1、DEH調門流量特性曲線修正試驗與計算高鵬義內蒙古國電電力工程技術研究院熱控技術研究所呼和浩特市010010摘要：DEH調門流量特性曲線作為 DEH調節系統的核心反映了蒸汽輪機組理論設計與實際運行的結合性。由于機組運行時間的增加，設備的不斷檢修，不少機組（主要是已投產且運行時間 長的機組）岀現投產時輸入的調門流量特性曲線與目前機組實際流量特性結合性變差或岀現局 部偏差的現象，反映岀來的運行現象是在某段負荷區間或單閥/順閥切換過程中負荷擺動大或調門動作幅度大且頻繁。本文主要介紹了如何在機組實際運行中通過試驗及計算重新修正DEH調門原始流量特性曲線，使修正后的DEH調門流量特性曲線與機組實際流量特性

2、充分結合，消除上述系統振蕩現象，進而提高 DEH調節系統的可靠性與穩定性，滿足生產要求和需要。關鍵詞：流量特性；DEH閥門管理；重疊度；參數優化；0前言在生產過程中，汽輪機運行一段時間后或高調門解體檢修后，調門的流量特性都會發生改變，與原調門流量開度修正函數產生偏差，在機組變負荷、一次調頻時容易出現負荷突變或調節緩慢等問題，使機組的調節性能無法滿足電網相關技術要求。因此，必須定期對汽輪機高壓調門的流量特性進行測試，根據實際情況對其控制參數進行優化整定，提高發電機組的控制品質和調節性能，保障發電機組安全、穩定運行。1、DEH閥門管理功能閥門管理程序接受的控制信號是蒸汽流量百分比，通過程序計算將蒸

3、汽流量百分比信號轉換成相應的閥門開度百分比，在單閥方式時，高調門的開度都是一樣的，計算較為簡單， 在順序閥方式時，需要確定閥門的開啟順序，單獨計算各個閥門的開度。在兩種方式相互轉換時也需要進行流量與開度的轉換。1.1流量特性函數曲線以四個高壓調門的汽輪機為例，閥門管理程序的調門控制方法主要有兩種結構，如圖1、2所示，為便于說明本文將其分別定義為“混合式”結構和“獨立式”結構。“混合式”用的較多。1卩J 1J 11 rJ 11 r1 r1, ?11 ;_|1 】_|1 £1GVJSPTGV2SPTGVJiSPTGV4S PT圖1混合式DEH閥門管理程序示意圖飼門總 広Anxih莽閥凋門

4、減靈雰it胡城nx2h岸閥閱門說址正爛數十H4f1 1 ,P:-1-1J I1£迂1 *1111申£、f1 VlDMh< V2I3MI)CV1C1MD< V+DMIJ圖2獨立式:DEH閥門管理程序示意圖“獨立式”結構控制方法的調門開度指令形成方式如圖4所示，這種控制結構的主要特點是：1) 在單閥與多閥方式下，調門控制回路相互獨立，修改或調整一種閥序下的流量開度 修正函數不會影響到另一種閥序下調門的控制特性；2) 多閥方式下的流量修正環節只有一個函數，綜合了流量背壓修正、調門開啟順序、 重疊度、流量開度修正等內容，增加了參數優化工作的難度。“混合式”控制方法的調門

5、開度指令形成方式如圖3所示，這種控制結構的主要特點是：1) 在單閥與多閥方式下，控制回路共用一個調門流量開度修正函數F(X3)，該函數決定于閥門的流量特性， 當閥門的流量特性發生改變時， 它就要隨之人為改變， 如果調整流量 開度修正函數 F(X3)，則會對兩種控制方式都產生影響；流量開度修正函數F(X3) 般直接取用汽輪機廠提供的數據，當實際運行發現這一數據不準確時應通過試驗重新整定。單閥方式下的流量背壓修正函數 F(X)由汽輪機廠提供，該函數實際反映的是閥后蒸汽 流量特性，當機組葉輪檢修后這一函數易發生變化， 當實際運行發現這一數據不準確時應通 過試驗重新整定。2) 順閥方式下的流量控制環節

