国产300MW机组阀切换时负荷波动原因分析及对策

国产300MW机组阀切换时负荷波动原因分析及对策吕继奎，陆继东（华中科技大学国家重点燃烧室，湖北武汉430074）摘要：分析珠江电厂国产300MW1号机组阀切换时负荷出现大幅波动的原因是原阀门设计特性曲线与阀门实际流量特性曲线不符造成的，为此，采取优化阀门流量特性试验的解决办法，有效地消除了阀切换时负荷大幅波动的现象，这一方法对同型机组有借鉴意义。关键词：阀切换；阀门管理程序；负荷波动；流量特性；优化汽机阀门管理有两种方式，即单阀和多阀方式。机组阀切阀时由于单阀与多阀的阀门控制方式不同，单阀切多阀时由于调节级压力下降，调节级焓降增大，机组负荷上升；多阀切单阀时，由于调节级压力上升，调节级焓降减小，机组负荷下降，其切换过程中存在一定的负荷扰动，良好的阀门管理程序应当是在阀切换时，机组负荷波动不应超过10MW，这样对机组的安全运行影响较小。目前国内仍有许多机组在阀切换时出现负荷大幅变化现象，没有较好的解决方法。珠江电厂1号机组分散控制系统（DCS）改造时也出现类似的情况，经上海新华控制工程公司和珠江电厂技术人员的共同努力，有效地解决了这一问题。1阀切换引起负荷大幅波动现象在2001年初的大修中，上海新华控制工程公司对珠江电厂1号机进行了DCS改造。DCS一体化改造后，取消了原来BTG盘上所有的硬手操作，操作员站采用大屏幕操作，控制系统达到了国内领先水平，改造后机组一次启动成功，阀门管理程序通过带仿真机试验正常，机组大修后启动加至180MW和230MW时进行了两次阀切换，阀切换前后机组负荷都发生了较大波动。1号机负荷在230MW时多阀运行并进行阀切换。切换前主蒸汽压力15．7MPa，阀门管理方式由多阀运行切换至单阀运行后负荷突降至184MW，主蒸汽压力升至18．4MPa，高、低压旁路联开，高压加热器跳闸，汽包水位下降至－300mm，A与B小机自动跳至手动状态，后经运行人员及时调整才稳定。2负荷大幅波动原因分析在单阀切多阀控制方式时，阀门管理程序（VMP）根据控制系统的流量请求值，计算出待转换的顺序阀控制方式下每一调节汽阀的阀位值，对每一个调节阀，算出目前单阀控制方式下的流量与顺序阀控制转单阀控制时，VMP根据控制系统计算当前的流量请求值，确定将要转换的单阀控制方式的阀位值，计算每一个阀门所需要的流量改变量，算出完成转换需要的步数和每步转换中每个阀门所需要改变的流量值。阀切换时，VMP以切换前的负荷指令为依据，通过阀门的特性曲线，确定另一种方式下的阀位值，当阀门特性曲线符合机组的真实值时，则阀切换后负荷波动较小，而国产引进型300MW机组的阀门特性曲线一直延用原美国西屋公司出厂制定的特性曲线，加上机组大修时对阀门行程进行了调整和阀门密封面的研磨，造成阀门的流量特性出现较大的改变，如果继续沿用原来的特性曲线，将造成切换前后负荷指令相同但蒸汽流量不同，必将引起机组负荷大幅波动，严重影响机组的安全运行。因此有必要重新进行阀门流量特性的测试，并通过新的流量特性曲线分析负荷大幅波动的原因，并进行阀门控制方式的切换校核，当计算流量对应负荷与阀切换后接近一致时，方可以进行阀切阀。3阀门流量特性试验3．1试验目的和条件在机组运行时，通过阀门试验可测得阀门升程流量特性，进而优化阀门管理程序、改善单／多阀切换过程的调节品质。首先测取单阀方式下高压调门升程与流量（调节级压力）的特性，然后测取多阀方式下高压调门升程与流量（调节级压力）的特性。测量时应包括各组阀依次交界点，即前组阀全开，紧接下一组阀将开但未开之点（也可只测单阀特性）。测量时应主要记录如下测点：阀位给定值、流量指令、阀位开度、主蒸汽压力、调节级压力、主蒸汽温度、高压缸排汽压力、高压缸排汽温度、实际功率。3．