15 汽轮机高压调门摆动原因分析及解决方案(中电联)

汽轮机高压调门摆动原因分析及解决方案

曹勇石卫军

（天津华能杨柳青热电有限责任公司）

摘要：汽轮机高压调门是汽轮机调速及安全运行的重要设备，其调节品质的好坏直接影响到汽轮机转速及机组负荷的控制的稳定性，同时对于机组的安全性也至关重要，本文对上汽300MW抽汽供热汽轮机在特定工况下存在的高压调门严重摆动问题的原因进行了深入分析，给出了较为完善的解决方案，对其它电厂解决相似问题具有一定借鉴意义。

关键词：汽轮机高压调门DEH 阀门曲线摆动

1 机组概况

杨柳青热电厂#5、6号机组为300MW供热机组，锅炉为德国巴高克公司生产的亚临界、一次中间再热、直吹式制粉系统、双燃烧室（W火焰）、100％飞灰复燃、液态排渣、塔式直流炉。汽轮机是由上海汽轮机厂引进西屋技术生产的C300/250-16.7/0.343/538/538型亚临界、单轴、一次中间再热、双缸双排汽、凝汽式汽轮机，该型号汽轮机的高压进汽部分由两台主汽门(TV1—6)和六台调速汽门（GV1—6）组成，设计有单阀和顺序阀两种运行方式，由于顺序阀与单阀相比具有较小的节流损失，可显著提高汽轮机效率，因此当前各发电厂都尽可能采用顺序阀的运行方式。机组控制系统DCS部分采用西门子公司T-ME/XP系统，DEH采用西屋公司WDPFⅡ系统，正常运行时投入AGC方式，DEH系统通过硬线信号接受DCS汽机主控制器给出的设定值，将其转换成每个高压调节门对应的开度指令，来控制汽轮机运行。

2 问题的提出

杨柳青热电厂＃5、6机组在投入顺序阀控制最初几年，汽轮机所有调门控制基本平稳，偶尔因伺服阀卡塞和零飘等原因出现一些异常，都能查明原因及时进行处理。随着机组运行时间的增长，#4、5、6高调门出现了从44.63％到100%间大幅度的振动现象，当DEH的阀门总指令在顺序阀相邻两个阀门的交叉点上小范围波动时，这种振动会持续发生，造成机组负荷、门体和EH油压同步波动，更严重的是振动造成高压调门弹簧疲劳，多次发生断裂。

汽轮机高压调节门作为汽轮机重要的调节机构，其可靠性对机组的安全尤为重要，高压调节门机械弹簧在运行中断裂对汽轮机控制会生不可预见的影响，在机组甩负荷、机组跳闸或其它异常情况时，汽轮机高压调节门要靠弹簧力快速关闭，而机械弹簧失效会增大调速系统动作时间，严重时会造成汽轮机超速，其危害十分严重。因此需对高压调节门振动的原因进行分析，并采取措施从根本上防止此类现象频繁发生。

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3 原因分析

机组正常运行时，DEH系统投入遥控控制方式，接受由DCS汽机主控制器给出的负荷设定点，再叠加上一次调频产生的负荷偏差，经负荷流量曲线转换为总的流量指令。总流量指令根据顺序阀开启顺序的需要，经函数转换换算成每个高压调门的流量指令，再由阀门特性曲线变换为对应每个阀门的开度指令，来控制高压调门的动作。

机组运行初期，因电网AGC指令不包含调频因素，机组调频功能也未投入，供热负荷小并且调整范围不大，主汽压力的控制品质也比较好，因此DEH系统在AGC负荷指令稳定时所形成的阀门总指令很稳定，分配到每个阀门的开度指令在负荷相同的情况下几乎没有变化，机组经常运行的几个负荷点很少落在顺序阀控制中两个相邻阀门的交叉点上。

当机组一、二次调频以及电网AGC指令的调频功能投入后，机组的电负荷指令不再是一个稳定的值，DEH接收到的设定点也不再保持稳定，而是经常性地在小范围内波动。随着供热负荷增大和热负荷调整范围的增大，使得同样电负荷情况下对应的阀门总开度不再相同，经常性的发生变化。由于本型号汽轮机的高压调门有6个，顺序阀方式时GV1和GV2一直开满，其它阀门按照GV4、GV5、GV6、GV3的顺序参与调节，每两个阀门间存在交叉重叠，这样就会有三个交叉点，比一般四个高压调门的机组要多两个，如果阀门曲线配合的不好，产生交叉点阀门摆动的几率大得多。