6、存在多個函數，主要用于對多閥方式下的調門流量指令 進行分配和修正。圖4獨立式結構調門開度指令形成示意圖在順序閥控制回路中，流量背壓修正函數F(X1)是機組流量需求與流量指令的修正函數，隨著機組負荷的增加，汽輪機排汽壓力隨之升高，同樣的閥門開度其實際流量將減少， 因此流量背壓修正函數用于對不同負荷段下的總流量指令進行修正，以確保流量指令與實際流量成線性對應關系。流量背壓修正函數F(X1)由汽輪機廠提供，當實際運行發現這一數據不準確時應通過試驗重新整定。流量比例偏置因子 K+B負責對流量指令進行分配，控制各調門的開啟順序；有些情況下這一環節用折線函數替代 K+B形式，作用相同。比例、偏置修正只在順

7、序閥方式時起作用， 其參數是根據閥門的設計流量和閥門開關順序來確定的。汽輪機廠說明書規定了順序閥方式時閥門的開啟順序，比如 1#2#同時開啟，3#4#按順序開啟，如圖5。K解決了由4閥承擔的 流量轉為2閥或1閥承擔后流量曲線的斜率問題，順閥時的斜率要高于單閥時的斜率；B解決了 CV3/CV4何時開啟的問題，通過 B值將CV3/CV4開啟位置向后平移。具體如何計算，舉例如下：根據汽輪機廠提供的順閥流量曲線，我們知道當流量指令為0%寸CV1/CV2全關，流量為 0%當流量指令為 50%寸，CV1/CV2全開，流量為100%由圖3 所示公式：F2=FiX K+B,可計算出K=2, B=0;同樣查順閥

8、曲線可知，當流量指令為50%寸，CV3正要開還未開，流量為 0%當流量指令為 75%寸，CV3全開，流量為100%,可計算出 CV3 的K+B K=4, B=-200 ;同樣，當流量指令為 75%寸，CV4正要開還未開，流量為 0%當流量 指令為100%寸，CV4全開，流量為100%可計算出CV4的K=4, B=-300.這樣，順閥時當流 量指令從0尬100%變化時，就能實現CV1/CV2先開，全開后，CV3開始開，CV3全開后，CV4 接著開直至全開，但整個過程閥門所提供的實際流量是和流量指令呈基本重合的線性關系， 我們要的正是這樣一個結果，即“要多少，給多少”，這樣就保證了調節系統的快速性

9、、穩定性、可靠性。但在實際運行中我們知道，并不是前閥全開后后閥才開，而是前閥接近全開 時，后閥就提前開始開，就是前后閥有重疊，叫做重疊度，這個是必須有的，由流量修正函 數F(X2)負責解決。圖5單順閥分配曲線1.2閥門重疊度流量修正函數F(X2)負責控制各調門之間的重疊度及流量指令變化趨勢， 于對順序閥方式下的各高調門流量指令進行修正。流量開度修正函數 F(X3)是調門流量指令與閥位指令的對應關系函數， 與其實際流量修正為線性關系。采用噴嘴調節時，多個調節汽門依次開啟，在前一個調門尚未全開時，打開。當前一個調門全部打時，下一調門提前開啟的量稱為閥門的重疊度。此環節主要用負責將流量指令后一調門便

10、提前設置重疊度的目的是為了使汽機需要的流量控制指令與實際給的蒸汽流量成線性關系，保證機組良好的調節特性，有利于機組滑參數運行。 為何一定要設置重疊度， 這是由閥門的升程流量特性決定的。 F(X3)是流量升程(開度)函數，它的反函數 F-(X3)就是升程(開度)流量函數。單閥整體 升程流量特性見圖 6。圖6單閥整體升程流量特性由圖可知，在閥門開度 50%左右，出現拐點，特性逐步開始呈非線性。閥門的有效升 程，數值在70%左右，此后閥門再開大，流量增加較少。順閥整體升程流量特性見圖 7。順 閥的整體升程流量特性就只取決于閥門開啟的重疊度。圖7順閥整體升程流量特性由圖7可知，曲線I選擇的重疊度過小，

