DEH调门流量特性曲线修正试验与计算高鹏义.doc

DEH调门流量特性曲线修正试验与计算高鹏义内蒙古国电电力工程技术研究院热控技术研究所 呼和浩特市010010摘要：DEH调门流量特性曲线作为 DEH调节系统的核心反映了蒸汽轮机组理论设计与实际运行的结合性由于机组运行时间的增加，设备的不断检修，不少机组（主要是已投产且运行时间 长的机组）岀现投产时输入的调门流量特性曲线与目前机组实际流量特性结合性变差或岀现局 部偏差的现象，反映岀来的运行现象是在某段负荷区间或单阀 /顺阀切换过程中负荷摆动大或调门动作幅度大且频繁本文主要介绍了如何在机组实际运行中通过试验及计算重新修正 DEH调门原始流量特性曲线，使修正后的 DEH调门流量特性曲线与机组实际流量特性充分结合，消除上述系统振荡现象，进而提高 DEH调节系统的可靠性与稳定性，满足生产要求和需要关键词：流量特性；DEH阀门管理；重叠度；参数优化；0前言在生产过程中，汽轮机运行一段时间后或高调门解体检修后， 调门的流量特性都会发生改变，与原调门流量开度修正函数产生偏差， 在机组变负荷、一次调频时容易出现负荷突变或调节缓慢等问题，使机组的调节性能无法满足电网相关技术要求 因此，必须定期对汽轮机高压调门的流量特性进行测试， 根据实际情况对其控制参数进行优化整定， 提高发电机组的控制品质和调节性能，保障发电机组安全、稳定运行。

1、DEH阀门管理功能阀门管理程序接受的控制信号是蒸汽流量百分比， 通过程序计算将蒸汽流量百分比信号转换成相应的阀门开度百分比，在单阀方式时，高调门的开度都是一样的，计算较为简单， 在顺序阀方式时，需要确定阀门的开启顺序， 单独计算各个阀门的开度 在两种方式相互转换时也需要进行流量与开度的转换1.1流量特性函数曲线以四个高压调门的汽轮机为例， 阀门管理程序的调门控制方法主要有两种结构， 如图1、2所示，为便于说明本文将其分别定义为“混合式”结构和“独立式”结构 “混合式”用的较多1卩J 1J 11 rJ 11 r1 r1, ?~11 ;__||1 】__||1 £1GVJSPT GV2SPT GVJiSPT GV4S PT图1混合式DEH阀门管理程序示意图飼门总 広A nxih莽阀凋门減灵雰it胡城nx2h岸阀閱门说址❻正爛数十H 4 f 1‘ 1 , P 「—:-1-1J I1£迂 1 *1111申£ 、 f1 VlDMh< V2I3MI)CV1C1MD< V+DMIJ图2独立式:DEH阀门管理程序示意图“独立式”结构控制方法的调门开度指令形成方式如图 4所示，这种控制结构的主要特点是：1) 在单阀与多阀方式下，调门控制回路相互独立，修改或调整一种阀序下的流量开度 修正函数不会影响到另一种阀序下调门的控制特性；2) 多阀方式下的流量修正环节只有一个函数，综合了流量背压修正、调门开启顺序、 重叠度、流量开度修正等内容，增加了参数优化工作的难度。

混合式”控制方法的调门开度指令形成方式如图 3所示，这种控制结构的主要特点是：1) 在单阀与多阀方式下，控制回路共用一个调门流量开度修正函数 F(X3)，该函数决定于阀门的流量特性， 当阀门的流量特性发生改变时， 它就要随之人为改变， 如果调整流量 开度修正函数 F(X3)，则会对两种控制方式都产生影响；流量开度修正函数 F(X3) —般直接取用汽轮机厂提供的数据，当实际运行发现这一数据不准确时应通过试验重新整定单阀方式下的流量背压修正函数 F(X)由汽轮机厂提供，该函数实际反映的是阀后蒸汽 流量特性，当机组叶轮检修后这一函数易发生变化， 当实际运行发现这一数据不准确时应通 过试验重新整定2) 顺阀方式下的流量控制环节存在多个函数，主要用于对多阀方式下的调门流量指令 进行分配和修正图4独立式结构调门开度指令形成示意图在顺序阀控制回路中，流量背压修正函数 F(X1)是机组流量需求与流量指令的修正函数，随着机组负荷的增加，汽轮机排汽压力随之升高，同样的阀门开度其实际流量将减少， 因此流量背压修正函数用于对不同负荷段下的总流量指令进行修正， 以确保流量指令与实际流量成线性对应关系流量背压修正函数 F(X1)由汽轮机厂提供，当实际运行发现这一数据不准确时应通过试验重新整定。

