600MW亚临界空冷机组汽轮机高调门摆动问题的分析及解决方案

1、600MW亚临界空冷机组汽轮机高调门摆动问题的分析及解决方案内容来源自网络在实际中，电网的频率是不断波动的，如在末端电网，由于许多新能源发电单元（如风电机组）的并网运行，其频差信号经常在±0.05Hz左右（对应转速差为±3r/min）频繁变化。而电力系统运行的主要任务之一是对频率进行监0 引言在实际中，电网的频率是不断波动的，如在末端电网，由于许多新能源发电单元（如风电机组）的并网运行，其频差信号经常在±0.05Hz左右（对应转速差为±3r/min）频繁变化。而电力系统运行的主要任务之一是对频率进行监视和控制，因此，发电机组的一次调频功能对维持电网频率的

2、稳定至关重要。在电网频率的波动事件中，一次调频能力离设计值相差甚远，很多装备有快速数字电液调速器的机组没有参与一次调频。针对一次调频引起EH油管振动问题，从硬件的角度提出了在每个高压调门的进油管路增加了蓄能器，并对管束支撑进行了加固的处理措施，并取得了一定的效果。针对某135MW亚临界机组为例，从DEH系统逻辑上分析了一次调频功能在重叠度区容易引起阀门大幅晃动，甚至引起EH油管振动的原因；并且，提出在重叠度范围略微减弱流量阀位曲线斜率较大的阀门一次调频能力，在总体上保证一次调频的幅度和精度满足电网要求，在国内首次从软件优化的角度来消除一次调频引起的阀门大幅晃动和EH油管振动；同时，还通过仿真试

3、验验证了在CCS与DEH联合调频方式下，优化后可大大降低阀门晃动幅度，提高了汽轮机组的安全稳定性。由于，600MW级别的机组目前在我国占有很大的比重，许多文献中提及这个级别的机组在实际运行中会出现许多问题，而且这些问题随着机组运行参数的升高，问题的严重性以及出现的概率也相应地加大。如超临界机组的问题就要比亚临界的多一些，如国内大多数未进行系统高调门配汽优化工作的火电机组，都存在高调门配汽规律设计不佳的情况。当机组投入顺序阀方式运行时，出现了一些由配汽规律设计不当而引发的问题，因此，600MW级别机组的运行优化经验是非常宝贵的。1. 机组存在的问题分析及解决方案1.1. 优化前机组存在的问题本厂

4、的两台机组自投运以来，一直存在一些问题，其中最主要的一个问题就是高调门的摆动问题。当机组在顺序阀方式下运行时，汽轮机的综合阀位（85%左右）刚好处于高调门的第三个阀与第四阀重叠区域附近时，就会出现高调门的大幅摆动问题如图1所示，高调门GV4最大摆动幅度为±10%左右。并且，调门的摆动还会直接导致主汽压的摆动以及负荷的摆动，极大地影响了机组的安全稳定运行，如图2、图3所示，主汽压扰动较小，基本在小于0.05MPa的范围内；但是对负荷的扰动较大，最大负荷扰动为±5MW左右。因此，需要对机组采用一定的运行优化策略，解决阀门摆动这个首要问题。图1 机组高调门摆动趋势图图2 机组主汽

5、压摆动趋势图图3 机组负荷摆动趋势图1.2. 高调门的问题分析及解决方案为了对机组存在的问题进行深入的分析研究，避免其余干扰因素，所以将机组切换至阀位控制方式下运行，此时，汽轮机的综合阀位刚好处于高调门的第三个阀与第四阀重叠区域附近时，高调门的摆动问题也存在，并且摆动的幅度时大时小，因此，需要对机组的实际运行参数及DEH控制逻辑进行分析。通过分析DEH控制逻辑发现，机组虽然在阀位控制方式下，但是机组的阀位指令还是处于不断变化中，因此，也就引起了高调门的摆动现象。最终，通过对引起阀位指令变化的回路的分析，发现是机组所处地域的网频较差，机组的功频调节回路处于工作状态，一次调频的动作，因此，阀位指令

6、的不断变化，最终引起高调门的摆动问题。并且，当综合阀位刚好处于高调门的第三个阀与第四阀重叠区域附近时，第三个高调门的开度变化斜率较大，如图4所示，因此，当阀位指令变化较小时，就会引起第三个高调门的大幅摆动，这实际上是由于高调门的配汽规律设计不当而引发的问题。机组高调门配汽规律设计不当，会引发机组的一系列安全性和经济性以及调节性能问题。如顺序阀规律的重叠度设置不当时，机组在高调门重叠区域的阀位附近运行时，不仅会产生较大节流损失使机组运行的经济性下降，还可能引发高调门的大幅高频摆动问题，还可能伴随不同程度的负荷摆动问题，严重时甚至导致停机。此外，机组阀门流量特性的准确程度对汽轮机也具有极其重要的影

