汽轮机顺序阀门控制原理与应用

一、前言 现代大、中型发电机组中汽轮机均采用数字式电液调节系统（DEH）进行控制，各进汽阀门是由电信号控制、高压油动机驱动。其中进汽阀门的管理显然是DEH 系统的重要功能，特别是实现顺序阀/单阀的无扰切换，需要准确而科学的顺序阀控制管理程序。从而保证机组在运行方式的切换过程中能正常稳定的运行。由此可知顺序阀门切换控制是DEH 调试的一项重要内容。 二、DEH 阀门管理功能 新建机组在试运期间（半年时间）一般采取全周进汽的单阀运行方式，单阀方式下，蒸汽通过高压调节阀和喷嘴室，在360°全周进入调节级动叶，调节级叶片加热均匀，有效地改善了调节级叶片的应力分配，有利于叶根和轮缘部分的机械载荷的分布，有利于机组运行初期的磨合。另外在机组启动过程或调峰方式运行时，需要较快的改变负荷，也同样需要采用单阀控制。但单阀运行，所有调节阀均部分开启，节流损失较大。机组运行要求尽量减少调节阀门的节流损失，提高汽轮机的效率。通常阀门的节流损失在阀门接近全关或全开时达到最小。顺序阀方式则是让调节阀按照预先设定的次序逐个开启和关闭，在一个调节阀完全开启之前，另外的调节阀保持关闭状态，蒸汽以部分进汽的形式通过调节阀和喷嘴室，节流损失大大减小，机组运行的热经济性得以明显改善。有数据表明，在50%负荷下，采用顺序阀方式运行比单阀方式运行，机组的热效率可提高至少3%。 因此在机组运行过程中，为了提高机组热效率，需要在单阀控制方式和顺序阀控制方式之间相互切换。其实质是通过喷嘴的节流配汽（单阀控制）和喷嘴配汽（顺序阀控制）的无扰切换，解决变负荷过程中均匀加热与部分负荷经济性的矛盾。这样就要求有一套完整精确的阀门管理程序来实现在不对机组运行产生扰动的情况下，进行单阀和顺序阀控制的平衡切换。 三、阀门切换控制原理 单阀/顺序阀切换就是按照上述思想设计的，单阀系数乘以单阀开度指令与顺序阀系数乘以顺序阀开度指令相加后得到的就是各个阀门实际的开度指令。单阀指令和顺序阀指令是当前负荷指令分别经过单阀曲线和顺序阀曲线转换后得出的。 在实际的阀门切换过程中，上述分析中的假设条件是难以成立的，所以不可避免地会有负荷扰动；但如果投入闭环控制，负荷扰动在一定程度上可以得到改善，即如果投入功率闭环回路，当实际功率与负荷设定值相差大于4%时，切换自动中止；当负荷调节精度达到3%以内时，切换又自动恢复。投入调节级压力控制回路或协调控制回路与此类似。 四、应用 华能岳阳电厂二期扩建工程（2×300MW）汽轮机是由哈尔滨汽轮机厂生产的N300-16.7/537/537型亚临界、中间再热、高中压合缸、双缸双排汽单轴反动凝汽式汽轮机组。其顺序阀的开启顺序（见图1）为GV#1/GV#2→GV#4→GV#5→GV#6→GV#3即GV#1和GV#2同时开启，然后是GV#4、GV#5、GV#6开启，GV#3最后开启。关闭顺序与此相反。单阀/顺序阀切换时间为3.3分钟（可调）；操作人员选择“顺序阀请求”后，发出“阀切换开始”。这时开始阀切换，单阀系数从100%逐渐减小，多阀系统从0%逐渐增加。在切换过程中，可以按“阀切换暂停”停止阀切换，保持原位；按“阀切换开始”又开始阀切换或选择“单阀请求”，返回单阀控制方式。当顺序阀系数大于99.9％且单阀系数小于0.1%时，顺序阀切换完成。图2表示，各个阀门实际的开度指令等于单阀系数乘以单阀开度指令与顺序阀系数乘以顺序阀开度指令相加。其中单阀开度指令和顺序阀开度指令是当前负荷（流量）指令分别经过单阀曲线（图3）和顺序阀曲线（图4）转换后得出的。 图1 300MW汽轮机阀门/喷嘴布置 图2 顺序阀切换的逻辑程序 图3 300MW汽轮机单阀流量曲线 图4 300MW汽轮机顺序阀流量曲线 在单阀向顺序阀切换过程中或阀门已处于顺序阀方式时，如果汽机跳闸或出现任一个GV紧急状态，即实际阀位和阀位指令之间偏差大于设定的限值，则强行将阀门置于单阀方式。这种情况下强制成单阀方式可以减小负荷扰动。 在切换过程中，势必有些高调门要经历高斜率区，此时阀门开度指令变化极快，而阀门开关速度跟不上，导致开度指令与阀位反馈瞬间出现较大偏差。程序中设定只要阀门开度指令与阀位反馈偏差达5%时即输出阀门故障信号，终止顺序阀与单阀控制之间的切换。 在顺序阀控制方式下，若顺序阀流量曲线不够准确，在特定的工况下，阀门会出现较大范围的抖动。这时需要仔细的修正流量特性曲线。也需注意机组升负荷率的限制，减小热应力，延长机组寿命。 五、结束语 汽轮机阀门切换管理程序涉及到多种运行工况，切换过程需注意负荷、汽压的波动，也必须密切关注阀门的动作状态等。厂方提供的流量曲线因为机组安装或其它原因极可能会出现实际数据与设计数据出入较大的现象。调试时，需仔细整定各种参数，保证机组运行稳定。总之，汽轮机的阀门管理是DEH中较为复杂和非常严谨的程序，必须熟悉控制原理，注意各工况的变化，以科学、严谨的态度反复试验，认真调试。