浅谈DEH阀门管理及汽机调门特性试验

浅谈DEH阀门管理及汽机调门特性试验

段佳树

天津蓝巢电力检修有限公司

天津市300380

摘要：阀门流量特性在汽轮机DEH控制系统中作用至关重要，在汽轮机阀门的实际流量与初始的流量特性曲线不相符时，将会存在很大的控制偏差，使让机组控制变得十分艰难，不但对机组的安全稳定性而且对机组升降负荷的适应能力造成影响，严重时会发生剧烈振荡，对汽轮发电机组的安全性和稳定是非常有害的。

关键词：DEH阀门管理；汽机调门；特性试验

前言

因为调峰的需要，机组常常在变工况运行，这就让汽轮机节流损失变大，对其经济性带来严重的影响。通过改变阀门的流量特性曲线，优化管理汽轮机的调节阀门，可大幅提升汽轮机运行的性能。

1汽轮机DEH控制系统工作原理

汽轮机数字电液调节系统的最基本要求是得到机组转速与机组功率间一定的静态特性，并且要求在机组变负荷的动态过程中不要使其静态特性产出较大的偏差。在机组变负荷的动态过程时机组转速与功率的关系同机组稳态时的静态特性相差很大，为此，测取汽轮机功率信号直接同转速信号相比较，采用汽轮机功率信号作为内反馈的调节系统可以直接实现上述对静态特性要求，调节系统中的机组转速与功率信号生成两种反馈回路。转速调节系统，它是一个独立的单回路调节系统，系统转速信号测取与转速信号处理的回路、转速的设定值所形成的回路、系统调节器及系统电液执行机构还有机组对象等，它们是这个系统的主要组成部分。安装在汽轮机轴上的电感式传感器测量汽轮机的实时转速，电感式传感器输出的信号是矩形脉冲信号，矩形脉冲信号的频率和齿轮盘上恒定的槽数及转速成正比关系，如果知道齿轮盘中的齿轮数量，那么电感式传感器的输出单值就和汽轮机的转速成正比关系。

2阀门管理

环节汽轮机的阀门管理在DEH系统中作用十分重要。不仅可以对汽轮机冷热态启动过程中的转速加以控制，还能在机组正常运行是对功率的调节和主蒸汽参数的控制，这些功能的实现最后都要通过改变汽轮机调节汽门的阀位，所以阀门管理对于汽轮机DEH控制系统来说就显得非常重要。调节阀门的开启次序在传统的配汽机构完成设计后就会固定不变，仅能实现机组的喷嘴调节或者节流调节，不可以对单阀与顺序阀控制方式之间的相互转换。DEH控制系统相比于以前的传统结构更加具有独特的优势，汽轮机的各个调节阀都分别由各自单独的功放、电液转换器和油动机控制调节阀可以实现调节阀的定位，每种配汽的设定都是用计算机程序计算之后来实现的，这套计算程序就是一套“软件凸轮”，对计算机程序的设置就可改变汽轮机的配汽，这就是DEH控制系统的阀门管理。负荷控制回路中调节器的输出流量请求信号转换成阀门阀位开度的请求值，并能在电厂集控人员的操作下，根据机组安全及稳定性、经济性及升降负荷的过程中完成对单阀及顺序阀控制方式之间的互相转换。恰恰是因为DEH系统这样优秀的性能，为实施汽轮机阀门管理中的单阀控制方式转变为顺序阀控制方式，创造了便利条件。阀门管理通常将蒸汽流量值作为控制信号，然后运用程序计算把蒸汽流量信号在转变成阀门所对应的阀位开度。因为阀门流量特性，阀门的阀位开度值与通过阀门的蒸汽流量值之间的关系为非线性的，在非线性的转换下要把蒸汽流量值转换为所对应的阀门阀位的开度指令。在DEH系统投入初始阶段，汽轮机阀门流量特性会读入控制程序，完全按照汽轮机阀门在低参数定压运行时的通流能力所设置的，当汽轮机机侧蒸汽压力发生改变时，相同的阀门阀位开度指令通过的蒸汽流量会有所不同。在单阀控制方式下，每个阀门阀位的开度相同的节流调节情况下，控制回路的调节器输出的流量请求值再除以调节阀的个数，所获得单阀控制方式下的流量请求值，再按照汽轮机阀门流量特性，转变成阀门阀位的开度指令。在顺序阀控制方式下，则要设定阀门先后开启的次序，运用计算程序独立的计算出每个阀门阀位的开度值。在单阀与顺序阀运行方式的彼此转换时，也必须进行流量值和阀门阀位开度值的转换。

