閥門流量特性與單多閥切換

　　周口隆達發電有限公司2×135MW汽輪發電機組是采用上海汽輪機廠生產的低壓純電調汽輪機，控制部分采用新華控制工程有限公司生產的DEH-IIIA控制系統。由于采用的是油動機與閥門一一對應的配置方式，因此也可以實現閥門的管理功能。在#1機組投入商業運行1年后，為優化機組閥門流量特性，提高經濟效益，為此進行了單閥至順序閥的切換，但由于汽輪機廠未提供閥門流量特性曲線，致使在切換過程中負荷波動較大。特做#1機組調門流量特性試驗。后通過試驗找出閥門流量特性曲線，順利地完成單閥（節流調節）至順序閥（噴嘴調節）的切換。
　　單閥/順序閥門切換的目的是為了提高機組的經濟性和穩定性，其實質是實現節流調節（單閥控制）與噴嘴調節（順序閥控制）的無擾切換，解決變負荷過程中的均熱要求與部分負荷經濟性的矛盾。單閥方式時，調節級全周進汽，對調節級葉片應力控制有益，這樣可以以較快的速度變負荷，但另一方面，由于存在節流損失，于經濟性上是不利的。所以單閥方式較適宜于負荷變動工況。順序閥方式對應于調節級部分進汽，由于減少了節流損失而提高了經濟性，但同時葉片存在沖擊會產生部分應力，因而對負荷變化有一定限制，由此可見這種方式適應于高負荷時的穩定運行工況。因為這時大部分閥門處于全開狀態，只是部分閥沒有開足，所以減少了節流損失。圖（一）為單閥/順序閥的流量與閥位關系圖。單閥和順序閥在不同負荷時的熱耗率如圖（二）所示。

切換原理：
一般要求在進行閥門切換時，機組負荷在50%-70%時，汽機的工況穩定，即凝汽器壓力不變，主蒸汽參數不變，不考慮抽汽，則汽機出力僅由蒸汽流量決定，而各個閥門所控制的蒸汽量只與閥門開度有關。設Y_w為閥門蒸汽流量，則：
Y_w=f(P、T、L)
其中P為主蒸汽壓力，T為主蒸汽溫度，L為閥門開度
當P、T為定值時，則：
Y_w=f_i(L)為閥門的流量特性曲線，可以近似地用折線進行表示，這在許多DEH閥門管理程序中都得到應用，當然，折線中取點越多，越能正確反應閥門的流量特性。
設y為汽輪機出力，x為閥門開度，f為閥門開度和蒸汽流量即汽輪機功率的函數關系，則單閥方式下（汽輪機高壓調節門為四個）：
4
y₁= Σ f_i(x_i1)
i=1
順序閥方式下：
4
y₂=Σf_i(x_i2)
i=1
單閥/順序閥方式下的任意狀態下
4
y=Σf₁(x_i)
i=1
如果要求單閥、順序閥切換過程中為無擾切換，則要求
y₁=y₂=y
新華負荷控制原理
DEH控制系統根據機組負荷要求，計算出與當時主汽參數相對應的流量值，經過高低負荷限制，輸出到閥門管理程序，通過閥門管理程序換算成與之相對應的閥門開度。單閥運行時，汽輪機總的流量信號平均加到各個高壓調節門上。順序閥控制時，流入汽輪機的蒸汽流量是各閥門流量的總和，它將按順序依次加到GV1-GV4上，各閥門按順序啟閉，相臨的兩個閥門在開啟時有一定的重疊度（前一閥尚未完全開啟，下一閥便提前打開，這提前開啟的量，即為閥門的重疊度）。通常認為當閥門前后的壓力比P2/P1=0.95~0.98時，閥門就算全開。重疊度的選取要經過方案比較，一般以前一閥門開至閥門前、后的壓力比P2/P1=0.85~0.90時，后一閥就開始開啟為合適。而閥門流量特性曲線就是流量向閥門開度轉換的函數。如果流量曲線與實際有誤差，則在閥門切換過程中負荷變化就比較大。
閥門的流量特性，可以通過計算得到。但是，由于閥門在不同的開啟位置時，最小通流面積不是常數，又因擴壓管的存在，使閥門喉部壓力與閥后壓力不等，加之擴壓管的擴壓效率隨工況的變化而變化，使得蒸汽壓力沿擴壓管流程的變化規律也跟隨變化，因此，通過閥門的流量就不僅僅是閥門前后壓力比與開度的函數，這給理論計算帶來了困難。因此閥門流量計算通常借助試驗進行。
試驗過程
在做試驗前進行了周密的組織和細致的分工，編制調門特性試驗方案，我們在新華公司龍工的密切配合下，在要求工況下，于5月份分別對以下負荷(135,130,125,120,115,110,105,100,95,92,89,86,83MW)做了試驗，運行人員負責試驗操作實施。
一）試驗目的：
1）測取單閥方式下，高壓調門行程h和流量（調節級壓力）特性。
2）測取多閥方式下，高壓調門行程h和流量（調節級壓力）特性。包括GV1全開（GV2、GV3、GV4全關），GV1、GV2全開（GV3、GV4全關），GV1-GV3全開（GV4全關），GV1-GV4全開工況。
3）根據以上測取的閥門行程流量特性，優化閥門管理，提高經濟效益。
二）試驗前提條件:
1)機組必須維持額定主汽壓力。
2)機組負荷能在額定參數閥門全開負荷到60MW負荷范圍之間變化。