11、即前一閥開度很大后才開后一閥，系統在調節時會生產較大的波動， 在后一閥門將開啟時， 會發生調門大幅竄動的情況。 圖7中的曲線 H選擇了合理的重疊度， 閥門聯合升程流量特性波動小， 系統調節性能基本呈線性， 穩定性 最好。圖7中的曲線川選擇的重疊度過大， 除前面所討論的會使經濟性下降外， 還會破壞升 程流量特性的線性度， 會使兩個閥門重疊部分的流量增長過快， 產生局部不等率變動， 當汽 機在該功率下運行時，有可能出現晃動。閥門重疊度有兩種表述：行程重疊度和壓力重疊度。行程重疊度： E H = 1 H1 / Hmax式中H1為后閥開始開啟時的前閥行程，Hmax為前閥全開行程。壓力重疊度： E p

12、= 1 P1 / Pmax式中Pmax和P1為后閥開始開啟時，前閥的前、后壓力。行程重疊度只有幾何意義，沒有熱力學意義，壓力重疊度才是決定調門調節特性的關鍵參數，一般以前一閥門開至前、后壓力比P1/Pmax=0.850.90時，后一閥開啟較為合適。 然而，在DEH調節系統中，只能對行程重合度進行設定，不計算壓力重疊度。另外，壓力重 疊度是會改變的，在機組大修時，由于閥門進行過行程調整和密封面的研磨，閥門各部件由于損壞而更換等情況，特性曲線會產生意想不到的偏差。單個閥門升程流量特性發生變化， 此時若行程重疊度設定不變，會使調門調節特性改變，會直接影響汽機的經濟性和調節特性。 所以，應該定期的對調

13、門的升程流量特性進行測定，對壓力重疊度進行標定， 保證機組調節特性滿足穩定高效的要求。 總的思路是通過設置重疊度使順閥整體流量特性與流量需求指令 盡量重合、平滑、線性，我們的目的就達到了。1.3單順閥切換在DEH閥門管理程序中，單順閥切換功能主要用于在單閥控制方式和多閥控制方式之 間進行相互切換，以便于機組的靈活控制，以“混合式”結構的閥門控制方法為例，單順閥切換的基本實現原理如圖 8所示。GVCMD 調門開度捕令DEH 的算法為：F(x) = aF(x1)+bF(x2)上式中，F(x):調門的流量指令，%a：單閥系數，01之間的小數；F(x1):單閥方式下的調門流量指令；b:多閥系數，01之

14、間的小數；F(x2):多閥方式下的調門流量指令；a、b兩系數之間滿足 a+b=1的關系；圖8中的切換模塊具有設置單順閥切換速率的功能，可以控制單順閥切換過程時間。2、蒸汽流量試驗原理可將蒸汽輪機蒸汽通路簡化為如圖9所示。CV1低玉禾輟Il 0凝汽器真三圖9汽輪機蒸汽通路示意圖在一定的蒸汽參數下，蒸汽膨脹產生的機械功率與蒸汽的質量流量近似成正比關系。流過第i個調節閥的蒸汽流量 Di與第i個調節閥等效節流面積 Ai、主汽壓力P0調節級壓力 P1有關。總的蒸汽流量 D等于各調節閥流量之和，用式(1)表示。總蒸汽質量流量 D與調節 級后壓力P1近似成比例關系,用式(2)表示。D = D-+D2D3D4

15、(1)DhP各調節閥噴嘴組的質量流量Di與該調節閥等效面積 Ai、主汽壓力P0及流量函數$成比例關系,用式表示。由式(1)(3)知,各調節閥等效面積 Ai之和的總有效面積A滿足式(4)蒸汽在噴嘴中膨脹加速，在調節級壓力很小時，流速達音速，此時流量與閥后壓力無關。隨著 流量增加，閥后壓力增大，流速小于音速時，流量會隨閥后壓力增大而降低。這種效應可用流 量函數$式表示1。其中：蒸汽絕熱指數 丫等于1.23,在臨界壓比0.5587以下，-由式(1)(4)可知，試驗時分別使單個調節閥全開全關一次，試驗過程中保持其余調節閥開度不變，即可通過P1、P0的值計算出此閥門的有效面積Ai的百分比，即得到單個閥門