3调门特性曲线

3.1阀门特性曲线的概念和分类

调门流量特性曲线是实际蒸汽流量与调门开度的对应函数曲线，是由机组结构和阀门结构决定的固有关系。在汽轮机各通流情况确定的前提下，多级调节汽轮机的冲动级压力与蒸汽流量成比例关系，同时冲动级压力反应汽机实际功率，所以我们在汽机控制系统中认为调门流量特性曲线就是调门开度与汽机实际功率的函数。汽机调门的流量特性曲线的示意图请见图一，总体趋势比较接近百分比型曲线，所不同的是调门的特性曲线可以近似的分为三段。第一段在曲线上对应的调门开度是非常小的，当调门有微小开度时蒸汽流量迅速增加，转速控制就是利用该阶段的曲线。当调门继续开大，进入到流量特性曲线的第二个阶段。在第二段，调门的开度与对应流量呈很好的线性关系，有利于控制系统对汽机的稳定控制。正常运行的机组在功率控制时就是利用该线性阶段的。当调门开度接近40%并继续增大时，进入到流量特性曲线的第三个阶段。在该阶段，调门的截流作用开始减弱，这时相对于第二阶段而言，调门开度增加同样的量，流量的增加量却比较有限，在图形上表现为第三个阶段的曲线斜率突增，在现场控制过程中表现为功率值小幅变化时，汽机调门波动范围比较大，不利于系统和机组的稳定运行。系统在设计时就要把机组满功率对应的调门开度放置于调门流量特性曲线第二个阶段的末端，这样既能保证控制的稳定性，也能减少了调门对蒸汽截流的损失，提高经济效益。

3.2流量特性曲线优化的重要性

3.2.1闭环功率或转速控制时系统的稳定性不好

以功率控制为例，假设操纵员设置升功率的变化率为6MW/min，而控制系统中DPU执行所有指令的周期为固定的200ms，DPU会计算出每执行一次逻辑后机组需要提升的功率值为6/(60*5)=0.02MW，这时控制器就会对照内部设置好的流量特性曲线计算出每个执行周期内调门所需要开大的量，然后将该值送到调门改变其开度，进而达到升功率的目的，压力和功率回路会在功率提升之后将实际功率与这一周期内的目标功率的差值作为负反馈来修正调门的开度，最终实现实际功率等于操纵员设定的目标值。从以上汽机功率控制的流程可以看出，功率控制过程中，流量特性曲线作为汽机调门开度的基本依据，其计算结果在控制系统中充当前馈的作用。如果内部设定的流量特性曲线与阀门实际曲线相差比较大，那么在一个控制周期内，汽机功率的实际变化量就会与控制器所要求的变化量有比较大的误差。在升降功率的过程中，DPU执行数个控制周期后误差累积，会对压力回路和功率回路的PID调节造成比较大的负担，不利于控制系统的稳定性。

3.2.2开环控制时，实际值与目标值偏差比较大

当发电机初始并网或汽机控制系统因试验或检修原因把压力和功率控制回路退出时，控制系统就处于开环状态。这时的调门开度直接来自控制组态中设定的流量特性曲线，系统将不再进行负反馈修正。假设操纵员需要将汽机功率稳定在160MW，DPU会根据流量特性曲线算出对应的调门开度并将调门维持在这一位置，但对照实际的流量特性曲线可以看出调门在这一开度时，实际功率为168MW，这与操纵员的控制目标有一定误差，不利于系统在开环状态下的控制。

结束语

调门流量特性曲线作为DEH控制系统重要的内部设定参数，其精确度是至关重要的。一个精确的流量特性曲线能使机组在功率和转速运行期间具有良好的控制精度和稳定性，也能使机组在开环控制下提高机组受控精度。

参考文献：

[1]赵卫正．多工况条件下汽轮机DEH阀门控制性能分析及优化[D]．上海：上海交通大学，2012

[2]郝江平．阳泉二电厂DEH系统分析[D]．北京：华北电力大学．2002