以大唐寧德電廠2×600MW機(jī)組為研究對(duì)象，針對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組高壓主氣門以及高中調(diào)門閥門所存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，研究單閥/順序閥的基本控制原理，提出一種針對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組高壓主汽門以及高中調(diào)門閥門曲線參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)及執(zhí)行方案。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：在針對(duì)曲線參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理的基礎(chǔ)之上，整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組的控制穩(wěn)定性以及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性均得到了顯著提升，綜合效益極為顯著，值得大力推廣與應(yīng)用。

　　在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，汽輪機(jī)機(jī)組在不同配氣方式作用之下所表現(xiàn)出的運(yùn)行特性也存在一定的差異性，這種差異性集中表現(xiàn)在汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組發(fā)電效率、安全性以及動(dòng)作響應(yīng)靈活性的實(shí)現(xiàn)這幾個(gè)方面。對(duì)于大型汽輪機(jī)而言，如何提高機(jī)組的效率是個(gè)很艱巨的任務(wù)，現(xiàn)在常用的方式為通過(guò)改變汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行方式，由單閥控制切至順閥控制，從而減少節(jié)流損失，提高機(jī)組效率。將其應(yīng)用于本文所列舉的大唐寧德電廠2×600MW機(jī)組優(yōu)化改造當(dāng)中，所取得的綜合性效益極為突出。本文試對(duì)其作詳細(xì)分析與說(shuō)明。

1、汽輪機(jī)機(jī)組基本概況分析

　　大唐寧德電廠2×600MW機(jī)組系哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的CLN600-24.2/566/566超臨界一次中間再熱、高中壓合缸、單軸三缸四排汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)啟動(dòng)方式為高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)，0至2900RPM由高壓主門及中壓調(diào)門控制，轉(zhuǎn)速達(dá)到2900RPM時(shí)切換到高壓調(diào)門及中壓調(diào)門控制升速、并網(wǎng)、帶負(fù)荷。機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行方式：定-滑-定運(yùn)行，高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng);主汽閥前額定蒸汽壓力：24.2MPa(a);主汽閥前額定蒸汽溫度：566℃。大唐寧德電廠600MW汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)配備了哈爾濱汽輪機(jī)控制工程有限公司成套的高壓抗燃油型數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱DEH)，其電子設(shè)備采用了上海西屋控制系統(tǒng)有限公司的OVATION系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)采用了高壓抗燃油EH裝置。

2、汽輪機(jī)高壓主氣門、高中調(diào)門閥門存在的問(wèn)題分析

2.1、汽輪機(jī)高壓主氣門運(yùn)行存在的問(wèn)題分析

　　對(duì)于大唐寧德電廠所涉及到的2×600MW汽輪機(jī)機(jī)組而言，高壓主汽門位置存在的最關(guān)鍵問(wèn)題在于單側(cè)高壓主氣門關(guān)閉異常。實(shí)踐研究結(jié)果表明，此類關(guān)閉異常故障問(wèn)題對(duì)于整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組正常運(yùn)行所造成的影響是極為嚴(yán)重的，甚至還有可能導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組出現(xiàn)非計(jì)劃性停運(yùn)問(wèn)題。在大唐寧德電廠汽輪機(jī)高壓主汽門出現(xiàn)關(guān)閉異常的情況下，鍋爐反應(yīng)裝置蒸汽壓力實(shí)時(shí)參數(shù)將呈現(xiàn)出較為顯著的驟升，進(jìn)而導(dǎo)致給水泵裝置出力不足，由此引發(fā)汽輪機(jī)機(jī)組及發(fā)電機(jī)裝置的連跳動(dòng)作。此類問(wèn)題的產(chǎn)生不僅僅在于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的故障問(wèn)題，同時(shí)也是受到汽輪機(jī)高壓主汽門預(yù)設(shè)參數(shù)問(wèn)題的影響，針對(duì)此部位曲線參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化有著極為關(guān)鍵的必要性。

2.2、汽輪機(jī)高中調(diào)門閥門運(yùn)行存在的問(wèn)題分析

　　對(duì)于汽輪機(jī)機(jī)組高中調(diào)門閥門部件而言，高中調(diào)門閥門部件可以說(shuō)是整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行安全與運(yùn)行穩(wěn)定性保障的基礎(chǔ)所在，高中調(diào)門閥門調(diào)節(jié)品質(zhì)的高低從某種程度上來(lái)說(shuō)直接關(guān)系著整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速的高低以及汽輪機(jī)機(jī)組負(fù)荷控制的穩(wěn)定性程度。現(xiàn)階段，通過(guò)實(shí)踐觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，大唐寧德電廠所涉及到的2×600MW汽輪機(jī)機(jī)組當(dāng)中，高中調(diào)門閥門在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中頻頻出現(xiàn)較為明顯與嚴(yán)重的擺動(dòng)問(wèn)題，此類嚴(yán)重?cái)[動(dòng)現(xiàn)象的持續(xù)存在勢(shì)必會(huì)使得整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組的負(fù)荷參數(shù)呈現(xiàn)出較為顯著的增加趨勢(shì)，此過(guò)程當(dāng)中同樣可能導(dǎo)致門體與EH油波動(dòng)出現(xiàn)同步性趨勢(shì)，并在此種方式作用之下導(dǎo)致汽輪機(jī)組高壓調(diào)門因彈簧裝置疲勞性運(yùn)行而出現(xiàn)斷裂問(wèn)題。與此同時(shí)，彈簧斷裂問(wèn)題的產(chǎn)生也將導(dǎo)致整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組在正常運(yùn)行狀態(tài)下的調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間明顯增大，嚴(yán)重時(shí)還有可能導(dǎo)致整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組處于超速性運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)當(dāng)中。從這一角度上來(lái)說(shuō)，針對(duì)此部位曲線參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理同樣是極為必要與關(guān)鍵的。

