淺談汽輪機的閥門(mén)管理
汽輪機的閥門(mén)管理是DEH系統的重要功能之一，它在現代大型電廠(chǎng)中的起著(zhù)非常重要的作用。本文結合西屋公司W(wǎng)DPFDEHⅢ控制系統對汽輪機閥門(mén)管理功能和控制的實(shí)現過(guò)程作了詳細論述;并對單順閥切換的功能實(shí)現和參數的整定作了分析和論述。
現代大、中型發(fā)電廠(chǎng)組中汽輪機均采用數字電液控制系統(DEH)進(jìn)行控制，各進(jìn)汽閥門(mén)是由電信號控制、高壓油動(dòng)機驅動(dòng)，其中進(jìn)汽閥門(mén)的管理顯然是DEH系統的重要功能。閥門(mén)管理的概念是基于提高大型機組在部分負荷下的熱效率的考慮而提出來(lái)的。由于機組的功率與進(jìn)汽量成正比，所以在部分負荷時(shí)必須通過(guò)調整進(jìn)汽閥的開(kāi)度來(lái)改變功率輸出。如果參數整定不當則單閥與順序閥的切換擾動(dòng)過(guò)大，汽輪機主要運行參數出現異常，影響機組的安全。
1、DEH閥門(mén)管理功能單閥方式由于每只調節閥都參與開(kāi)度調節，在部分負荷時(shí)都有較大的節流損失，使得機組的熱耗增大，效率降低;而順閥方式在每一個(gè)時(shí)刻至多只有一組閥門(mén)處于“半開(kāi)”狀態(tài)、產(chǎn)生節流損失，所以使熱耗降低。
在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，宜采用全周進(jìn)汽方式，這樣可以使蒸汽進(jìn)入汽輪機時(shí)沿調節級圓周均勻分布，大大緩解調節級的動(dòng)葉和靜葉上的溫差，從而減小熱應力。
在運行中實(shí)現進(jìn)汽方式的切換要求有一套復雜的閥門(mén)管理程序來(lái)完成，這主要是由于閥門(mén)的開(kāi)度與流量的關(guān)系曲線(xiàn)是非線(xiàn)性的，切換需要復雜的計算，才能找出流量對應的閥位，實(shí)現在線(xiàn)無(wú)擾地改變進(jìn)汽方式。
2、閥門(mén)控制原理及參數的整定
閥門(mén)管理系統接受流量指令信號，再根據閥門(mén)升程-流量特性曲線(xiàn)確定調節汽閥的開(kāi)度(下面以某電廠(chǎng)引進(jìn)型300MW機組WDPFDEHⅢ控制系統為例)。
2.1、單閥控制時(shí)的閥門(mén)開(kāi)度計算
以GV1為例，當在單閥方式時(shí)，開(kāi)關(guān)T2選擇加法器3的輸出。此時(shí)，由GV主控制站經(jīng)平衡回路輸出的流量指令信號先交給函數關(guān)系4處理。由于負荷變化后，閥門(mén)后的壓力也將變化，閥門(mén)開(kāi)度與流量的關(guān)系將發(fā)生變化，該函數就是為了對這種變化進(jìn)行修正。在此之前的平衡回路可克服由于閥門(mén)試驗等對負荷的影響，平衡回路會(huì )自動(dòng)將一個(gè)閥門(mén)開(kāi)度的變化施加到其它閥門(mén)上從而使總的流量不變。假定f(x)4的輸出為a，而函數f(x)6的輸出為b，當在單閥方式時(shí)，T5選擇1，所以加法器3的輸出為b+(a-b)×1。0=a。經(jīng)過(guò)T2、T7、T1，最后經(jīng)流量-閥位關(guān)系函數14處理，得到閥位指令信號。
2.2、順閥控制時(shí)的閥門(mén)開(kāi)度計算
當在順序閥方式時(shí)，T2將選擇加法器8的輸出。由于此時(shí)T5選擇0，所以加法器8的輸出為b+(a-b)×0=b。函數關(guān)系f(x)9反映的是順閥方式時(shí)的流量-閥位關(guān)系，它根據GV主控站輸出的流量指令確定本閥應承擔的流量。函數關(guān)系f(x)6與函數關(guān)系f(x)4作用相同。注意，在圖1中，流量指令已經(jīng)經(jīng)過(guò)一個(gè)流量系數16的修正，該流量系數反映了順序閥時(shí)機組效率變化對負荷的影響。
圖1 閥門(mén)管理
2.3、單閥與順序閥控制的轉換閥門(mén)管理程序同時(shí)計算各個(gè)閥門(mén)在單閥
方式和順序閥方式下的最終流量值，在單順閥切換過(guò)程中必定是有些閥門(mén)逐漸開(kāi)大，有些閥門(mén)逐漸減小。整個(gè)過(guò)程中任何時(shí)刻增加的流量與減小的流量應是相等的，總流量保持不變。因此轉換過(guò)程中機組的負荷不會(huì )受到影響。
