300MW汽轮机的顺序阀控制故障及分析

卫文娟

摘 要：电厂在进行汽轮机投入顺序阀的过程中，能够正常运行的机组非常少，尤其是国产的300MW汽轮机机组。基于此，笔者从300MW汽轮机的顺序阀控制故障入手，分析了300MW汽轮机的顺序阀控制故障出现的原因，并给出了相应的解决措施，技术人员需要在汽轮机机组内投入协调控制系统，进行阀门重叠度的修改，并尽量明确单个阀门的流量特性曲线，这样才能从根本上实现顺序阀的有效控制，避免投顺序阀出现摆动现象，保障汽轮机的稳定可靠运行。

关键词：300MW汽轮机；顺序阀；伺服板

中图分类号：TK247 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）11-0175-01

汽轮机有单阀模式和顺序阀模式等配汽模式。其中，单阀模式的调节级为360°，所有调门都节流，会造成较大的损失，大部分电厂在汽轮机的冲转时期应用单阀模式；顺序阀模式能够按照顺序开启调门，汽轮机的进汽不均匀，但是节流损失相对较小，能够提高汽轮机的经济性。但是在实际的应用过程中，顺序阀控制会出现摆动现象，影响其正常应用。

1 300MW汽轮机的顺序阀控制故障概述

汽轮机的数字电液控制系统中进行单阀与顺序阀切换的目的在于提高汽轮机机组的工作效率与经济性，主要通过单阀控制的节流配汽与顺序阀控制的喷嘴配汽之间的无扰切换来实现。当汽轮机机组进行单阀控制的时候，汽轮机的总流量会平均分配到高压调节门上；当汽轮机机组进行顺序阀控制的时候，汽轮机内进入的蒸汽流量是所有阀门的总和，会按照顺序依次进入到高压调门上。其中，相邻的两个阀门在开启的过程中，会存在一定的重叠度，也就是说，在上一个阀门没有完全关闭的时候，下一个阀门就要提前开启，下一个阀门提前开启的量就被称作重叠度。阀门开度和流量之间的函数关系由阀门流量特性曲线来表示。

本文将某电厂运行的汽轮机作为研究对象，该汽轮机是东方汽轮机有限公司制造，属于亚临界汽轮机，配备有三套自动控制系统，分别是数字式电液控制系统（DEH）、危急跳闸装置（ETS）以及汽轮机监视仪表（TSI）。数字式电液控制系统主要由电子控制装置、打印机、操作显示装置以及高压抗燃油系统所组成，该系统会根据自动启动装置或者司机的操作命令进行汽轮机多个阀门的控制，使汽轮机的机组进行转速、负荷、主汽压力的控制，以此实现汽轮机机组运行过程中的多种要求。该电厂在汽轮机投产发电的初期，进行投单阀运行，稳定运行一年之后，开始投顺序阀运行，但是该电厂在汽轮机机组负荷为200MW左右的时候，投入顺序阀的时候，1号瓦轴振随着機组负荷的减小而增加，调节阀出现大幅度的摆动。

2 300MW汽轮机的顺序阀控制故障分析

2.1 投顺序阀摆动故障原因分析

2.1.1 主汽压力波动

在一定的主汽压力、凝汽器真空以及负荷条件下，顺序开启的各个阀位开度是一个固定值，当负荷为定值，主汽压力或者凝汽器真空出现波动的时候，阀位开度会出现一定的变化，很有可能进入到阀门摆动范围，使得阀门出现摆动状况。根据实际观察发现，当负荷为300MW的时候，主汽压力的波动是1MPa，阀门开度的变化范围在0到100%。由此可以看出，当主汽压力波动的范围越大，阀位开度进入到阀门摆动范围的概率随之增大，阀门出现摆动状况的可能性越大。而凝汽器真空现象的出现由机组负荷、真空系统的密封性以及环境温度等因素所决定，但是这些因素一般不会出现大幅度变化，使得凝汽器真空的变化较为缓慢，所以凝汽器真空不会导致投顺序阀摆动故障。

2.1.2 调节器参数

高调门这些正常运行时，只存在单阀和顺序阀两种情况，单阀时阀门不摆动，顺阀经过一定的负荷时，发电机功率摆动。只有在负荷控制投入闭环的时候，阀门才会出现摆动现象。在汽轮机中，负荷控制属于串级调节系统，包括三个回路，分别是内环调节级压力回路、外环转速一次调频回路以及中环功率调节回路。当汽轮机在运行的过程中，投顺序阀出现摆动状况的时候，只有内环调节级压力回路会出现较为显著的波动，另两个回路不会受到摆动现象的影响。由此可以看出，投顺序阀摆动现象主要存在于内环调节级压力回路中。

