600MW亚临界汽轮机配汽函数的优化实践

朱加胜，张 宝

（1.神华国华浙能宁海发电有限责任公司，浙江 宁海 315612；2.浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

大型汽轮机的调节汽门管理是通过汽门管理逻辑来实现的，在这些逻辑中存在一定数量的函数关系，这些函数一般被称为汽轮机的配汽函数，其主要功能是将蒸汽流量指令依据函数设置要求分配到各个调节汽门。配汽函数理论上应该是机组流量特性的数值表征，一般由汽轮机生产厂家给出，在配汽函数基础上生成的配汽曲线，理论上应该与汽轮机流量特性完全一致。实际上，由于设备安装误差、运行老化等原因，常出现两者偏差较大的情况，造成汽轮机配汽方式切换时负荷波动大[1]、一次调频能力差[2]、机组协调响应能力差[3]等情况，有时甚至会造成电力系统振荡事故[4]。

1 机组简介

某电厂600MW亚临界机组的型号为N600-16.7/538/538。汽轮机控制系统采用南京西门子电站自动化有限公司的软/硬件，和上海汽轮机有限公司的逻辑及画面组态。汽轮机汽门包括左右2只高压主汽门（TV1和TV2），4只高压调门（GV1-GV4），左右2只中压主汽门（RSV1和RSV2）和4只中压调门（IV1-IV4），顺序阀方式下高压调门开启的先后顺序为GV1&GV4-GV2-GV3。

机组具备顺序阀方式与单阀方式的切换功能，运行时通常投入顺序阀方式。但在约400 MW负荷下进行顺序阀与单阀配汽方式切换时，却发现负荷波动高达70 MW，主要参数波动严重。另外，在阀点附近经常出现高压调门开度大幅度晃动、负荷波动的现象，尤其是一次调频信号作用时，波动情况尤为严重，威胁到机组的安全运行。图1所示为该汽轮机在三阀点处负荷、高压调门开度、主汽压力等参数的运行曲线。

图1 主要参数的运行曲线

从图1可以看出，机组在此处的运行状态不稳定，负荷指令与反馈、高压调门开度、主蒸汽压力都出现较大幅度的振荡现象。

图2为该汽轮机的原配汽曲线。从图2可以看出，原配汽曲线在两阀点与三阀点处均存在不平滑部分，GV2在小开度下还存在开度回调情况，这些缺陷的存在均会导致顺序阀方式下汽门出现大幅度晃动现象，需要进行优化。

图2 汽轮机的原配汽曲线

2 配汽函数的构成

汽轮机配汽函数构成关系如图3所示。图中：X288为背压修正函数，X311KB/X351KB/X391KB/X431KB为流量指令偏置因子，X313/X353/X393/X433为顺序阀修正函数，X314/X354/X394/X434为单阀修正函数，X345/X385/X425/X465为汽门流量特性函数。流量指令经过这些环节的转化处理后，最终合理分配到每个汽门。

图3 配汽函数的构成

3 流量特性试验结果

汽轮机流量特性试验分别在顺序阀与单阀方式下进行，主蒸汽流量用标幺值表征，比较基准所要求的机组状态是额定负荷、所有调节阀全开的状态。主蒸汽流量的计算公式如下：

式中：G为主蒸汽流量；pe为调节级压力；Te为调节级温度。下标“0”表示该数值是在基准状态下的相应参数值。

对原配汽曲线下的试验数据进行处理，按式（1）进行主蒸汽流量计算，形成如图4所示的流量指令与实际负荷的对应关系。从图4可以看出，按原配汽函数运行，流量指令与实际负荷存在较大偏差，单阀与顺序阀2种方式下的偏差也较大。根据实际试验结果按式（1）进行修正后，流量指令与实际负荷偏差较小，线性良好。

图4 修正前后的负荷与指令关系

因此需要根据实际流量特性重新计算机组的配汽函数，形成新的配汽曲线。

4 新配汽函数投运情况

根据该机组的流量特性试验结果，对配汽函数逐一进行计算，得出新的配汽函数和配汽曲线（如图5所示）。新配汽曲线已根据试验结果合理设定了阀点处汽门之间的重叠度，并充分考虑一次调频等小扰动情况对正常运行的影响。

图5 新配汽曲线

5 新配汽函数投用情况

图5所示的新配汽曲线投用后，对机组进行了配汽方式切换试验与负荷变动试验。表1为机组在400 MW负荷附近进行配汽方式切换时的过程数据，切换时间为4 min。

表1 配汽方式切换过程数据

从表1可看出，在400 MW负荷点，顺序阀方式切换为单阀方式的最大负荷波动约为7 MW，单阀方式切换为顺序阀方式的最大负荷波动约为11 MW，负荷波动均较小，切换过程中机组稳定性也较好。在其它负荷点的试验结果与此类似。

图6为配汽函数优化前后顺序阀方式下流量指令与机组负荷的对应关系。很显然，优化后机组负荷与流量指令之间的线性关系明显好于优化前。图中流量指令在约72%时出现负荷拐点的原因主要是主蒸汽压力变化引起了负荷变化。

图6 优化前后正常运行曲线对比

机组配汽函数优化后，原顺序阀方式下阀点处汽门晃动现象基本消失，负荷波动情况未再出现，一次调频能力和机组安全性明显提高。

6 结论

大型汽轮机的配汽函数对其控制特性有显著的影响，准确把握其结构，精确确定各组成函数是实现汽轮机精确控制的关键。对该亚临界600MW机组而言，原配汽曲线与汽轮机实际流量特性之间出现了较大的偏差，无疑会恶化机组的控制特性。根据试验结果计算得到新的汽轮机配汽函数，由此形成的新配汽曲线与实际流量特性吻合较好。采用新的配汽曲线后，汽门无晃动，配汽方式切换时机组负荷波动小，流量指令与实际负荷的线性度有所提高，机组更易于控制，说明配汽函数优化起到了显著的作用。

[1]张宝，樊印龙，童小忠.大型汽轮机顺序阀方式投运试验[J].汽轮机技术，2009，51（1）∶48-50.

[2]黄甦，郑航林.一次调频控制策略的优化[J].热力发电，2008，37（9）∶71-74.

[3]李劲柏，刘复顾.汽轮机阀门流量特性函数优化和对机组安全性经济性的影响[J].中国电力，2008，41（12）∶50-53.

[4]文贤馗，邓彤天，于东，等.汽轮机单阀-顺序阀切换造成电力系统振荡分析[J].南方电网技术，2009，3（2）∶56-58.