16、的行程-流量函數fi,如式。令:A g 一 gmin * 100% = fj (CVi 行程 %) g max g min其中：gmax gmin分別為在試驗調節閥全開、全關時 g的值。該閥門流量占總流量的百分比a i由式(8)確定。igmax gming max(8)9)以VWOC況的總流量為標么值，可得到總流量修正函數，如式(:(電)(總流量)：電 電*100%=閥門總流量% (9)其中:P0e為額定主汽壓力、P1v為額定VWOE況下調節級壓力。通過查閱汽輪機熱力系統計算書，即可得到額定主汽壓力 P0e、額定VWOC況下調節級壓 力 P1v。按照上述要求分別對每個調節閥進行閥門流量特性試驗

17、。試驗過程中必須保持其余調節 閥開度不變，機組功率、壓力緩慢平穩變化。每個調節閥全行程時間設置為10分鐘。從DCS中導出各調節閥全行程變化時間段自動記錄的數據：主汽壓力P0、調節級壓力P1、油動機行程行程。用EXCEL表中對各調節閥分別計算各點壓比P1/P0、$及g。用油動機全開、全關段 g的平均值計算 gmax gmin。對 g 值歸一化，計算式(7)(g-gmin)/(gmax-gmin)*100 。用歸一化 CV 行程、g作曲線，根據曲線適當選擇11個點擬合得單個閥門的流量特性曲線f1。同樣計算得f3 f4。分別計算各閥門流量比例系數，并將計算結果歸一化，使工a i=1。令P1從0到P1

18、v變化，按式(9)計算f-1 $函數。用P1/P1v*100、f-1 $作曲線。根據曲線 適當選擇11個點擬合總流量修正曲線f-1 $。對于“獨立式”結構的調門控制方式，因為其多閥方式下的流量修正環節只有一個函數， 綜合了流量背壓修正、調門開啟順序、重疊度、流量開度修正等方面內容，參數優化工作的難度較大，無法直接根據各調門的實際流量特性曲線對參數進行優化調整。為此，本文經過深入研究和多次試驗，提出了基于標準流量參考線和機組實測流量特性曲線的“反向映射法”對調門控制參數進行優化整定，通過該方法能夠快速準確地計算出參數整定結果，具體計算方式如圖10所示。調門幵度調r I幵度 怖令iii【線F DE

19、M圖10反向映射法示意圖當機組流量指令 FDEM的值為X時，調門開度為 Y1,此時機組實測流量值為 F1,根據流 量參考線，參數整定目標是實現流量指令為X時實際流量為 F2,見圖中點；為了計算出此時調門應具有的閥位指令，首先找到實測流量曲線中值為F2的點，見圖中點，根據該點的流量指令，找到對應的調門開度值Y2,見圖中點，那么為了實現流量特性（X, F2）的調門閥位指令就應該為（X，Y2）,見圖中點；由此方法，即可得到與流量參考直線相對 應的調門流量開度修正函數。3、蒸汽流量試驗條件及方法3.1 各個高調門單個流量特性測試（ 1）由運行人員將機組負荷升至 90%額定負荷左右，并將所有汽機調門全開

20、，記錄下當 前機前壓力值。（2）逐漸減小 #1 高調門閥門指令 , 直至該調門全關。在此過程中其它高調門一直維持 全開狀態。試驗過程中由運行人員手動控制燃料維持主汽壓力穩定。（3）GV1閥門全關且主汽壓力穩定后，由熱控人員逐漸將該調門調整至全開位。 按照（ 2）、（ 3）步驟順序依次進行其它各個高調門的閥門流量特性測試試驗。3.2 單閥方式下高調門整體流量特性測試（ 1 ）由運行人員將機組負荷升至 90%額定負荷左右，并將所有汽機調門全開，記錄下當 前機前壓力值。（2） 機組在多閥控制方式下，由運行人員在DEH畫面上階躍減小目標值（間隔 5癥定 負荷），設定值變化速率設定為 0.5MW/min,使汽機高調門依次關閉， 直至機組負荷降至 60% 額定負荷左右。每次目標值變化后需待主汽壓力穩定時再進行下一負