3、單閥/順序閥控制原理

　　從汽輪機(jī)機(jī)組單閥/順序閥切換的行為目的角度上來(lái)說(shuō)，通過(guò)單閥/順序閥控制所需要實(shí)現(xiàn)的是整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)作相應(yīng)及時(shí)性。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，單閥/順序閥控制功能的實(shí)現(xiàn)需要借助于對(duì)噴嘴節(jié)流配汽以及噴嘴配汽切換過(guò)程中的無(wú)擾動(dòng)處理，這也正是單閥控制與順序閥控制動(dòng)作切換實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)作業(yè)的核心所在，在這一過(guò)程當(dāng)中，汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下存在于變負(fù)荷過(guò)程中部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性實(shí)現(xiàn)與均勻加熱處理之間的矛盾同樣能夠得到有效的環(huán)節(jié)與控制。一方面，從單閥控制的角度上來(lái)說(shuō)，蒸汽能夠在單閥控制的作用之下通過(guò)高壓調(diào)節(jié)閥裝置以及噴嘴室，在360°全周狀態(tài)下轉(zhuǎn)入調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉反應(yīng)過(guò)程當(dāng)中，在此種反應(yīng)控制過(guò)程當(dāng)中確保調(diào)節(jié)級(jí)葉片加熱處理的均勻性。很明顯，這相對(duì)于調(diào)節(jié)級(jí)葉片應(yīng)力分配的改善與優(yōu)化是極為顯著的，整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組的負(fù)荷狀態(tài)也能夠?qū)崿F(xiàn)較快的反應(yīng)與執(zhí)行。然而受到整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下所有調(diào)節(jié)閥裝置均呈現(xiàn)出開啟狀態(tài)，單閥控制應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中存在節(jié)流損失較大的問(wèn)題。另一方面，從順序閥控制的角度上來(lái)說(shuō)，其主要是按照預(yù)先設(shè)設(shè)定的方式針對(duì)調(diào)節(jié)閥裝置進(jìn)行逐一性的開啟與關(guān)不處理。蒸汽在經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥裝置于噴嘴室的過(guò)程當(dāng)中表現(xiàn)為部分進(jìn)氣形式，從而使得整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中的節(jié)流損失問(wèn)題得到了明顯控制，并在此基礎(chǔ)之上有效改善了整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組的運(yùn)行熱經(jīng)濟(jì)性。在實(shí)踐運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，針對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組處于冷態(tài)啟動(dòng)好過(guò)這事低參數(shù)下的變負(fù)荷運(yùn)行作業(yè)而言，通過(guò)單閥方式的應(yīng)用能夠使得整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組的熱膨脹問(wèn)題得到有效控制，進(jìn)而合理緩解機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下的熱應(yīng)力問(wèn)題，從而有效延長(zhǎng)整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組在正常狀態(tài)下的使用壽命。與此同時(shí)，對(duì)于處于額定參數(shù)下變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)中的汽輪機(jī)機(jī)組而言，考慮到電廠運(yùn)行管理對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性重點(diǎn)關(guān)注的實(shí)際情況，控制方式的選取以順序閥控制位置，在合理降低節(jié)流損失的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組熱效率的提升目的。

　　假設(shè)閥門切換過(guò)程中汽機(jī)運(yùn)行工況穩(wěn)定，即真空和主蒸汽參數(shù)不變，不考慮抽汽的影響，汽機(jī)的負(fù)荷僅由蒸汽流量決定，而各個(gè)調(diào)節(jié)閥所控制的流量也只和閥門開度有關(guān)，那么可以認(rèn)為汽機(jī)負(fù)荷進(jìn)僅是閥門開度的單函數(shù)。用表示汽機(jī)負(fù)荷表示閥門開度。

　　則單閥方式下：

　　順序閥方式下：

　　單閥/順序閥切換的中間過(guò)程任意狀態(tài)下：

　　如果要求單閥/順序閥方式及切換過(guò)程中負(fù)荷無(wú)擾動(dòng)，則：

　　即：

　　由于4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)相似，理想情況下認(rèn)為完全相同，并假設(shè)經(jīng)閥門曲線修正后，閥門開度與流量成正比，即閥門開度與汽機(jī)負(fù)荷成正比。

