200MW汽轮机阀门特性曲线优化及效果分析

发布时间：2011-01-07 点击数：4066

    秦皇岛发电有限责任公司2号汽轮机组为哈尔滨汽轮机厂生产，型号C145ö/200-130/535/535，一次中间再热、抽气冷凝式汽轮发电机组，从投产至今经过数次设备更新改造，整个机组DCS系统为北京BHC公司HACS-5000M系统，DEH系统为上海新华公司DEH2ËA控制系统。为提高机组的经济性，利用2005年9月份机组大修时间，对汽轮机通流部分进行了全面改造，并取得了良好的节能增容效果。但在协调控制方式时，DEH负荷控制精度不高，存在负荷指令变化量与发电机功率的变化量不成比例，例如，涨同样的负荷，需要输出给DEH的负荷指令时大时小，造成负荷调节波动较大，单纯通过调节PID参数无法达到预期效果，致使协调调节品质差，机组不能长期可靠地在AGC方式下运行。经过多次负荷调节曲线分析，就是实发功率不能及时跟随负荷指令的变化而变化，根本原因在于DEH调节阀流量特性曲线和实际机组的阀门流量特性存在一定差别，需要通过试验对其进行整定，以达到最佳的调节效果。理论上讲，2号机组进行了通流部分改造，且DEH改造也有5年之久，为提高机组的经济运行也应进行一次阀门流量特性的测试。为此，汽轮机阀门特性曲线优化项目安排在2007年2号机组D级检修中进行。
一、DEH负荷控制原理
    DEH控制系统根据机组负荷要求，计算出与当时主汽参数相对应的流量值，经过高低负荷限制，输出到阀门管理程序，通过阀门管理程序换算成与之对应的阀门开度。单阀运行时，汽轮机总的流量信号平均加到各个高压调节门上；顺序阀控制时，流入汽轮机的蒸汽流量是各阀门流量的总和，它将按顺序依次加到GV1-GV4上，各阀门按顺序启闭，相邻的两个阀门在开启时有一定的重叠度。通常认为当阀门前后的压力比P₂/P₁=0.95～0.98时，阀门就算全开。重叠度的选取要经过方案比较，一般以前一阀门开至阀门前、后的压力比P₂/P₁=0.85～0.90时，后一阀就开始开启为合适，而阀门流量特性曲线就是流量与阀门开度转换的函数。
二、阀门流量特性曲线整定必要性
    阀门流量特性是指流经阀门的蒸汽流量与阀门开度的对应关系，是由机组结构及阀门结构决定的固有关系。它直接影响着调节系统的品质和机组运行的经济性。阀门流量特性曲线就是流量与阀门开度的函数曲线。在DEH中，如果流量曲线与实际机组阀门流量特性存在差异，则在阀门切换过程中负荷扰动就比较大，运行中负荷控制精度降低。相差较大时，则会导致更多问题。如单多阀切换过程中机组负荷扰动大，运行中轴承温度升高、轴振动增大，汽轮机主要运行参数出现异常变化，直接影响到机组的安全运行。
    新机组阀门的流量特性曲线，由汽轮机设计中通过理论计算获得。但实际中由于阀门安装、LVDT安装误差、调试误差、机组阀门杆热胀冷缩，以及阀门长期运行后阀头ö阀座型线改变，机组通流改造等原因，会影响阀门流量特性曲线，因此阀门流量特性曲线通常借助试验来进一步整定。
    经试验整定后，使阀门流量曲线与实际机组阀门流量特性相符，达到以下效果：
    （1）单多阀切换进行更平稳，负荷扰动较小，通常小于5MW。
    （2）减小切换及负荷增减过程中对汽轮机重要参数的影响，保证机组安全稳定地运行，机组负荷、主汽温度、主蒸汽压力等参数更为稳定。
    （3）在切换及负荷变化过程中，汽流变化平缓，瓦温、振动能够得到一定的改善，不会出现较大变化，保证机组安全稳定地运行。
    （4）可以方便修改阀门的开启顺序，进一步改善和提高机组运行效率。
三、流量特性曲线的整定
    2007年5月，在2号机组大修期间，进行了阀门流量特性试验，通过试验数据修改了原阀门流量特性曲线。试验方案如下：
    1、试验目的
    （1）测取单阀方式下，高压调门行程h和流量（调节级压力）特性。
    （2）测取顺序阀方式下，阀门重叠度为零时，高压调门行程h和流量（调节级压力）特性。
    （3）根据以上测取的阀门行程流量特性，优化阀门管理，提高经济效益。
    2、试验条件
    （1）机组负荷在额定参数阀门全开的负荷到45%左右的负荷范围之间变化。
    （2）主要测点变送器/测量通道校验合格，包括：阀门指令（REFDMD）、流量指令（FDEM）、阀位开度（GV1-GV4SP0）、调节级压力（IMP）、主汽压力（TP）、实际负荷（MW）。
    （3）DEH-VCC卡静态联调合格。
    （4）试验程序、调试安装符合试验要求（能去除阀门重叠度）。
    （5）历史数据站工作正常，完成对主汽压力、调节级压力、给定值、流量指令、阀位指令、功率等参数的采集。
    3、试验步骤
    （1）试验过程中撤除AGC、CCS遥控方式。