2试验方法蒸汽工况调整由锅炉控制系统完成，阀门运行工况由DEH完成。DEH在阀位控制方式下，由运行人员改变给定值（即阀位指令）以达到各试验工况的变化。压力、温度、给定值、流量、阀位、功率参数采集，由DEH完成，流量用调节级压力代替并加以修正，试验用的多阀管理曲线采用无重叠度（关闭DPU01组态中P52B25，输出设置为T，原曲线自动变为无重叠度）。DEH逐点给定阀位（给定值定点要求变化），炉控制调整汽压稳定后，DEH采集数据。对通流部分曾改造过的机组，为了防止阀门全开下超过机组允许负荷，主蒸汽压力可适当降低，但整个过程应保持主蒸汽压不变（16．0MPa）。进行试验时，DEH阀门管理程序在单阀方式下，DEH给定值（即负荷指令）从最低负荷135MW开始，逐渐加至额定负荷。单阀试验完毕后，要进行多阀试验，为了避免部分负荷下阀切换带来的负荷波动，应在负荷为300MW时进行阀切换，此时单阀与多阀的实际阀门开度都是100％，阀切换时不需要进行阀门开度的调整，这样，切换过程中负荷就不会出现波动。在顺序阀方式下，从300MW开始逐渐减负荷至135MW，加减负荷时每隔5MW停留，汽压稳定后进行数据采样，采样完成后再进行负荷调整。3．3阀门流量曲线的制定要制定阀门流量曲线，就要知道阀门开度特性曲线和实际流量，前者可通过采样数据得出，后者可通过如下公式得出：式中pim———调节级压力；pim，r———额定调节级压力；pt，r———额定负荷时试验压力值（试验时，要求试验压力稳定）；pt———不同负荷下的试验压力。优化前和优化后单阀的流量与调门行程的特性曲线见图1所示。从图1中可以看出，由于原DEH阀门管理程序是采用原西屋公司提供的阀门特性曲线，在相同负荷下，对应相同阀门指令时，两条曲线对应的流量有较大的差别，这就是阀切换时负荷大幅下降的原因。3．4阀门切换负荷波动的验算根据实测流量曲线，对阀切换时负荷波动情况进行了校验计算，将试验前、后的阀门特性曲线进行比较，取切换时的负荷点，对顺序阀切单阀与单阀切顺序阀的试验情况复核计算的结果见表1。通过上面的比较可知，在80％负荷时多阀切单阀运行，由于实际单阀流量曲线左移，因此原曲线对应负荷偏高11％左右，切换后对应的负荷应下降11％。4修改特性曲线后阀门切换试验情况由于计算阀门负荷波动数据比实际负荷波动略低，在进行适当优化和数据处理后，优化阀门管理程序，修改DPU01组态，然后进行了优化后的阀门管理特性试验、线性化检验，并进行单／多阀切换。进行试验时，DEH功率回路、调节级压力回路投入，DCS自动回路（汽包水位等）投入。单／多阀切换时间由120s适当延长至300s，目的是有利于观察负荷波动情况，正常后切换时间改为180s，适当延长阀切换的时间对减小负荷扰动有积极的意义，因为其有利于阀切换过程中功率反馈回路通过DCS协调控制进行机组压力和负荷的调整，试验过程分4个阶段进行，主蒸汽压力为15MPa时进行单／多阀切换试验，阀切换前后，负荷波动明显减小。经过流量特性修正后的曲线，负荷波动较小，机组阀切换时能保证机组安全运行，现在运行人员可在任何负荷放心进行阀切换，但切换过程中仍存在一定的波动，这主要是因为切换前后，调节级压力变化引起的，这是正常现象，图2为流量特性曲线修改前后多阀切单阀负荷波动。5结束语珠江电厂1号机大修后阀切换时造成负荷大幅波动原因是原阀门特性曲线与阀门实际流量特性曲线不符造成的。通过实测阀门流量特性曲线，并进行相关试验后，有效地消除了阀切换时机组负荷出现大幅波动的现象，这种方法对解决国内同类机组阀切换过程中出现负荷大幅波动的现象具有指导意义。参考文献［1］吴季兰．汽轮机设备及系统［M］．北京：中国电力出版社，2000．［2］高伟．计算机控制系统［M］．北京：中国电力出版社，2000．