CN102607851B - 一种汽轮机流量特性试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机流量特性试验方法，在去除调节阀之间重叠度的情况下，分别进行顺序阀与单阀方式下的汽轮机流量特性试验；根据试验结果，使用调节级压力与比容来准确计算通过汽轮机的蒸汽流量，并通过主蒸汽压力修正后，形成调节阀综合开度；再由试验获得的每一个调节阀开度与调节阀综合开度之间的对应关系，形成汽轮机的配汽曲线；最后根据配汽曲线的形成机制，通过仿真与计算相结合的方式，确定每一个配汽函数，从而完成汽轮机的流量特性试验。本发明提供的试验在不影响汽轮机运行的情况下进行，通过现场测试获得汽轮机的流量特性，进而可以减少配汽方式切换时的参数波动，提高机组运行的可控性与安全性。

Description

一种汽轮机流量特性试验方法

技术领域

本发明涉及火力发电技术领域，更具体的涉及一种汽轮机流量特性试验方法。 

背景技术

目前，大型汽轮机一般是采用多个调节阀进行流量控制，就每只调节阀而言，其自身具有确定的流量特性，该特性反映了通过调节阀的蒸汽流量与其升程、前后压比的关系。由若干个这样的调节阀组成的调节阀组与汽轮机调节级一起可实现对汽轮机主蒸汽流量的调节。一般将调节阀组的升程与通过汽轮机流量的关系看作是汽轮机的流量特性。 

汽轮机的配汽函数理论上是其流量特性的数值表征，由于设备改造或运行老化等原因，汽轮机配汽函数常会偏离其流量特性，此时汽轮机运行时就会出现诸如调节阀晃动、配汽方式切换时负荷波动大、一次调频能力差、机组协调响应能力差等情况，有时甚至会造成电力系统振荡事故。如果能获取汽轮机流量特性，就可以重新整定其配汽函数，最大限度的消除两者之前的偏差，利于汽轮机的控制。通过理论计算可以获取汽轮机流量特性，但对于运行中的汽轮机来说，结构参数的缺失常使理论计算难以进行。寻求一种合理的方法，通过现场测试来获得汽轮机的流量特性，并确定其配汽函数，就显得十分必要。 

因此，如何通过现场测试获得汽轮机的流量特性成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。 

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种汽轮机流量特性试验方法，其能够通过现场测试获得汽轮机的流量特性。 

本发明提供的一种汽轮机流量特性试验方法，包括步骤： 

S01，机组协调撤出，一次调频回路撤出，汽轮机遥控撤出，汽轮机处于 顺序阀方式，去除各调节阀之间的重叠度； 

S02，汽轮机在额定负荷、额定主蒸汽温度下，所有调节阀全开，记录此时的主蒸汽压力p₁₀，以后的试验过程中保持p₁₀不变；记录该状态下，调节级压力P_e0、比容V_e0及主蒸汽压力P₁₀； 

S03，缓慢降低汽轮机总指令，直到最后两只调节阀开度在35％； 

S04，将汽轮机切换到单阀方式运行，缓慢增加汽轮机总指令，直到最后所有调节阀开度全开； 

S05，根据调节级压力p_e与比容v_e由公式 

$\frac{G}{G_0}=\sqrt{\frac{p_e}{p_{e0}}\·\frac{v_{e0}}{v_e}}$

计算通过汽轮机的主蒸汽流量标幺值； 

S06，将主蒸汽流量标幺值通过公式 

$\frac{\mathrm{\ψ}}{{\mathrm{\ψ}}_0}=\sqrt{\frac{p_e}{p_{e0}}\·\frac{v_{e0}}{v_e}}\·\frac{p_{10}}{p_1}$