7、响。而在现实当中，由于现场安装等因素、汽轮机制造过程中存在差异以及机组的调门进行检修或更换等各种因素，造成实际的阀门流量特性曲线与机组出厂时DEH中预置的阀门流量特性曲线存在不同程度的差异。这种差异较大时，可能会引起在机组变负荷和一次调频时出现负荷突变和调节缓慢的问题，造成机组控制困难，影响机组的安全性和变负荷能力。因此，对机组进行高调门的配汽规律优化工作十分有必要的。图4 机组原高调门的进汽规律如图4所示，机组高调门的原进汽规律存在一些不合理之处，尤其是在重叠区域附近，不仅#4高调门在85%的阀位时存在摆动的问题；当机组运行至62%左右阀位时，综合阀位指令的小幅变化也会导致#1和#2高调门出

8、现大幅摆动问题。通过对机组进行变工况计算以及实际的阀门流量特性的重新辨识，设计出了机组新的高调门进汽规律，如图5所示。新设计的顺序阀规律，不仅解决了在重叠区域先开启的阀门的开启过陡问题，还解决了原规律的线性度差的问题。并且，根据现场运行数据中的轴系稳定性问题，对开启顺序也做了一些优化调整。图5 优化后的机组高调门的进汽规律2. 实际运行效果验证试验2.1. 高调门摆动问题解决的试验验证新设计的顺序阀高调门进汽规律，在机组DEH中通过阀门管理函数的修改来实现，已投入到实际运行中，对新设计的规律进行实际运行效果的验证工作，实验过程如下图6图8所示。图6 验证试验中的高调门趋势图从图6图8所示的实验

9、过程中可以看出，优化后当机组在顺序阀方式下运行时，汽轮机的综合阀位（85%左右）处于高调门的第三个阀与第四阀重叠区域附近时，不存在高调门的大幅摆动问题；如图6所示，高调门GV4最大摆动幅度仅为±1%左右。并且，调门的摆动还会对主汽压的摆动以及负荷的摆动的影响也较小，机组基本处于的安全稳定运行状态；如图7和图8所示，对主汽压基本无扰动了，而对负荷的扰动也较大，最大负荷扰动仅为±1MW左右。因此，通过对机组的运行优化，达到了解决阀门摆动的问题。图7 验证试验中的主汽压趋势图图8 验证试验中的机组负荷趋势图2.2. 高调门配汽优化的其他效果同时，两台600MW机组的现场试验还发现

10、，汽轮机上下缸体的膨胀偏差也比原来要小，这对改善机组的经济性有很大的帮助。因为，上下缸温差大不仅可能会直接导致汽缸漏汽，还可能引起汽缸变形，动静碰磨，汽封磨损。由于汽缸变形，启、动、静碰磨等原因，很容易造成汽封磨损，汽轮机径向间隙增大等一系列影响机组安全与经济性的问题。此外，由于经过细致的阀门流量特性辨识，机组高调门的顺序阀规律与其实际特性吻合较好，高调门流量特性曲线的线性度得到了很大的改善，如图9和图10所示，因此，这也就意味着极大地改善了机组的调节性能，如一次调频性能和AGC跟踪性能。图9 原高调门综合流量特性曲线的线性度图10 优化后的高调门综合流量特性曲线的线性度3. 结论本文通过对两

11、台600MW机组实施配汽优化，从软件优化的角度来降低高调门在重叠区域由于一次调频动作造成的高频摆动问题，改善机组的安全稳定运行性能。目前，国内参与调峰和一次调频的汽轮机组，不少在全程调频和顺序阀方式时都出现过高调门的大幅摆动，一些电厂基本都从硬件的角度来采取避免措施，很少从软件的角度来进行运行优化的，至于从高调门的整体流量特性的角度出发来进行配汽规律的优化从而解决一次调频引发的高调门摆动问题更是不多。配汽优化不仅可大大降低阀门摆动的幅度，提高汽轮机组的安全稳定性，还能在总体上保证一次调频的幅度和精度，满足电网要求。因此，希望此文能起到抛砖引玉的作用，以此共同研讨出更好措施，消除一次调频功能给机

12、组带来的安全隐患。这对于600MW级别的各种类型机组，无论是亚临界还是超临界以及超超临界机组，在机组参与电网的调峰和调频任务而投运顺序阀运行方式时，都可以借鉴以上的优化策略。采购前阀门选型的步骤和依据：在流体管道系统中，阀门是控制元件，其主要作用是隔离设备和管道系统、调节流量、防止回流、调节和排泄压力。由于管道系统选择最适合的阀门显得非常重要，所以，了解阀门的特性及选择阀门的步骤和依据也变得至关重要起来。阀门行业到目前为止，已能生产种类齐全的闸阀、截止阀、节流阀、旋塞阀、球阀、电动阀、隔膜阀、止回阀、安全阀、减压阀、蒸汽疏水阀和紧急切断阀等12大类、3000多个型号、4000多个规格的阀门产品