我厂＃5、6机组汽轮机高压调门特性曲线G（X）如图1所示。

图1 高压调节门特性曲线

由高压调节门特性曲线参数可知，高压调节门开度6%时其阀门蒸汽流量为阀门总流量的0.001%,在44.63—100%开度变化时, 其阀门蒸汽流量变化量为阀门总流量的2.47%,不到汽轮机额定进汽流量的1%。由于6%为油动机死行程，高压调节门几乎无进汽。6--44.63%开度间为调节门正常调节工作区，44.63%为特性曲线的拐点，调门开度大于拐点值时，高压调节门开度变化对流量影响很小，调节能力差。GV4、GV5、GV6在特定负荷下常在44%--100%阀位间频繁大幅调节就是因为GV4、GV5、GV6在拐点以上频繁参与调节所致。

DEH控制系统在顺序阀控制方式下，各高调门流量指令由如下逻辑进行分配, 总流量指令经过六个线性函数Y=KX+B（X为流量总指令，Y为对应每个阀门分配的流量），分配至六个高压调门，以实现阀门顺序开启。具体分配如下图：

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1324 GV1 Y=2.3760X

GV2 Y=2.3760X

GV3 Y=4.7526X-500

GV4 Y=4.7526X-200

GV5 Y=4.7526X-300

GV6 Y=4.7526X-400

由上述流量分配函数可知顺序阀控制方式下各高调门开启顺序为GV1、GV2同时开启，随后依

次为GV4、GV5、GV6、GV3，其开启的先后顺序由负偏置决定。

GV1、GV2流量修正曲线函数参数如下：

GV3流量修正曲线函数参数如下：

GV4流量修正曲线函数参数如下：

GV5、

由以上函数及曲线可知，GV5、GV6流量修正曲线输入在2.499-2.5变化时输出有一向下阶跃, 输入在102.499-102.5变化时输出有一向上阶跃，GV5上跃点恰为GV6下跃点，这是因为顺序阀控制时上、下级阀门为保持平稳过渡，GV5流量指令到达97.5%后，即GV5开度在拐点附近时, GV5调节能力变差，GV6开始参与调节，GV5流量修正曲线输出保持在97.5%不变至流量指令输入到达102.499%，在此阶段由GV6控制，其流量修正前指令为-2.5-2.499。指令继续上升时GV5流量修正曲线输出上跃至100%，此时GV6流量修正曲线输出由5%下跃至2.5%，以弥补GV5由44%突开至全开时对总蒸汽流量的扰动。

流量修正曲线的目的是为了避免GV在阀门曲线放大区域内工作，减小油动机振动，实际调节时并没能避免GV5在44%至全开位摆动。什么原因造成顺序阀控制时上、下级阀门不能平稳过渡呢？从高压调节门特性曲线参数可知油动机理论上死行程为6%，阀门曲线最终将流量指令转换为阀门开度指令，某一开度对应某流量值，如油动机死行程偏高于理论值，某一开度对应流量值将偏小于理论值。当GV5流量指令由97.5%跃至100%时，GV5从44%至全开位，实际流量有2.5%的突升, 由GV6下关以抵消此流量扰动。如GV6此时在死区内，流量无变化无法抵消此扰动，DCS遥控指令将减小总流量指令使GV5又回至44%开度，造成GV5振动，同理由GV4向GV5及GV6向GV3过渡时也会造成GV4和GV6振动。

油动机死行程偏高于理论值在一次调频试验时得到证实，一次调频试验时GV5全开，GV6开

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度为13%。当一次调频指令为+10MW时，GV6由13%开至15%，负荷增加10MW，而次调频指令为-10MW时，GV6由13%关至8%，负荷只减小2MW，蒸汽流量小于理论值。

