压力达到试验过程中的最大值，机前压力应低于额定压力，建议低于额定压力0.5～1.5MPa左右。

（3）高调阀4个全开时，机前压力达到试验过程中的最小值，但应高于机组最低定压运行值。

1.3阀门最大、最小开度指令确认

由于阀门可能存在卡涩的情况。阀门全开状态指令应该在100%附近，但可能高于100%，也可能低于100%。同理，阀门全关状态指令应该在0%附近，但可能高于0%，也可能低于0%。

最大开度确认：运行或热工人员应根据阀门实际情况，在开阀门过程中，接近阀门全开点时，以0.5%或更小的间隔增加阀门开度指令，观察阀门开度反馈，当阀门开度反馈变化幅度明显不跟随阀门开度指令时，确认为阀门最大开度点。例如：估计2号阀的最大开度点为99%，阀门开度指令达到97%时，施加指令和位反情况见下表，则确认第5点阀门达到最大开度。最大开度指令取99.2%。

最小开度确认：运行或热工人员应根据阀门实际情况，在关阀门过程中，接近阀门全关点时，以0.2%或更小的间隔减小阀门开度指令，观察阀门开度反馈，当阀门开度反馈变化幅度明显不跟随阀门开度指令时，确认为阀门最小开度点。

1.5试验过程

完成确认和准备工作后，开始试验。

（1）退出AGC和一次调频。

（2）通过修改机组发电负荷定值，将发电负荷控制在试验负荷点。修改压力定值，恰好使高调阀处于3个全开1个全关的位置。等待机组发电负荷和机前压力稳定。

（3）退出协调控制方式。保持锅炉侧总燃料量不变，尽量保持主蒸汽流量、过热汽温、再热汽温稳定。

（4）DEH侧主汽阀、高调阀均切为手动控制。手动将主汽阀指令增加到最大，手动将高调阀3个全开，1个全关。全开应达到阀门的最大开度，全关应达到阀门的最小开度。

（5）对试验阀门进行操作。在最大开度基础上，迭加以下开度间隔，逐渐减小试验阀门的开度。待机前压力、一级温度稳定后，记录试验数据。直至达到最小开度。一般情况下，2分钟可完成一个点的记录。

（6）对试验阀门进行操作。在最小开度基础上，迭加上述开度间隔，逐渐增加试验阀门的开度。待机前压力、一级温度稳定后，记录试验数据。直至达到最大开度。

（7）针对不同的试验阀门，参考阀门动作顺序，完成所有阀门试验。

（8）确认系统正常后，投入协调控制方式。

（9）投入AGC和一次调频。

2.调节阀流量特性校正

下面以某600MW机组的阀门流量特性试验数据处理为例进行详细介绍。该机组正常运行时利用四个高调门GV1、GV2、GV3、GV4进行主蒸汽流量的控制。顺序阀方式下，高压调门开启顺序为GV1和GV2同时开启，接着开启GV3，最后开启GV4。额定机侧主蒸汽压力为24.20MPa，额定调节级压力18.69MPa。

2.1单阀试验数据处理及参数校正

2.1.1等效实际流量计算

1）单阀方式下的部分试验数据，试验数据导入到电子表格后，调节级压力存放在C列，主蒸汽压力2选后的测点存放在D列。

2）将Q作为Y项数据，测点时间序列“1，2，3...，2827，2828”作为X项数据，绘制“X，Y散点图”，得到等效流量Q的变化趋势。观察Q有无异常“毛刺”，需将“毛刺”数据剔除掉。本次试验数据计算所得Q变化趋势平滑，无异常值。

3）再将等效实际流量Q标幺化到0~100%，获得Q1存放在M列。

2.1.2流量指令-实际等效流量关系曲线绘制

将Q1作为Y项数据，流量需求指令作为X项数据绘制“X，Y散点图”，同时绘制理想状态下流量指令与阀门流量关系曲线。原单阀方式下流量指令与实际等效流量之间偏差较大，最大的偏差值为10.17%。

2.1.3理想阀门流量升程函数计算

流量指令需要经过两个折线函数组合运算后才得到最终的阀位指令。计算处理时我们将单阀背压修正函数F1(x)保持不变，只修改阀门流量生成函数F2(x)。备注：存放位置与后续计算公式中的引用位置相对应。

将Q2作为X项数据，GV阀位指令作为Y项数据绘制“X，Y散点图”形成实际单阀流量升程特性，构造新的单阀流量升程函数F2(x),使得F2(x)与实际单阀流量升程特性相符。

2.2顺阀试验数据处理及参数校正

阀门指令由多阀流量系数、重叠度函数与阀门流量升程函数组合而成，其中多阀流量系数函数和重叠度函数为1:1的线性函数。在此方式下，汽轮机每个高压调节阀仅仅使用了一个阀门流量特性函数。

顺阀试验数据处理时等效流量的计算、流量指令与等效实际流量关系曲线绘制方法与单阀试验数据处理完全一致。理想阀门流量升程函数计算。参考单阀试验数据处理，将折算后的等效流量Q1经过F1(x)运算后得到Q2，再将Q2经过F2(x)运算后得到Q3。再用Q3作为X项数据，分别用GV1~GV4阀位指令作为Y项数据绘制“X，Y散点图”形成实际单阀流量升程特性曲线。

3结论

该机组经过阀门流量特性试验及DEH组态参数修改，运行后效果明显。校正后，机组的协调控制效果及稳定性得到提高，AGC响应时间小于1min，符合电网快速响应的要求。从以上数据可以看出，此次试验达到曲线校正的目的，同时也说明了此校正方法的有效性，对同类型机组阀门流量曲线校正具有参考价值。