进行修正，将修正后的主蒸汽流量理解为调节阀综合开度标幺值ψ/ψ₀； 

S07，由试验过程中的每一个调节阀开度与调节阀综合开度标幺值ψ/ψ₀之间的对应关系，形成汽轮机的配汽曲线； 

S08，根据配汽曲线的形成机制，通过仿真与计算相结合的方式，确定每一个配汽函数，从而完成汽轮机的流量特性试验。 

如此，本发明提供的汽轮机流量特性试验方法，在去除调节阀之间重叠度的情况下，分别进行顺序阀与单阀方式下的汽轮机流量特性试验；根据试验结果，使用调节级压力与比容来准确计算通过汽轮机的蒸汽流量，并通过主蒸汽压力修正后，形成调节阀综合开度；再由试验获得的每一个调节阀开度与调节阀综合开度之间的对应关系，形成汽轮机的配汽曲线；最后根据配汽曲线的形成机制，通过仿真与计算相结合的方式，确定每一个配汽函数，从而完成汽轮机的流量特性试验。本发明提供的试验在不影响汽轮机运行的情况下进行，通过现场测试获得汽轮机的流量特性，进而可以减少配汽方式 切换时的参数波动，提高机组运行的可控性与安全性。 

附图说明

图1为本发明的具体实施方式中，600MW亚临界汽轮机机组应用本发明得到的修正前后调节阀综合开度与负荷关系曲线示意图； 

图2为本发明具体实施方式中，600MW亚临界汽轮机机组原单阀方式配汽曲线与应用本发明得到新单阀方式配汽曲线比对示意图； 

图3为本发明具体实施方式中，600MW亚临界汽轮机组原顺序阀方式配汽曲线与应用本发明得到新顺序阀方式配汽曲线比对示意图； 

图4为本发明具体实施方式中，600MW亚临界汽轮机组配汽函数的组成结构示意图； 

图5为本发明具体实施方式中，600MW亚临界汽轮机组经过流量特性试验后最终配汽曲线示意图。 

其中，图1中， 代表修正前单阀， 代表修正前顺序阀， 代表修正后单阀， 代表修正后顺序阀； 

图2中， 代表原单阀， 代表修正后单阀； 

图3中， 代表修正后顺序阀时GV1、GV4， 代表修正后顺序阀GV3， 代表修正后GV2， 代表相应调节阀修正前曲线； 

图5中， 代表顺序阀曲线， 代表单阀曲线。 

具体实施方式

本发明提供了一种汽轮机流量特性试验方法，其能够通过现场测试获得汽轮机的流量特性。 

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

本发明提供的一种汽轮机流量特性试验方法，包括步骤： 

S01，机组协调撤出，一次调频回路撤出，汽轮机遥控撤出，汽轮机处于顺序阀方式，去除各调节阀之间的重叠度； 

S02，汽轮机在额定负荷、额定主蒸汽温度下，所有调节阀全开，记录此时的主蒸汽压力p₁₀，以后的试验过程中保持p₁₀不变；记录该状态下，调节级压力P_e0、比容V_e0及主蒸汽压力P₁₀； 

S03，缓慢降低汽轮机总指令，直到最后两只调节阀开度在35％； 

S04，将汽轮机切换到单阀方式运行，缓慢增加汽轮机总指令，直到最后所有调节阀开度全开； 

S05，根据调节级压力p_e与比容v_e由公式 

$\frac{G}{G_0}=\sqrt{\frac{p_e}{p_{e0}}\·\frac{v_{e0}}{v_e}}$

计算通过汽轮机的主蒸汽流量标幺值； 

S06，将主蒸汽流量标幺值通过公式 

$\frac{\mathrm{\ψ}}{{\mathrm{\ψ}}_0}=\sqrt{\frac{p_e}{p_{e0}}\·\frac{v_{e0}}{v_e}}\·\frac{p_{10}}{p_1}$

 