2.1.3 单个阀门流量特性曲线

东方汽轮机厂生产的汽轮机引进的是美国西屋公司的制造工艺与相关技术，但是西屋公司的技术人员并没有制造过单阀的流量特性曲线，所以我们不能准确了解该汽轮机单阀的流量特性曲线。观察该单阀流量特性曲线可以发现，就单个阀门看来，纵坐标轴上主要分成三个开度区间，在0到11%之间，阀门处于预开启状态，从理论角度看来，这时的单阀不存在流量变化。因此，汽轮机的DEH在设计时，需要通过高速进行开或者关，0到11%之间的阀门开度被称作预开启区；在11%到45%之间，阀门会正常进行工作，这时阀门的开或者主要由调节系统所决定，11%到45%之间的阀门开度被称作调节区；45%到100%之间，被称作空行程区，这时DEH的设计也为高速开或者关。

观察上述投顺序阀的摆动现象可以发现，单个阀门流量特性曲线处于预开启区或者空行程区的时候，其曲线与实际曲线存在较大差距是导致投顺序阀出现摆动现象的根本原因。在这两个区间内，实际运行中的阀门具有较大的流量变化。比如，当汽轮机机组的负荷在250MW左右的时候，在其他参数均为定值的情况下，因为主汽压力的降低使得调门的总开度L有所增加，使得总开度L进入到#2和3高调门的交接位置，这时系统会增加L值，保障2号高调门进入到空行程区并高速开完，3号高调门会进入到预开启区并高速开完。如果在2、3号高调门开启的过程中，存在大量的漏气量，导致阀门出现较大的流量变化，就会导致投顺序阀出现摆动现象。

2.2 故障解决措施

首先，尽最大限度使汽轮机机组投入协调控制。对于汽轮机机组而言，如果投入协调控制，DSC系统能够强行解除DEH系统的内环回路与中环回路，使得DEH系统变为DCS系统调节压力和负荷的执行机构。在这种控制方式下，上一个调节阀和下一个调节阀进行交接的工程中，主汽压力扰动比较小，不会使得系统出现显著的振动，也就是说，协调控制系统的应用能够避免投顺序阀出现摆动现象。

然后，阀门重叠度的修改。在汽轮机实际运行的过程中，汽轮机机组因为多种因素的影响，时常出现不能投入协调控制的现象。为了解决该电厂汽轮机存在的摆动现象，使得阀门流量曲线和实际相符合，笔者对阀门管理软件设置的管理曲线中上部分阀门间的重叠度进行了适当的调整：高压调节阀2和3的调整，当上一个调节阀开到32%的时候，下一个调节阀开始开；当上一个调节阀开到54%的时候，下一个调节阀需要开到11%；当上一个调节阀开到100%的时候，下一个调节阀需要开到16%。同时增加高压调节阀2顺阀曲线点数，使高压调节阀2的顺阀曲线更加平滑。这种调节方式能够有效限制阀门流量，避免投顺序阀出现摆动现象。

最后，明确单个阀门流量特性曲线。单个阀门流量特性曲线与实际状况不相符是导致投顺序阀出现摆动现象的根本原因。电厂需要对汽轮机机组的单个阀门进行流量实验，明确单个阀门的实际流量曲线，从根本上解决汽轮机顺序阀的摆动故障。在应用上述故障处理措施之后，该电厂的调节阀不存在摆动现象，当汽轮机机组为240MW负荷的时候，能够节约18g/kW·h的煤炭。

3 结语

综上所述，汽轮机的投单阀运行方式会对汽轮机的经济性造成不利影响，需要采取相应的措施进行改进。分析可得，通过对300MW汽轮机的顺序阀控制故障及分析可知，电厂可以通过在汽轮机中加入协调控制系统或者修改阀门重叠度的方式使汽轮机投顺序阀运行，以此提升汽轮机的经济性，节约电厂的运行成本，提高电厂的经济效益。希望本文的探究可以为电厂进行顺序阀的控制提供帮助。

参考文献

[1]欧锁实.300MW亚临界机组汽轮机阀门流量优化技术应用[J].现代商贸工业，2017，（28）：178-179.

[2]孙友源，胥建群，蒋伟莉.300MW喷嘴配汽汽轮机顺序阀运行调节级特性研究[J].发电设备，2015，29（03）：168-171.