13、；最高工作压力为600MPa，最大公称通径达5350mm，最高工作温度为1200，最低工作温度为-196，适用介质为水、蒸汽、油品、天然气、强腐蚀性介质（如浓硝酸、中浓度硫酸等）、易燃介质（如笨、乙烯等）、有毒介质（如硫化氢）、易爆介质及带放射性介质（金属钠、-回路纯水等）。阀门承压件材质铸铜、铸铁、球墨铸铁、高硅铸铁、铸钢、锻钢、高、低合金钢、不锈耐酸钢、哈氏合金、因科镍尔、蒙乃尔合金、双相不锈钢、钛合金等。并且能够生产各种电动、气动、液动阀门驱动装置。面对如此众多的阀门品种和如此复杂的各种工况，要选择管道系统最适合安装的阀门产品，我以为，首先应了解阀门的特性；其次应掌握选择阀门的步骤和依据

14、；再者应遵循选择阀门的原则。1阀门的特性一般有两种，使用特性和结构特性。使用特性：它确定了阀门的主要使用性能和使用范围，属于阀门使用特性的有：阀门的类别（闭路阀门、调节阀门、安全阀门等）；产品类型（闸阀、截止阀、蝶阀、球阀等）；阀门主要零件（阀体、阀盖、阀杆、阀瓣、密封面）的材料；阀门传动方式等。结构特性：它确定了阀门的安装、维修、保养等方法的一些结构特性，属于结构特性的有：阀门的结构长度和总体高度、与管道的连接形式（法兰连接、螺纹连接、夹箍连接、外螺纹连接、焊接端连接等）；密封面的形式（镶圈、螺纹圈、堆焊、喷焊、阀体本体）；阀杆结构形式（旋转杆、升降杆）等。2选择阀门的步骤和依据大体如下：选

15、择步骤1. 明确阀门在设备或装置中的用途，确定阀门的工作条件：适用介质、工作压力、工作温度等等。2. 确定与阀门连接管道的公称通径和连接方式：法兰、螺纹、焊接等。3. 确定操作阀门的方式：手动、电动、电磁、气动或液动、电气联动或电液联动等。4. 根据管线输送的介质、工作压力、工作温度确定所选阀门的壳体和内件的材料：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、碳素钢、合金钢、不锈耐酸钢、铜合金等。5. 确定阀门的型式：闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、节流阀、安全阀、减压阀、蒸汽疏水阀、等。6. 确定阀门的参数：对于自动阀门，根据不同需要先确定允许流阻、排放能力、背压等，再确定管道的公称通径和阀座孔的直径。7. 确定所

16、选用阀门的几何参数：结构长度、法兰连接形式及尺寸、开启和关闭后阀门高度方向的尺寸、连接的螺栓孔尺寸和数量、整个阀门外型尺寸等。8. 利用现有的资料：阀门产品目录、阀门产品样本等选择适当的阀门产品。选择阀门的依据在了解掌握选择阀门步骤的同时，还应进一步了解选择阀门的依据。1. 所选用阀门的用途、使用工况条件和操纵控制方式。2. 工作介质的性质：工作压力、工作温度、腐蚀性能，是否含有固体颗粒，介质是否有毒，是否是易燃、易爆介质，介质的黏度等等。3. 对阀门流体特性的要求：流阻、排放能力、流量特性、密封等级等等。4. 安装尺寸和外形尺寸要求：公称通径、与管道的连接方式和连接尺寸、外形尺寸或重量限制等

17、。对阀门产品的可靠性、使用寿命和电动装置的防爆性能等的附加要求。（在选定参数时应注意：如果阀门要用于控制目的，必须确定如下额外参数：操作方法、最大和最小流量要求、正常流动的压力降、关闭时的压力降、阀门的最大和最小进口压力。）根据上述选择阀门的依据和步骤，合理、正确地选择阀门时还必须对各种类型阀门的内部结构进行详细了解，以便能对优先选用的阀门做出正确的抉择。管道的最终控制是阀门。阀门启闭件控制着介质在管道内的流束方式，阀门流道的形状使阀门具备一定的流量特性，在选择管道系统最适合安装的阀门时必须考虑到这一点。如下为选择阀门应遵循的原则：截止和开放介质用的阀门流道为直通式的阀门，其流阻较小，通常选择

18、作为截止和开放介质用的阀门。向下闭合式阀门（截止阀、柱塞阀）由于其流道曲折，流阻比其他阀门高，故较少选用。在允许有较高流阻的场合，可选用闭合式阀门。控制流量用的阀门通常选择易于调节流量的阀门作为控制流量用。向下闭合式阀门（如截止阀）适于这一用途，因为它的阀座尺寸与关闭件的行程之间成正比关系。旋转式阀门（旋塞阀、蝶阀、球阀）和挠曲阀体式阀门（夹紧阀、隔膜阀）也可用于节流控制，但通常只能在有限的阀门口径范围内适用。闸阀是以圆盘形闸板对圆形阀座口做横切运动，它只有在接近关闭位置时，才能较好地控制流量，故通常不用于流量控制。换向分流用的阀门根据换向分流的需要，这种阀门可有三个或更多的通道。旋塞阀和球阀较适用于这一目的，因此，大部分用于换