汽轮机调门流量曲线测试及流量管理函数优化研究

第54卷第5期2012年1O月汽轮机技术TURBINETECHNOLOGYVO154NO50CT2012汽轮机调门流量曲线测试及流量管理函数优化研究李阳海，张才稳，杨涛，王昆1华中科技大学能源与动力工程学院，武汉4300772湖北省电力公司电力科学研究院，武汉430074摘要分析了汽轮机调门流量曲线测试及流量管理函数优化的重要性，改进了汽轮机调门流量曲线的测试方法，并提出了一种新的基于多边界条件多目标的流量管理函数优化方法，在对某330MW机组调节系统控制品质优化的过程中取得了很好的效果，提高了顺序阀模式下流量曲线的线性度，减少了调门的重叠度，提高了机组热经济性。关键词汽轮机；调门；流量曲线；测试；优化分类号TP2735文献标识码A文章编号10015884201205036804STEAMTURBINECTROLVALVEFLOWCURVEMEASURINGANDFLOWDISPATCHFUNCTIONOPTIMIZATIONRESEARCHLIYANGHAI，ZHANGCAIWEN，YANGTAO，WANGKUN1COLLEGEOFENERGYPOWERENGINEERING，HUAZHONGUNIVERSITYOFSCIENCETECHNOLOGY，WUHAN430077，CHINA；2ELECTRICPOWERTESTRESEARCHINSTITUTEOFHUBEIPOWERCORPORATION，WUHAN430074，CHINAABSTRACTANALYZESTHEIMPOANCEOFSTEAMTURBINECONTROLVALVEFLOWCURVEMEASURINGANDFLOWDISPATCHFUNCTIONOPTIMIZATION，IMPROVESTHETESTMETHODOFSTEAMTURBINECOTROLVALVEFLOWCURVEMEASURING，ANDALSOBRINGSFORWARDANEWFLOWDISPATCHFUNCTIONMULTILIMITMULTIGOALOPTIMIZATIONTHEAPPLICATIONOFTHESEMETHODSDURINGA330MWSTEAMTURBINECONTROLSYSTEMOPTIMIZATIONSHOWSAGOODPERFORMANCE，ANDINSEASEDTHELINEAROFFLOWCURVE，DECREASETHEVALVEOVERLAP，INCREASEUNITTHERMALPERFORMANCEKEYWORDSSTEAMTURBINE；CONTROLVALVE；FLOWCURVE；MEASURING；OPTIMIZATION0前言当汽轮机处于运行状态时，调门的开度变化将会产生进汽量的变化，从而改变机组负荷。对汽机调门的控制是在DEH数字式电液系统中实现的。一般来讲，DEH对调门有两种控制模式，一种是单阀模式节流模式，一种是顺序阀模式喷嘴模式。在机组启动初期或带低负荷时，采用单阀控制模式比较有利，此时汽流将会以360。全周进入调节级叶片，使汽轮机内部部件得到较为均匀的加热和膨胀，从而使主蒸汽状态与汽机内部金属温度达到更好的匹配。因此，在机组运行的前6个月一般都要求采用单阀模式运行。当机组投入商业运行，各控制装置及各系统均正常后，为减少阀门的节流损失，提高机组热经济性，则会将调门控制模式改为顺序阀模式，即每一只调门按照一定的顺序先后开启，这是通过设定每一只调门在顺序阀模式下的流量管理函数来实现的。顺序阀模式下各调门的流量管理函数通常由汽轮机厂家提供。但是，实际调试及运行过程中经常会发现，在某些区域虽然流量指令有变化，但负荷变化却不明显，而在某些区域即使流量指金里查量变化，负荷却出现了大幅的波收稿日期2012O207动。究其原因，主要是由于调门流量管理函数设置不合理，流量指令与实际调门流量输出之间并不成线性关系，在某些位置存在流量不灵敏区，而在某些位置又会出现流量突变造成的。随着国内对机组控制水平要求的不断提高，特别是电网对机组AGC控制以及一次调频功能的考核，使得各电厂日益注重提高机组自动控制的调节品质，在这种情况下，研究如何优化顺序阀模式下调门的流量管理函数具有十分重要的现实意义。测定调门流量曲线是对流量管理函数进行优化的基础。本文在目前国内采用过的调门流量曲线测试方法基础上进行了进一步优化，更易于现场组织实施，且方法简单，测量精度高。同时，在对调门流量管理函数进行优化的过程中，提出了一种新的多边界条件多目标值的优化方法，并在实际应用中取得了很好的效果。