3)主要測點變送器、測量通道校驗合格。
4)試驗程序、調試安裝符合試驗要求（能去除閥門重疊度）。
三）試驗方法:
1)蒸汽工況調整由鍋爐控制系統完成。
2)閥門運行工況由DEH試驗程序完成；DEH在閥位控制方式下（MW、IMP回路切除），改變給定值（即閥位指令）達到各試驗工況的變化。
3)壓力、給定值、流量、閥位、功率等參數采集，由DEH完成；流量用調節級壓力代替。
4)試驗用的管理曲線采用無重疊度曲線。
5)DEH逐點給定閥位，鍋爐調整汽壓穩定后,DEH采集數據,主汽壓力應在整個試驗過程中保持不變。
四）試驗注意事項
1）試驗過程中DEH退出功率、調壓回路。
2）試驗過程中撤除AGC控制方式。
3）試驗過程中撤除CCS控制方式。
4）試驗過程中撤除DEH遙控方式。
5）當第一次負荷指令為135MW時，鍋爐側的壓力定值根據實際功率現場確定，以閥門全開，負荷不超發為準。
6）試驗過程中應密切注意汽機振動、軸向位移、差脹等參數的變化；
7）任何自動裝置運行中，當發生運行參數波動較大，且無法調整至正常值時，應立即撤出相關自動，進行手動控制，調整運行參數至正常值。
8）試驗過程中發生事故，其操作按運行規程進行相關事故處理，控制各項主要參數在規定范圍內。
五）試驗順序
單閥試驗?閥切換?多閥試驗?DEH恢復。從閥門全開工況開始到最低負荷，而后閥切換，由最低負荷到全開工況。
六）試驗步驟
試驗準備：檢查試驗條件滿足
1、單閥方式下調門特性試驗步驟
1.1在單閥方式下，使GV1、GV2、GV3、GV4四閥全開，實際負荷為額定負荷135MW，機組維持當前主汽壓力和主汽溫度。
1.2從單閥全開工況開始減負荷，維持主汽壓力和主汽溫度，每次調整目標值減0.5MW負荷，等工況穩定后再作下一步調整，變負荷率掌握在0.25MW/min，直到實際負荷降至75MW。在此過程中運行應嚴密監視實際負荷變化, 可視情況改變變負荷率。
1.3 上一步操作結束后開始升負荷，每次調整目標值增加0.5MW負荷，等工況穩定后再作下一步調整，變負荷率掌握在0.25MW/min，直到GV1、GV2、GV3、GV4四閥全開。在此過程中嚴密監視實際負荷變化, 可視情況改變變負荷率。
2、多閥方式下調門特性試驗步驟
2.1在單閥全開穩定工況下，在DEH組態P52頁強制模塊25為1，正常后切為多閥。
2.2從多閥全開工況開始減負荷，每次調整目標值減2.5MW負荷，等工況穩定后再作下一步調整，變負荷率設定在2.5 MW/min，直到實際負荷至75MW。在此過程中運行應嚴密監視實際負荷變化, 可視情況改變變負荷率.
2.3 上一步操作結束后開始升負荷，每次調整目標值增加5MW負荷，等工況穩定后再作下一步調整，變負荷率設定在2MW/min-2.5 MW/min，直到GV1、GV2、GV3、GV4四閥全開。在此過程中運行應嚴密監視實際負荷變化, 可視情況改變變負荷率.
3、試驗結束
3.1 在GV1、GV2、GV3、GV4四閥全開下恢復閥門重疊度,若要恢復單閥運行,一定要在閥門全開時切換。
3.2 試驗結束維護部熱控人員開放被強制功能塊，并刻錄數據光盤交新華公司服務人員帶回新華公司。新華公司遵循"有求必應的服務宗旨"對試驗數據進行分析，并做仿真試驗，特提出修改＃1機組DEH的部分組態； 我們在#1機停運前按在線修改組態的步驟修改了組態：
1）、備份原始組態。
2）、確認DEH切為單閥手動控制方式。
3）、以ENG級別連接主控＃11DPU；并上裝組態文件。
4）、按新華公司處理后的數據修改組態。（修改前后閥門流量特性曲線表見附頁1）
5）、修改完進行校對無誤后；對組態文件寫盤，并COPY到副控。
3.3 組態修改后，DEH控制切為自動。投入功率回路，進行單閥升降負荷試驗，滿足《汽機運行規程》的要求。
3.4 100 MW負荷時，做單多閥切換試驗，效果明顯。（閥門切換時負荷擾動見附頁2）
閥門流量特性曲線的作用
汽輪機的功率調節是通過改變調節閥門的開度，調節進入汽輪機的蒸汽流量來實現的。閥門流量特性是指流經閥門的蒸汽與閥門開度的對應關系，它直接影響著調節系統的品質和機組運行的經濟性，不僅要求單閥有符合要求的閥門流量特性，同時也要求順序閥聯合調節時，也符合要求的閥門流量特性。
結果分析
我廠#1機組單閥改多閥工作結束，效果明顯。修改后的單閥多閥控制特性和切換已能實現順利切換，在投入功率回路的情況下，負荷波動小于3.5MW，且能滿足調節系統的調節品質和機組安全運行經濟性的要求，工作穩定，在任何工況下閥門的開度和蒸汽流量均無自發的擺動現象，多閥控制時也無負荷大幅度的擺動現象，公司領導給予了充分的肯定。