进行修正，将修正后的主蒸汽流量理解为调节阀综合开度标幺值ψ/ψ₀； 

S07，由试验过程中的每一个调节阀开度与调节阀综合开度标幺值ψ/ψ₀之间的对应关系，形成汽轮机的配汽曲线； 

S08，根据配汽曲线的形成机制，通过仿真与计算相结合的方式，确定每一个配汽函数，从而完成汽轮机的流量特性试验。 

需要说明的是，本发明不是以获取汽轮机单个调节阀的流量特性为目的，而是以获取汽轮机在特定调节阀组合方式运行下，整体的流量特性为目的。 

如此，本发明提供的汽轮机流量特性试验方法，在去除调节阀之间重叠度的情况下，分别进行顺序阀与单阀方式下的汽轮机流量特性试验；根据试验结果，使用调节级压力与比容来准确计算通过汽轮机的蒸汽流量，并通过主蒸汽压力修正后，形成调节阀综合开度；再由试验获得的每一个调节阀开度与调节阀综合开度之间的对应关系，形成汽轮机的配汽曲线；最后根据配汽曲线的形成机制，通过仿真与计算相结合的方式，确定每一个配汽函数，从而完成汽轮机的流量特性试验。本发明提供的试验在不影响汽轮机运行的 情况下进行，通过现场测试获得汽轮机的流量特性，进而可以减少配汽方式切换时的参数波动，提高机组运行的可控性与安全性。 

此外，需要说明的是，现场试验过程结束后，本发明根据调节级压力p_e与比容v_e由公式(1)计算通过汽轮机的主蒸汽流量。上述参数是用标幺值表征，其比较的基准状态就是额定负荷、所有调节阀全开，式(1)中，下标“0”用来表示该状态下的各参数的值，下同。 

$\frac{G}{G_0}=\sqrt{\frac{p_e}{p_{e0}}\·\frac{v_{e0}}{v_e}}---\left(1\right)$

考虑到试验过程中不可避免的会出现主蒸汽压力的波动，本发明对主蒸汽流量要进行修正，将修正后的主蒸汽流量理解为调节阀综合开度，则式(2)表示主蒸汽流量经过主蒸汽压力修正后的标幺值即为调节阀综合开度。 

$\frac{\mathrm{\ψ}}{{\mathrm{\ψ}}_0}=\sqrt{\frac{p_e}{p_{e0}}\·\frac{v_{e0}}{v_e}}\·\frac{p_{10}}{p_1}---\left(2\right)$

本发明以调节阀综合开度值为横坐标、以实际记录的各调节阀开度为纵坐标，即可绘制出反映实际流量特性的配汽曲线；配汽曲线分顺序阀方式与单阀方式，每种方式需要单独绘制。根据调节阀前后压比可确定顺序阀方式下调节阀之间的重叠度，一般以前一调节阀门开至阀门前、后蒸汽压力比为0.85到0.9时，后一调节阀便开始开启为合适；考虑到减小调节阀大开度下的晃动需要，也需要将前一调节阀大开度对应的调节阀综合开度范围适当加大。调整完重叠度的曲线即是配汽函数要形成的配汽曲线。 

配汽函数的作用就是将调节阀综合开度按设定一一分配到每一个调节阀。不同型式的控制系统配汽函数形成机理不同，但主要有两种，一是直接得到配汽函数，单个配汽函数对应的曲线即是配汽曲线；二是经过中间过程计算，分别确定背压修正函数、阀序设定函数、重叠度修正函数等，最后使得各函数组合计算的结果与配汽曲线完全一致。 