流量比例偏置因子 K+B负责对流量指令进行分配， 控制各调门的开启顺序； 有些情况下这一环节用折线函数替代 K+B形式，作用相同比例、偏置修正只在顺序阀方式时起作用， 其参数是根据阀门的设计流量和阀门开关顺序来确定的 汽轮机厂说明书规定了顺序阀方式时阀门的开启顺序，比如 1#2#同时开启，3#4#按顺序开启，如图5K解决了由4阀承担的 流量转为2阀或1阀承担后流量曲线的斜率问题，顺阀时的斜率要高于单阀时的斜率； B解决了 CV3/CV4何时开启的问题，通过 B值将CV3/CV4开启位置向后平移具体如何计算，举例如下：根据汽轮机厂提供的顺阀流量曲线， 我们知道当流量指令为0%寸CV1/CV2全关，流量为 0%当流量指令为 50%寸，CV1/CV2全开，流量为100%由图3 所示公式：F2=FiX K+B,可计算出K=2, B=0;同样查顺阀曲线可知， 当流量指令为50%寸，CV3正要开还未开，流量为 0%当流量指令为 75%寸，CV3全开，流量为100%,可计算出 CV3 的K+B K=4, B=-200 ;同样，当流量指令为 75%寸，CV4正要开还未开，流量为 0%当流量 指令为100%寸，CV4全开，流量为100%可计算出CV4的K=4, B=-300.这样，顺阀时当流 量指令从0尬100%变化时，就能实现CV1/CV2先开，全开后，CV3开始开，CV3全开后，CV4 接着开直至全开，但整个过程阀门所提供的实际流量是和流量指令呈基本重合的线性关系， 我们要的正是这样一个结果，即“要多少，给多少” ，这样就保证了调节系统的快速性、稳定性、可靠性。

但在实际运行中我们知道，并不是前阀全开后后阀才开，而是前阀接近全开 时，后阀就提前开始开，就是前后阀有重叠，叫做重叠度，这个是必须有的，由流量修正函 数F(X2)负责解决图5单顺阀分配曲线1.2阀门重叠度流量修正函数F(X2)负责控制各调门之间的重叠度及流量指令变化趋势， 于对顺序阀方式下的各高调门流量指令进行修正流量开度修正函数 F(X3)是调门流量指令与阀位指令的对应关系函数， 与其实际流量修正为线性关系采用喷嘴调节时，多个调节汽门依次开启， 在前一个调门尚未全开时，打开当前一个调门全部打时， 下一调门提前开启的量称为阀门的重叠度此环节主要用负责将流量指令后一调门便提前设置重叠度的目的是为了使汽机需要的流量控制指令与实际给的蒸汽流量成线性关系， 保证机组良好的调节特性，有利于机组滑参数运行 为何一定要设置重叠度， 这是由阀门的升程流量特性决定的 F(X3)是流量升程(开度)函数，它的反函数 F-(X3)就是升程(开度)流量函数单阀整体 升程流量特性见图 6图6单阀整体升程流量特性由图可知，在阀门开度 50%左右，出现拐点，特性逐步开始呈非线性阀门的有效升 程，数值在70%左右，此后阀门再开大，流量增加较少。

