300MW机组阀切换过程中负荷波动分析与解决

戴兴干 陈华桂

摘 要：汽轮机阀门流量管理函数与实际流量特性不符，直接造成机组在阀切换过程中负荷波动大，对电力系统安全构成威胁。文章通过阀门流量特性试验解决某电厂300MW机组在阀切换过程中负荷波动大现象，将负荷波动控制在合理范围内，在同类型机组中具有较高的推广价值。

关键词：汽轮机；负荷波动；流量特性

中图分类号：TM621.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）34-0126-03

Abstract： The flow management function of steam turbine valve does not accord with the actual flow characteristics， which directly causes the load fluctuation in the process of valve switching and poses a threat to the security of power system. This paper deals with the problem of large load fluctuation in the process of valve switching of 300MW unit in a power plant by means of valve flow characteristic test， and controls the load fluctuation within a reasonable range， which is of high popularizing value in the same type of unit.

Keywords： steam turbine； load fluctuation； flow characteristics

1 概述

某电厂2号机组汽轮机为上海汽轮机厂生产的亚临界、单轴、一次中间再热、双缸双排汽、凝汽式汽轮机，型号为C320-16.7/0.85/538/538。汽轮机汽门包括左右两只高压主汽门，六只高压调门。DEH采用了上海新华控制过程有限公司的OC6000e控制系统，设计有单阀与顺序阀两种配汽方式。电厂DEH系统中使用的阀门流量管理函数为投产时设置的函数，机组运行多年，大修数次，实际流量与指令流量产生偏差，影响机组的AGC响应能力和一次调频能力，其中最突出的问题是阀切换过程中出现负荷波动大等现象，对电力系统安全构成威胁，因此需要对机组的流量管理函数进行修正。本文通过阀门流量特性的深层研究，对阀门流量管理函数进行优化，将负荷波动控制在合理的波动范围内，对同类型机组解决此类问题具有借鉴和推广价值。

2 负荷波动现象

电厂2号机组在大修后运行期间进行了阀切换试验，阀切换前一次调频、AGC退出，调节级压力回路、功率回路退出，CCS控制投入，切换时间设置为120秒。

在负荷270.85MW，主蒸汽压力15.85Mpa等主要参数下完成顺序阀向单阀切换试验。图1所示，负荷从270.85MW快速上升至273.66MW，随后降低到259.24MW，负荷最后稳定在260.68MW，切换过程中机组负荷波动最大值为14.42MW，起止负荷变动为10.17MW。

在机组负荷261.60MW，主蒸汽压力15.92Mpa等参数下完成单阀向顺序阀切换试验。图2所示，负荷从261.60MW缓慢降至258.00MW，随后负荷快速上升到274.05MW，最后负荷为272.16 MW。切换过程中负荷波动最大值为16.05 MW，起止负荷变化为10.56 MW。

3 负荷波动原理

单阀控制和顺序阀控制是汽轮机阀门管理的两种方式。单阀运行是所有高压调门处于同一阀位，同时开大或关小，当高压调门处于部分开启状态，节流损失大，机组经济性差；顺序阀运行时阀门会随着负荷的变动逐一开启或关闭，任一负荷下最多只有一个阀门处于半开状态，节流损失小，机组经济性高。因此在机组正常运行期间，一般从单阀切换到顺序阀方式下运行[1]。在阀切换过程中，要保证机组负荷稳定，不发生大的负荷波动，则要求阀切换过程中流量不发生大的变化，也就是部分阀门开大所增加的流量与部分阀门关小所减少的流量相等。电厂2号机组实际流量特性发生变化，导致在阀切换过程中，机组负荷发生大的波动。切换过程中流量指令与实际流量不线性，通过阀门流量特性试验对原有流量管理函数进行修正是最有效的解决办法。

4 閥门流量特性试验

4.1 流量特性试验过程

（1）试验以阀位为基准，试验前一次调频，机组AGC退出。

（2）降低主蒸汽压力，使各高压调门达到全开状态，负荷带到额定负荷，此后机组维持主蒸汽压力，蒸汽工况调整由锅炉控制系统完成，实际负荷随当时参数变化。

（3）将所有高压调门切成手动模式，由运行人员缓慢关小所试阀门，直至该阀门全关后再进行下一个阀门试验。开度在100%到50%期间，减小幅度每次不超过10%，开度在50%到0%期间，减小幅度每次不超过5%进行。

（4）试验依次完成GV6阀、GV3阀、GV5阀、GV4阀流量特性试验。

（5）试验数据全部采用电厂DCS系统和DEH系统测量，试验期间主要采集的数据包括流量指令、阀位指令、阀位反馈、机组负荷、主汽压力、主汽流量、调节级压力等[2]。

4.2 流量特性计算方法

在流量特性试验中，由于DEH系统不能直接测出阀门流量，本文在计算时采用基于弗留格尔公式演变的流量公式进行计算[3]。

式中：x为等效实际流量，与DEH负荷量程相对应；Pim为调节级压力试验值；Pimr为调节级压力额定值，取所有阀位全开时的实际值；Pt主汽压力试验值；Ptr为主汽压力额定值，取所有阀位全开时的实际值。