    （2）组态修改：在单阀工况，修改DEH组态；关闭组态中P52页B25模块，并强置输出为T，原阀门流量特性曲线自动变为无重叠度曲线。
    （3）DEH在阀位控制方式下（MW、IMP回路切除），由操作员改变阀位指令目标值达到各试验工况的变化。
    （4）锅炉在整个试验过程中须维持一个恒定的主蒸汽压力，这个压力就是试验开始时阀门全开且负荷不超发的主汽压力。
    （5）DEH逐点给定阀位，炉控调整汽压稳定后，DEH采集数据。
    （6）试验顺序：阀门全开→单阀降程试验→（阀门全开后）阀切换→顺序阀降程试验→阀门全开→DEH恢复。从阀门全开工况开始到最低点，而后全开后阀切换，由全开工况再到最低点，再次全开后切回单阀。
    （7）恢复试验前DEH组态。
    （8）根据试验数据计算出阀门的实际流量特性曲线参数。
    （9）根据计算出的参数修改DEH组态：修改前，将DEH切到硬手操状态，对DEH进行在线修改，同时做好系统备份；修改完毕后，恢复DEH自动状态，再进行单顺序阀切换试验。
    4、热工逻辑修改
    根据计算出阀门的实际流量特性曲线参数，对DEH相关逻辑参数修改如下：
    （1）修改单阀函数
    DEH控制系统11DPU组态中page⁵³的F（x）模块39、40、41、42，同时page⁵³的F（x）模块82、83、84、85，取如下函数
    F（X）：0，0；2.627，15.631；45.392，38.205；55.599，42.609；70.925，48.383；79.492，53.498；
86.195，59.038；91.296，65.869；94.746，73.43；100，100。
    DEH控制系统11DPU组态中page⁴⁵的F（x）跟踪模块9、10、11、12，取上述函数的反函数如下：
    F（X）：0，0；15.631，2.627；38.205，45.392；42.609，55.599；48.383，70.925；53.498，79.492；
59.038，86.195；65.869，91.296；73.43，94.746；100，100。
    （2）修改修正函数
    DEH控制系统11DPU组态中page²⁷的F（x）模块83，取如下函数：
    F（X）：0，0；76.121，76.121；78.774，81.136；81.427，87.164；84.081，94.057；86.734，101.665；89.387，109.84；92.04，118.597；94.694，128.736；97.347，140.075；100，152.242。
    DEH控制系统11DPU组态中page⁴⁵的F（x）模块28，取如下函数：
    F（X）：0，0；76.121，76.121；81.136，78.774；87.164，81.427；94.057，84.081；101.665，86.734；109.84，89.387；118.597，92.04；128.736，94.694；140.075，97.347；152.242，100。
    （3）修改DEH控制系统11DPU组态中常数page⁴⁵的VLVPT1=0.6568
    （4）修改DEH控制系统11DPU组态中常数page⁵²的阀组特性
    page⁵²的MUL模块2：K1=1.3137，C1=0.0
    page⁵²的MUL模块3：K1=1.3137，C1=0.0
    page⁵²的MUL模块4：K1=2.6274，C1=-200.0
    page52的MUL模块5：K1=2.6274，C1=-300.0
    （5）修改page⁵²的重叠度函数
    page⁵²的F（x）模块19：0，0；94.746，94。746；125.0，100；
    page⁵²的F（x）模块20：0，0；94.746，94.746；125.0，100；page⁵²的F（x）模块21：-200.0，0；-10.507，0；50.00，50.00；94.746，94.746；125.0，100；page⁵²的F（x）模块22：-300.0，0；-5.254，0；25.0，25.0；100，100。
四、阀门特性曲线优化前后对比
    通过新华公司组态软件绘制了修正前后的流量特性曲线（图1、图2），从图中可以看出，单阀曲线和顺阀曲线都发生了一定的变化，在相同的负荷指令下，单阀控制方式时阀门开度较整定前小2%～3%，顺阀控制方式时GV1、GV2开度相对增大且曲线变得平缓些，GV3、GV4的开度变化较大，且重叠度变小了。在协调控制方面，经过机组运行后的自动调试，DEH的实际负荷响应较以前明显提高，达到了协调控制的要求，得到炉控班组的肯定。2号机组检修后已经过去100多天，反应机组协调品质较以前有明显改善。