顺阀整体升程流量特性见图 7顺 阀的整体升程流量特性就只取决于阀门开启的重叠度图7顺阀整体升程流量特性由图7可知，曲线I选择的重叠度过小，即前一阀开度很大后才开后一阀，系统在调节时会生产较大的波动， 在后一阀门将开启时， 会发生调门大幅窜动的情况 图7中的曲线 H选择了合理的重叠度， 阀门联合升程流量特性波动小， 系统调节性能基本呈线性， 稳定性 最好图7中的曲线川选择的重叠度过大， 除前面所讨论的会使经济性下降外， 还会破坏升 程流量特性的线性度， 会使两个阀门重叠部分的流量增长过快， 产生局部不等率变动， 当汽 机在该功率下运行时，有可能出现晃动阀门重叠度有两种表述：行程重叠度和压力重叠度行程重叠度： E H = 1 — H1 / Hmax式中H1为后阀开始开启时的前阀行程， Hmax为前阀全开行程压力重叠度： E p = 1 — P1 / Pmax式中Pmax和P1为后阀开始开启时，前阀的前、后压力行程重叠度只有几何意义，没有热力学意义，压力重叠度才是决定调门调节特性的关键参数，一般以前一阀门开至前、后压力比P1/Pmax=0.85〜0.90时，后一阀开启较为合适 然而，在DEH调节系统中，只能对行程重合度进行设定，不计算压力重叠度。

另外，压力重 叠度是会改变的，在机组大修时，由于阀门进行过行程调整和密封面的研磨， 阀门各部件由于损坏而更换等情况，特性曲线会产生意想不到的偏差单个阀门升程流量特性发生变化， 此时若行程重叠度设定不变，会使调门调节特性改变，会直接影响汽机的经济性和调节特性 所以，应该定期的对调门的升程流量特性进行测定， 对压力重叠度进行标定， 保证机组调节特性满足稳定高效的要求 总的思路是通过设置重叠度使顺阀整体流量特性与流量需求指令 尽量重合、平滑、线性，我们的目的就达到了1.3单顺阀切换在DEH阀门管理程序中，单顺阀切换功能主要用于在单阀控制方式和多阀控制方式之 间进行相互切换，以便于机组的灵活控制，以“混合式”结构的阀门控制方法为例，单顺阀切换的基本实现原理如图 8所示GVCMD 调门开度捕令DEH 的算法为：F(x) = aF(x1)+bF(x2)上式中，F(x):调门的流量指令，%a：单阀系数，0〜1之间的小数；F(x1):单阀方式下的调门流量指令；b:多阀系数，0〜1之间的小数；F(x2):多阀方式下的调门流量指令；a、b两系数之间满足 a+b=1的关系；图8中的切换模块具有设置单顺阀切换速率的功能，可以控制单顺阀切换过程时间。

2、蒸汽流量试验原理可将蒸汽轮机蒸汽通路简化为如图 9所示CV1低玉禾辍Il 0凝汽器真三图9汽轮机蒸汽通路示意图在一定的蒸汽参数下，蒸汽膨胀产生的机械功率与蒸汽的质量流量近似成正比关系 流过第i个调节阀的蒸汽流量 Di与第i个调节阀等效节流面积 Ai、主汽压力P0调节级压力 P1有关总的蒸汽流量 D等于各调节阀流量之和，用式(1)表示总蒸汽质量流量 D与调节 级后压力P1近似成比例关系,用式(2)表示D = D-+D2^D3~D4 (1)DhP ⑵各调节阀喷嘴组的质量流量 Di与该调节阀等效面积 Ai、主汽压力P0及流量函数$成比例关系,用式⑶表示由式(1)〜(3)知,各调节阀等效面积 Ai之和的总有效面积 A满足式(4)蒸汽在喷嘴中膨胀加速，在调节级压力很小时，流速达音速，此时流量与阀后压力无关随着 流量增加，阀后压力增大，流速小于音速时，流量会随阀后压力增大而降低这种效应可用流 量函数$式⑸表示［1］其中：蒸汽绝热指数 丫等于1.23,在临界压比0.5587以下， -由式(1)〜(4)可知，试验时分别使单个调节阀全开全关一次 ，试验过程中保持其余调节阀开度不变，即可通过P1、P0的值计算出此阀门的有效面积 Ai的百分比，即得到单个阀门的行程-流量函数fi,如式⑺。

令:A g 一 gmin * 100% = fj (CVi 行程 。