　　則：

　　所以，滿足閥門無(wú)擾切換的條件為：

　　顯然，這個(gè)問(wèn)題有很多解。為簡(jiǎn)化問(wèn)題，可以設(shè)定邊界條件

　　滿足該邊界條件的最簡(jiǎn)單解是

　　其中：ka稱為單閥系數(shù)，kb稱為順序閥系數(shù)。

　　當(dāng)閥門處于單閥方式時(shí)：ka=1，kb=0。

　　當(dāng)閥門處于順序閥方式時(shí)：ka=0，kb=1。而閥門處于切換的中間狀態(tài)時(shí)：0

　　從汽輪機(jī)機(jī)組閥門裝置的實(shí)踐操作及切換動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)角度上來(lái)說(shuō)，上文有關(guān)各類假設(shè)條件的實(shí)現(xiàn)存在較大的難度與局限性，從這一角度上來(lái)說(shuō)，在整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組閥門裝置的實(shí)際切換動(dòng)作過(guò)程當(dāng)中，負(fù)荷擾動(dòng)的產(chǎn)生是不可避免的。然而現(xiàn)階段采取對(duì)閉環(huán)控制裝置的引入及應(yīng)用能夠使得汽輪機(jī)機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中的負(fù)荷擾動(dòng)問(wèn)題得到明顯的改善。從這一角度上來(lái)說(shuō)，如果針對(duì)整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組的運(yùn)行投入功率閉環(huán)回路，在實(shí)際功率參數(shù)與負(fù)荷設(shè)定值參數(shù)差值比例高于4%的情況下，汽輪機(jī)機(jī)組閥門裝置將自動(dòng)切換至中止?fàn)顟B(tài);與此同時(shí)，在整個(gè)汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)精度高于3%及以上水平的情況下，機(jī)組閥門裝置又能夠自動(dòng)切換至恢復(fù)狀態(tài)�；�于以上分析不難總結(jié)：在汽輪機(jī)機(jī)組閥門切換過(guò)程當(dāng)中采取功率閉環(huán)裝置的投入方式，需要將功率控制精度參數(shù)始終保持在3%參數(shù)范圍之內(nèi);與此同時(shí)，如果汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行所投入的是調(diào)節(jié)級(jí)壓力閉環(huán)裝置，則與之相對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)級(jí)壓力控制精度應(yīng)當(dāng)維持在1.5%參數(shù)范圍之內(nèi)。在這一過(guò)程當(dāng)中，汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)臺(tái)下的工況參數(shù)直接關(guān)系著運(yùn)行系統(tǒng)的負(fù)荷擾動(dòng)大小問(wèn)題。

4、閥門流量特性優(yōu)化試驗(yàn)

　　大唐寧德電廠600MW汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥的開啟順序?yàn)镚V#1/GV#2→GV#3→GV#4，即GV#1和GV#2同時(shí)開啟，然后是GV#3、GV#4最后開啟。關(guān)閉順序與此相反。單閥/順序閥切換時(shí)間為2分鐘(可調(diào))。

　　在單閥向順序閥切換過(guò)程中或閥門已處于順序閥方式時(shí)，若汽機(jī)跳閘或出現(xiàn)任一個(gè)GV緊急狀態(tài)，即實(shí)際閥位和閥定位卡的閥位指令之間偏差大于設(shè)定的限值，則強(qiáng)行將閥門置于單閥方式。這種情況下強(qiáng)制成單閥方式可以減小負(fù)荷擾動(dòng)。汽輪機(jī)主汽門、調(diào)整門閥門自動(dòng)整定完畢后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，在DCS操作端上給出99%的指令，使閥門行程回縮，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，將滿度時(shí)的LVDT值進(jìn)行修正，以GV3順閥曲線為例，優(yōu)化后的參數(shù)與初始參數(shù)對(duì)比如圖1。

　　根據(jù)三菱原始運(yùn)行曲線，即機(jī)組在額定工況下綜合閥位與高調(diào)門的關(guān)系曲線，綜合閥位量程是-20%到+120%，分別對(duì)應(yīng)DEH的綜合閥位0%到100%相對(duì)應(yīng)，如圖2。由實(shí)際運(yùn)行表可以查出600MW負(fù)荷時(shí)GV3開度為22.33%。GV3開度GVh=135X22.33%=30.145mm。根據(jù)曲線可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)的綜合閥位是：H=100+4X(30.145-28.5)(/55-28.5)=100.062%。

圖1 GV3順閥曲線

圖2 三菱綜合閥位與高調(diào)門的關(guān)系曲線

5、結(jié)論

　　從計(jì)算數(shù)據(jù)可以得出，經(jīng)過(guò)此次優(yōu)，3#機(jī)組基本達(dá)到了設(shè)計(jì)值，從我們?cè)囼?yàn)和優(yōu)化后的應(yīng)用情況看，都提高了控制穩(wěn)定性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，值得大力推廣。(注：額定工況600MW高壓缸進(jìn)汽流量為1650(T/h))。