1汽轮机调门流量曲线测试方法研究11一般性原则汽轮机调门流量曲线也称调门特性曲线，也即调门开度与主蒸汽流量之间关系。对它的测试是进行调门流量管作者简介李阳海1980，男，汉族，工程师，博士研究生，研究方向热力设备自动化、数字仿真、热力系统经济性。第5期李阳海等汽轮机调门流量曲线测试及流量管理函数优化研究369理函数优化的基础，一般包括单个阀门流量曲线的测试和顺序阀模式下整体流量曲线的测试。在得到每一只阀门的流量曲线后，就可以通过一定的优化方法，修改各调门的流量管理函数，使流量指令与各阀门整体流量输出之间呈现线性关系，从而优化调节品质。对整体流量曲线的测试则主要是为了判定机组流量输出是否线性或检验优化的效果。由于主蒸汽的压力、温度均很高，实际试验过程中很难直接准确测量主蒸汽流量，因此一般都采用与主蒸汽流量基本成线性关系的调节级压力来代替，这样调节级压力的变化就可以看做主蒸汽流量的变化。国内目前对单个调门流量曲线测试的研究较少J，对整体流量曲线的测试方法研究较多，但普遍存在试验条件苛刻，持续时间长，精度不够的缺点。本文在试验方法上做了一些改进，试验条件更容易满足，且试验过程简单，测试精度高。12改进的调门流量曲线测试方法在对某330MW机组进行调门流量曲线测试时采用了如下的试验方案。121单个调门流量曲线测试1以顺序阀方式带负荷70左右，DEH切除遥控及功率、压力、一次调频回路。2锅炉维持稳定燃烧，以手动方式增加流量指令直至所有调门全开，机组滑压运行。3当所有高调门全开后，通过阀门活动试验功能块依次对各高调门进行全行程活动试验，试验时通过修改内部组态，使调门开关速率控制在LS。4试验过程中同步记录机组主蒸汽压力、调节级压力、发电机功率、各高调门指令及反馈，采样频率1次S。122顺序阀模式整体流量曲线测试1以顺序阀模式带负荷70左右，DEH切除遥控及功率、压力、一次调频回路。2锅炉维持稳定燃烧，以手动方式，按照2MIN的速率逐渐增加流量指令，直至所有调门全开，机组滑压运行。3当所有高调门全开后，再以手动方式，按照2MIN的速率逐渐减少流量指令，直至DEH流量指令达到5O左右。4试验过程中，锅炉维持稳定燃烧，如有超压危险可适当调整。13调门流量曲线的绘制方法完成上述试验项目以后，即可通过计算获取调门开度与主蒸汽流量之间的关系，并绘制出单个调门流量曲线及整体流量曲线。对单个调门的流量可按照弗留格尔公式进行推算G等等式中，G为体积流量百分比；P、G为被测试调门全开时调节级压力、蒸汽流量；P、G劬为被测试调门开度为0时调节级压力、蒸汽流量；PC为采样时调节级压力、蒸汽流量。对整体流量可按照下式进行推算QPIM2式中，Q为等效实际流量；P为调节级压力；P，为额定调节级压力；P为额定负荷时主汽压力值；为不同负荷下的试验压力。2汽轮机调门流量管理函数优化方法研究21一般性原则在获取了单个调门的流量曲线之后，即可据此对调门流量管理函数进行优化。调门流量管理函数是流量指令与单个调门开度指令之间的关系，它负责完成流量在各个调门之间的分配。对调门流量管理函数进行优化实际是一个多目标值、多边界条件下的组合问题，结合生产运行的需要通常有以下要求1流量指令与实际流量之间应尽量呈现线性关系，从而提高控制系统的调节品质。2在前一调门能维持流量线性输出的情况下后一阀门应尽量晚开，减少阀门重叠度，减少阀门节流损失，从而提高机组的热经济性。3调门开启初期动作不宜过慢，减少阀门冲刷。4调门开启末段动作不宜过快，防止阀门在高阀位剧烈振荡。5考虑到机组不会在过低的负荷段长期运行，因此在较常运行的负荷区间对流量管理函数进行优化，也即对最后开启的几只调门进行优化更有现实意义。22改进的调门流量管理函数优化方法在对调门流量管理函数进行优化方面，国内已有学者做了一些有益的探索，总体而言主要有经验法、投影绘图法等，本文通过对调门流量曲线进行反向映射，分段确定调门开启量，并设定阀门开启速率限制，可在保证流量输出线性的基础上避免阀门振荡。按照上述优化原则，实际优化时可按照下列步骤进行1确定流量管理函数优化的调门以及优化区间。如某机组共6只高调门，开启顺序为1号2号一4号一5号一6号一3号，则可以将后3只调门作为优化对象，此时从4号高调门完全打开时对应的流量指令如51直至所有调门全开时对应的流量指令如100就是优化区间，此时前3只调门已不会影响整体的流量输出。2在优化区间内按照1的间隔在各调门之间分配流量。原则上先预设调门开启速度限制防止调门振荡，如流量指令每增加1，调门开启不得超过6。由于各调门流量曲线已通过试验获取，通过查找单个阀门的流量曲线，就可以知道流量指令每增加1所需要增加的调门开度。只要增加的调门开度未达限制值，则下次增加流量指令时仍优先由这只阀门增加开度。