另外，当GV4、GV5或GV6刚好工作在阀门曲线放大区域时，由于DCS遥控指令的微小波动或一次调频的影响也会造成阀门在44%--100%开度间频繁大幅摆动。

4 解决方案

由于影响某一负荷所对应的阀门总开度的重要因素之一是主汽压力，我们最初设计了通过修改局部滑压曲线的方式来解决存在问题的方案，既当汽机阀门总开度使得某一高压调门处于摆动状态时，将主汽压力的设定点叠加一个偏置量，改变主汽压力设定，从而改变汽机阀门开度总指令，使得摆动的阀门远离其特性曲线的放大区域，当超出设定的死区后，再将主汽压力设定恢复到原设计曲线。从理论上上述方案可以较好解决高压调门的摆动问题，但在实施中由于DCS资源和容量的限制，最终没能实现，在此提出来供遇到相似问题的机组参考。

经过再次论证和试验，我们最终采用了修改DEH侧阀门控制逻辑的修正方案：

在原阀门曲线函数F1（x）基础上增加曲线函数F2（x）,通过高限块进行两函数的切换。原理图如下：

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为实现以上功能需加以下文本块：

1、切换块4个：

阀门GV3 GV4 GV5 GV6

文本号690 691 692 693

2、函数快4个：

阀门GV3 GV4 GV5 GV6

文本号455 456 457 458

3、高限快4个：

阀门GV3 GV4 GV5 GV6

文本号995 996 997 998

4、新加点16个：

O003Z690 O003Z691 O003Z692 O003Z693

O003Z455 O003Z456 O003Z457 O003Z458

O003Z995 O003Z996 O003Z997 O003Z998

GV3T GV4T GV5T GV6T

5、修改文本963 964 965 966 的2.499

X=2.499 Y=2.499

6、将文本463的Y=KX+B的B改为-482

将文本464的Y=KX+B的B改为-196

将文本463的Y=KX+B的B改为-292

将文本463的Y=KX+B的B改为-388

经过述修改后, 阀门曲线函数将在阀门放大区时减小并避免调门在临界时摆动,避免调门在特定负荷下调门摆动频繁造成调门弹簧断裂。

调试参数时的注意事项：

1、修改逻辑时先修改主DPU逻辑，副DPU逻辑不改逻辑。

2、对逻辑先进行静态试验。

对逻辑先进行动态试验时应作好各种预想，如调门摆动频繁调节品质下降则将副DPU切至工作状态，将控制逻辑恢至改前状态。

调试参数时的运行方式：

1、机组并网带负荷，投UCC。

2、DEH投遥控，顺序阀控制方式。

3、增负荷使GV4在临界，GV5处于调节状态，观察调门摆动情况。微调负荷指令，观察调门摆动情况。

4、增负荷使GV5在临界，GV6处于调节状态，观察调门摆动情况。微调负荷指令，观察调门摆动情况。

5、增负荷使GV6在临界，GV3处于调节状态，观察调门摆动情况。微调负荷指令，观察调门

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摆动情况。

总流量修正曲线如下：

GV1、GV2流量修正曲线如下：

GV3、4、5、6流量修正曲线如下：

GV阀门曲函数如下：

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新增加的F（X）函数曲线如下：

当高限块检测出各阀门流量指令大于98℅时，将发切换指令GV3T、GV4T、GV5T、GV6T将流量函数切至新流量函数，使得流量指令在阀门曲线放大区上升和下降间产生一个死区，从而减小因阀门曲线在放大区造成的油动机大幅度摆动。

5 结论

高调门控制逻辑进行修正后静态测试正常，带负荷逻辑测试，各调门在不同的负荷状态下调节平稳，通过GV趋势曲线可看出调门在特定负荷下解决了摆动问题，控制逻辑进行修正前、后趋势曲线进行比较，调门控制平稳。但上述方法在阀门流量特性出现变化时，需要经常性重新核准实际阀门特性对曲线进行修正。

【作者简介】

曹勇：男，41岁，1989年至1998年在元宝山电厂热控分厂和生产处工作，2008年至今在天津华能杨柳青热电有限责任公司检修部和策划部从事热控技术工作，策划部专工，高工，华能热工技术专家。

石卫军：男，华北电力大学毕业，1996年至今在天津华能杨柳青热电有限责任公司检修部汽机控制班工作，现任技术员。

单位地址：天津市西青区西青道246号（300380）

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