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单阀和顺序阀控制 汽轮机控制原理

编辑:佚名     发布日期:2014-4-15      点击:   

     随着发电机组容量的日益扩大,对机组自动化程度要求越来越高,DEH (Digital Electro- Hydraulic ControlSystem,简称DEH)系统作为控制汽轮发电机组功率的一种有效方法其技术日益成熟与完善,顺序阀控制和单阀控制作为DEH 系统控制调节汽门的基本方法,比较而言顺序阀控制方式节能效果明显
 汽轮机控制原理,针对单阀及顺序阀控制的特点,重点阐述了DEH 系统两个重要参数优化对机组安全与经济运行的影响,为解决同类型问题提供了参考。
  随着发电机组容量的日益扩大,对机组自动化程度要求越来越高,DEH (Digital Electro- Hydraulic ControlSystem,简称DEH)系统作为控制汽轮发电机组功率的一种有效方法其技术日益成熟与完善,顺序阀控制和单阀控制作为DEH 系统控制调节汽门的基本方法,比较而言顺序阀控制方式节能效果明显,能为电厂带来更大的经济效益,所以顺序阀控制方式越来越来被电厂所采纳与使用。顺序阀控制按照设定的高压调节汽门(GovernorValve,简称GV)开启顺序,对汽轮机流量指令进行计算与分配,通过按顺序调节汽轮机阀门开度进而调节汽轮机进汽流量,最终达到精确控制机组功率的目的。

  1 凸轮曲线原理

  从1 看出,不管是在单阀还是顺序阀控制方式,都要对阀门开度进行凸轮曲线修正,这是因为调节汽门在开启过程中,流量与阀门开度不是完全的线性对应关系,当阀门小开度、阀前/ 阀后大压差时,调节汽门内蒸汽为临界流动,此时通过调节汽门的流量线性地正比于调节汽门的开度。随着调节汽门继续开大,虽然汽门的通流面积在增大,但汽门前后的压差减小,蒸汽流量随阀门开度增大的趋势变缓。所以,即使汽门升程继续加大,由于受汽门喉部尺寸限制,蒸汽流量增加已很小。通常认为:汽门前后的压力比p(门前)/p(门后)为0.95~0.98 时,即认为汽门已全开。因此,理想情况下,应当在调节汽门接近全开时,通过阀位传动机构非线性变换,增大调节汽门升程相对于油动机行程的变化率,以校正调节汽门接近全开时流量的非线性特性。但现在厂家已基本不用凸轮或楔形斜面传动机构进行流量校正,阀门反馈装置几乎全采用直行程的LVDT(线性差动传感器)。为解决位与流量的非线性带给调节系统的影响,通常在DEH 系统内部设置电凸轮曲线进行修正,达到改变流量指令与阀门开度关系的目的。在调汽门的升程达到电凸轮拐点后,通过改变阀位指令将阀门快开至全开位置,以补充调节汽门开启不足产生的流量不足。

  2 凸轮曲线修改对协调控制的影响

  国华太电2×600 MW 超临界汽轮机由上海汽轮机有限企业(STC)与西门子西屋(SWPC)联合设计制造,为超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽凝汽式汽轮机,设计共有四个高压调节汽门(分别定义为GV1、GV2、GV3、GV4),在机组投产初期DEH 系统采用单阀控制,协调控制系统(CCS,coordination control system)采用滑压运行方式,在运行过程中(尤其在变负荷阶段)发现高压调门很容易进入设定的电凸轮曲线拐点区,调门一旦进入拐点区后变化速率非常快,加之电凸轮曲线没有经过试验验证,实际流量与初始设计值差别较大,高压调门来回大范围波动造成调节级压力波动很大。国华太电协调控制策略为锅炉主控制器调节主蒸汽压力,汽机主控制器调节机组负荷,以锅炉跟随(BF)为主的协调控制模式,调节级压力作为负荷参考信号(前馈信号)送到锅炉主控调节器参与主蒸汽压力调节,所以调节级压力是否稳定直接影响机组协调控制的稳定。为解决协调调节不稳定问题,企业组织成立技术攻关小组,通过实验逐步完善阀门电凸轮曲线参数,使之与实际流量基本吻合,最终解决了阀门摆动及协调调节不稳定问题。
3 比例偏置修正原理在DEH

  系统中另一个重要的函数为比例偏置修正函数,该函数在机组顺序阀控制时根据流量指令确定阀门的开启顺序及阀门重叠度。在喷嘴调节配汽中(即顺序阀控制时),阀门是按设计顺序依次开启的,国华太电DEH 系统逻辑组态由上海汽轮机有限企业自控中心提供,在做顺序阀切换试验时大家发现,阀门在交替过程中无重叠度,即前一调节汽门完全开启后,后续调节汽门才动作,这样就会形成2(b)实线所示的波折形阀门行程—流量曲线,反映在调节系统静态特性线上,速度变动率同样是波折形曲线,这种情况对压力调节极为不利。所以,在前一调节汽门尚未完全开启,后续调节汽门必须提前开启,以补偿前一调节汽门的非线性特性,即得到2(b)虚线所示的理想流量曲线。

  4 比例偏置修正函数对协调的影响

  前面已经说过,为适应调节起门静态特性曲线两端速度变动率大、中间平滑过渡的要求,通过配汽机构的非线性传动特性可以校正行程—流量特性曲线。但现在基本采用电凸轮曲线进行流量修正(在DEH 内部通过逻辑实现),怎样才能实现多个阀门依此开启时行程与流量特性接近为直线呢,确定合适的重叠度变得非常重要,如果重迭度偏小,将使局部区域的阀门速度变化很大,这种情况对节能有利,但是会造成调节的不稳定,同时对瓦温及轴承振动影响也很大。反过来,如果重叠度过大,局部速度变动率过小,这样除了不利于节能外,同样也不利于调节。这是因为重迭度增大显然增加了调节汽门的节流损失,同时流量特性也变得非线性。

  阀门开启顺序依次为先开#3、#4高调门(此两阀门同时动作),然后是开#1 高调,最后是#2 高压调门(关闭时按相反顺序进行),阀门相互之间没有重叠度。通过试验发现,机组由单阀模式切换到顺序阀运行后,#2 轴瓦温度增高(最高达100℃左右,对机组安全运行已构成威胁),同时机前压力摆动大。后来大家

  对阀门重叠度及阀门开启顺序进行了修改,将阀门开启顺序修改为1、2-3-4 (即先开#1、#2高调,然后是#3 高调,最后再开#4 高压调门),这样一来既解决了主蒸汽压力波动过大问题,同时#2 轴承瓦温也下降了许多(最高达85℃)。由于从安全角度出发,同时受实验条件限制,大家的重叠度设置还没有达到理想状态,对机组的经济性运行有一定的负面影响。

  5 结论

  通过修改流量特性曲线及比例偏置函数,解决了轴承温度偏高及阀门摆动等实际问题,为机组稳定及经济运行提供了保障,更为解决同类型问题提供了有益的方法和探索。但同时也应看到,由于受实验条件限制,大家的参数还有优化空间,使机组安全性与经济性达到和谐统一。

 

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