如果当流量指令增加1，而这只调门需增加的开度超过限制值，则此时下一只调门就需要开启，补足流量增加的不足部分。表1是对某330MW机组调门流量管理函数进行优化时的计算表格，可以很明显看出，当调门开度增加超限时下一只调门就会打开。3局部细化。为防止调门开启初期开度过小引起冲刷，可在开启初期适当增加开启速度。检查调门开启时上一调门流量是否已基本饱和，适当调整调门开启速率限制值，从而减少或增加调门重叠度。370汽轮机技术第54卷3汽轮机调门流量曲线测试及流量管理函数优化实例某300MW汽轮机通过通流部分改造后，增加汽轮机出力至330MW。改造完成后试运行期间发现协调控制调节品质变差，某些负荷点容易出现负荷振荡，严重影响机组完成AGC及一次调频考核。此外，该汽机最后开启的3号高调门在高负荷段运行时会出现调门巨幅振荡，为此热工人员不得不将流量指令上限设定为97，影响机组安全以及带大负荷能力。将该机组原始调门流量管理函数绘制在一张图上即为重叠度曲线，如图1所示。GV1GV3GV6GV2WSGV4、趟匿图1某330MW机组原始调门重叠度曲线按照新设计的流量曲线测试方法对该机组调门流量曲线进行了测试，测试结果如图2一图5所示。从测试结果来看，该机组调门在顺序阀模式下存在以下问题图2某330MW机组G3流量曲线咖L、咖煺、删媸图3某330MW机组GV6流量曲线图4某330MW机组GV5流量曲线图5某330MW机组顺序阀模式整体流量曲线1GV流量指令与实际流量之间线性度不够，且70以及80流量指令附近存在一定的不灵敏区。23号高调门在流量指令末段开启过快，造成带大负荷时出现阀门振荡。0舳砷柏加。第5期李阳海等汽轮机调门流量曲线测试及流量管理函数优化研究3713阀门重叠度较大，GV6开启时GV5的流量尚不足40，GV3开启时GV6流量不足67，增加了机组低负荷运行时的节流损失。利用改进后的流量管理函数优化方法对5号、6号、3号高调门流量管理函数进行了优化，优化后机组重叠度曲线如图6所示。理论情况下，优化后顺序阀模式下整体流量曲线将如图7所示。、匿、媸流量指令，图6某330MW机组优化后调门重叠度曲线流量指令，图7某330MW机组优化后顺序阀模式整体流量曲线理论值从优化后机组运行状况来看1解除流量指令97的上限后，带大负荷时3号调门未出现振荡现象，不再影响机组出力。2机组调节品质明显提高，流量指令与实际负荷基本呈线性关系，AGC指令跟踪正常，调节动静态偏差小，顺利通过AGC功能考核。3阀门重叠度减小，6号、3号高调门延迟开启。5号高调门流量达到约855时6号高调门开启，6号高调门流量J2922时3号高调门开启，阀门节流损失大大减小，提高了机组热经济性。4结语本文论述了顺序阀模式下调门流量管理函数优化的重要性，针对目前采用的调门流量曲线测试及调门流量管理函数优化过程中存在的问题，提出了新的思路，设计了新的测试试验方案和函数优化方法，在对某330MW调门流量管理函数进行优化的过程中取得了很好的效果，可以为相关的试验和优化工作提供参考。参考文献上海汽轮机有限公司N300167538538型300MW中间再热凝汽式汽轮机运行说明R上海汽轮机有限公司，20048张斌，蔡奇新DEH阀门流量特性曲线对机组协调控制的影响J江苏电力工程，2008，2717577刘新龙，巨林仓，胡平，等DEH阀门流量特性曲线校正J汽轮机技术，2011，704288290王文宽大型汽轮机阀门管理参数的现场整定J汽轮机技术，2008，502156158吕继奎国产引进型300MW机组顺序阀运行研究J中国电力，2003，3642124张曦，黄卫剑，朱亚清，等汽轮机阀门流量特性分析与优化J南方电网技术，2010，417275何永斌，李大中200MW机组负荷波动原因分析及处理J电气工程与自动化，2011，912温志勇，陆炜汽轮机阀门特性优化办法的改进J中国电力教育2010年管理论丛与技术研究专刊692694田松峰，史志杰，闽丽涛汽轮机控制系统中阀门重叠度的研究J汽轮机技术，2008，506448450上接第323页参考文献1史进渊，杨宇，邓志成，等超超临界汽轮机固体颗粒侵蚀的研究J动力工程，2003，234248724892刘志江超临界机组汽轮机固体颗粒侵蚀的综合研究J电力设备，2004，634393王顺森，毛靖儒，丰镇平高参数汽轮机调节级喷嘴防治颗粒冲蚀技术及其优化机制C会议论文集，20101791894KWAGISHIH，KAWASSAKIS，IKEDAKETA1PROTECTIVEDESIGNANDBORIDECOMINGAGAINSTSOLIDPARTICLEEROSIONOFFIR