a與b值一般來(lái)說(shuō)是不相等的。當從單閥方式向順序閥方式切換，或從順序閥向單閥方式切換時(shí)，切換過(guò)程不應該太快，否則就會(huì )產(chǎn)生擾動(dòng)。這種平穩切換是通過(guò)切換開(kāi)關(guān)T5實(shí)現的。當從單閥向順序閥切換時(shí)，T5按照一定的速率將其輸出從1改變到0。加法器8原來(lái)的輸出為b+(a-b)×1=a，所以當切到順序閥方式時(shí)，T2的輸出沒(méi)有變化，即GV1的開(kāi)度沒(méi)有突變;此后，T5的輸出從1開(kāi)始減小，加法器8的輸出業(yè)從a開(kāi)始增加，當T5的輸出達到0時(shí)，加法器的輸出為b。從而完成了從單閥向順序閥的無(wú)擾動(dòng)切換。反之，從順序閥切向單閥時(shí)，也是無(wú)擾動(dòng)的。但由于順序閥控制時(shí)熱效率的提高，所以切換后電功率會(huì )有所增加。
2.4、閥門(mén)特性計算閥門(mén)管理程序將校正后的流量轉換成閥
門(mén)開(kāi)度指令，其中流量與閥門(mén)開(kāi)度勢必存在一定的對應關(guān)系，在控制軟件中把它近似成9個(gè)分段函數的組合，這就是通常所說(shuō)的閥門(mén)特性曲線(xiàn)，在軟件中一般采用折線(xiàn)函數來(lái)完成特性計算。圖2是該汽輪機高調門(mén)的閥門(mén)特性曲線(xiàn)，其折線(xiàn)函數見(jiàn)表1(即圖1中的函數關(guān)系f(x)14)。
圖2 流量-開(kāi)度曲線(xiàn)(%)
表1 流量-開(kāi)度折線(xiàn)函數(%)
在低負荷工況下，流量和閥門(mén)開(kāi)度成一一對應關(guān)系，但是隨著(zhù)負荷的增加，調節門(mén)后背壓也升高，同樣的閥門(mén)開(kāi)度其流量因為受背壓影響將發(fā)生改變，因此閥門(mén)管理程序先按負荷修正流量，修正成低負荷下的折算流量，這就是流量一流量系數曲線(xiàn)，最后根據折算流量按流量一開(kāi)度特性曲線(xiàn)轉換成閥門(mén)開(kāi)度。圖3是高調門(mén)的流量一流量系數曲線(xiàn)，其折線(xiàn)函數見(jiàn)表2(即圖1中的函數關(guān)系f(x)4)。
圖3 流量-流量曲線(xiàn)(%)
表2 流量-流量折線(xiàn)函數(%)
2.5、順序閥與單閥控制切換速率的整定
為了使順序閥控制與單閥控制之間的切換對負荷和其它工況不造成影響，要求切換過(guò)程必須平穩、無(wú)擾的進(jìn)行。所以切換是個(gè)緩慢的、漸進(jìn)的過(guò)程。該機組在閥門(mén)管理程序中設置了兩者之間切換的無(wú)擾切換功能塊(圖1中的T5)，通過(guò)設定切換速度來(lái)達到切換的無(wú)擾性。無(wú)擾切換功能塊的速率設定值為0.00833/秒，計算得出，完成切換的時(shí)間是120秒。若需改變切換時(shí)間，即可反推出無(wú)擾切換功能塊的速率設定值。
2.6、閥門(mén)故障信號的整定在切換過(guò)程中，勢必有些高調門(mén)要經(jīng)歷
高斜率區，此時(shí)閥門(mén)開(kāi)度指令變化極快，而閥門(mén)開(kāi)關(guān)速度跟不上，導致開(kāi)關(guān)指令與閥位反饋瞬間出現較大偏差。程序中設定只要閥門(mén)開(kāi)度指令與閥位反饋偏差達10%時(shí)，并延時(shí)10秒，即輸出閥門(mén)故障信號，終止順序閥與單閥控制之間的切換結語(yǔ)汽輪機閥門(mén)管理程序涉及到的參數以及
函數設定較多，必須在熟悉其原理和計算方法后才能逐步整定。另外，廠(chǎng)方提供的設計參數和函數因為機組安裝或其它原因極可能會(huì )出現實(shí)際數據與設計數據出入較大的現象。調試時(shí)，應及時(shí)發(fā)現其中的偏差，并通過(guò)反復試驗，依據試驗數據對參數加以修正�？傊�，汽輪機的閥門(mén)管理是DEH中較為復雜和非常嚴謹的程序，調試時(shí)必須抱以極為科學(xué)、嚴謹的態(tài)度，精心整定。也希望本文對新機組DEH系統的調試和機組安全運行有一些借鑒作用。