4.3 流量特性试验分析

通过试验整理出GV3、GV4、GV5、GV6阀的开度与流量百分比特性关系曲线，拟合出优化后的阀门流量特性与原阀门流量特性进行对比，偏差细微，对负荷所引起的波动基本无影响。

试验中取消阀门重叠度，即上一个阀门全关后再进行下一个阀门调整试验，这样通过试验可以计算出各阀门所占流量指令百分比，也就是流量指令在各个阀门上的分配。如图3所示，通过试验所得到的阀门分配流量指令与原流量分配指令进行对比，偏差较大。对于接收相同流量指令，原流量管理函数下调节阀阀位开度较大。流量指令与阀门实际流量不匹配，这样在阀切换时，负荷就会出现大的波动现象，这是引起负荷波动的主要原因[4]。

在单个阀门开启过程中，通过阀门的流量会随阀门开度的增大逐渐减缓，因此在顺序阀运行方式下，阀门开启过程中需设置一定的重叠度，来补偿前一个阀门的非线性特性。重叠度过小，会使调速汽阀油动机行程过大，汽轮机速度变动率则过大，甩负荷过程中会引起静态超速。而重叠度过大，调节系统速度变动率小，则会造成系统的不稳定。另外重叠度过大则形成相邻的两个调阀同时以节流的方式向汽轮机供汽，经济性也会变差[5]。根据试验数据，画出实际流量与指令流量关系图，如图4，找出合理的重叠度，即实际流量与指令流量接近线性关系。优化后的重叠度为6%，而原有阀门管理函数下的重叠度为2.5%，原重叠度过小，在阀切换时，也会造成负荷波动现象。阀门的开度在0%～11%之间，无进汽流量，调门存在晃动现象，将阀门开启指令适当提前，消除此区间阀门晃动现象。

5 阀门流量特性验证

5.1 优化后投运方式验证

（1）机组 AGC、一次调频退出，协调投入，汽轮机单阀方式运行，机组滑压控制回路投入，其他主要自动回路投入。

（2）降低主蒸汽压力，在额定负荷下，使各高压调节汽阀达到全开状态。

（3）将新的逻辑写入DEH组态中，并检查确认正确无误。

（4）恢复机组的主蒸汽压力到正常值。

（5）在单阀方式下，按正常速度降负荷到180MW，检查机组各主要参数是否正常；确认机组运行正常后，按正常速度升负荷到320MW，检查机组各主要参数是否正常。

（6）降负荷到270MW，确认机组各主要参数正常后，将汽轮机切换到顺序阀方式运行，注意观察并记录切换前后各主要参数的变化。

（7）在顺序阀方式下，按正常速度降负荷到180MW，检查机组各主要参数是否正常；确认机组运行正常后，按正常速度升负荷到320MW，检查机组各主要参数是否正常。

5.2 阀切换试验验证

在机组负荷为273.91MW，主蒸汽压力为16.00Mpa等主要参数下进行顺序阀向单阀切换试验。图5所示，在改后阀门管理程序控制下，顺序阀向单阀切换过程中，机组负荷从273.91MW上升到276.66MW，随后负荷降至267.24MW，负荷最后为272.36MW，切换过程中负荷波动最大值为9.42MW，起始负荷变动为1.55MW。

在机组负荷为270.64MW，主蒸汽压力为15.88Mpa等主要参数下进行单阀向顺序阀切换试验。如图6所示，单阀向顺序阀切换过程中，机组负荷从271.14MW降至266.47MW，随后负荷上升到276.09MW，负荷最后为273.99MW，切换过程中负荷波动最大值为9.44MW，起始负荷变动为2.85MW。

两次阀切换过程中负荷波动较小，较之前改善明显，负荷波动控制在合理的波动范围内，证明优化后的流量特性函数符合实际阀门流量特性。

6 结束语

本文通过阀门流量特性试验给出優化后的阀门流量特性和合适的重叠度，有效解决电厂在阀切换过程中造成负荷波动大的问题。经阀切换验证，负荷波动控制在合理的波动范围内。优化后的阀门流量特性曲线获得很好的连续性和线性度，提高了机组在运行过程中负荷控制的精准度，满足机组一次调频及安全运行的要求，在同类型机组中具有较高的推广价值。

参考文献：

[1]曹振新.汽轮机组阀切换负荷波动的分析[J].天津电力技术，2009（1）：38-40.

[2]赵征，刘子瑞，杨彦波，等.汽轮机阀门流量特性曲线分析及优化[J].仪器仪表用户，2015（5）：27-30.

[3]徐誉玮，雷增强，彭佩.汽轮机数字电液控制阀门流量特性试验及优化[J].广东电力，2015，28（3）：12-15.

[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震荡分析[J].2009，3（2）：56-58.

[5]王晓峰，高春升.600MW汽轮机的阀门管理与调节级特性[J].汽轮机技术，2003，45（2）：122-123.