本发明主要采用理论计算与仿真相结合的方法确定配汽函数，仿真工具采用一般性的仿真软件，如MATLAB工具等。对于单个配汽函数对应的曲线 即是配汽曲线的情况，本发明主要采用描点仿真的方法由配汽曲线得到配汽函数：首先根据汽轮机控制系统逻辑要求，确定配汽函数表的点数，然后再根据试验得到的配汽曲线形状进行逐一描点、绘图，最后仿真确认，使配汽函数所形成的曲线与配汽曲线完全一致。对于需要若干中间过程计算的配汽曲线形成方式，本发明采用理论计算与仿真的相结合的方法逐一得到相关配汽函数：首先根据试验过程数据，判断汽轮机调节级状态，从而确定背压修正函数，然后根据顺序阀方式下的调节阀开启顺序，确定阀序列设定函数，最后根据配汽曲线的最终形状，确定重叠度修正函数，并通过仿真进行略微调整，使得到的配汽曲线与试验结果一致。 

将新的配汽函数写入汽轮机控制系统逻辑中，分别在顺序阀方式与单阀方式下进行大范围(50％到100％额定负荷)的负荷变动试验，观察协调运行时机组的负荷的响应情况；在不同负荷点进行顺序阀、单阀方式切换试验，观察切换时的汽轮机参数波动情况。根据试验结果决定是否对新得到的配汽曲线进行局部修正。多台机组实际情况表明，按本发明进行的汽轮机流量特性试验后确定的配汽函数，均不需要再次修正，即可以很好的满足机组协调控制与配汽方式切换的需要。 

下面内容将选取一台上海汽轮机厂生产的600MW亚临界汽轮机(N600-16.7/538/538)为例按本发明方法进行流量特性试验。 

请参考图1至图5，图1为本发明的具体实施方式中，600MW亚临界汽轮机机组应用本发明得到的修正前后调节阀综合开度与负荷关系曲线示意图；图2为本发明具体实施方式中，600MW亚临界汽轮机机组原单阀方式配汽曲线与应用本发明得到新单阀方式配汽曲线比对示意图；图3为本发明具体实施方式中，600MW亚临界汽轮机组原顺序阀方式配汽曲线与应用本发明得到新顺序阀方式配汽曲线比对示意图；图4为本发明具体实施方式中，600MW亚临界汽轮机组配汽函数的组成结构示意图；图5为本发明具体实施方式中，600MW亚临界汽轮机组经过流量特性试验后最终配汽曲线示意图。 

显然，在原配汽曲线下，无论是单阀方式还是顺序阀方式，调节阀综合开度与负荷的比例关系均不对应，在相同的调节阀综合开度指令下，负荷有明显偏差，负荷越低，这种偏差越明显，在调节阀综合开度指令为60％时，对应的负荷有近15％的偏差。这种现象会导致配汽方式切换时负荷波动剧烈。 实际试验时，在此点进行顺序阀向单阀的切换，切换前后，负荷降低约100MW，导致机组参数剧烈波动。 

根据流量特性试验结果，按本发明所述方法绘制新的配汽曲线，顺序阀与单阀方式下的新、旧配汽曲线的对比如图2、图3所示。 

该机组的配汽函数组成结构如图4所示，配汽函数由一系列函数构成，根据试验数据以及顺序阀方式下调节汽开启顺序，确定X288以及X311KB/X351KB/X391KB/X431KB，根据单阀方式下试验数据确定X314/X354/X394/X434以及X345/X385/X425/X465，根据最终的顺序阀方式下的配汽曲线，经过重叠度修正后确定X313/X353/X393/X433。上述配汽函数具体如下表所示。 

根据仿真计算结果，最终形成的新的配汽曲线如图5所示。由新的配汽曲线得到新的配汽函数，按其修改后，重新在调节阀综合开度指令60％、70％、80％、90％时进行顺序阀与单阀的配汽方式之间相互切换，切换控制中机组参数稳定，负荷波动均小于20MW；变负荷试验也表明，机组协调控制能力得到很大提升。这个结果说明，通过汽轮机流量特性试验，该机组的控制水平得到很大提升，运行可靠性增强。 

以上对本发明所提供的一种汽轮机流量特性试验方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发 明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。 

Claims (1)

1.一种汽轮机流量特性试验方法，其特征在于，包括步骤：

S01，机组协调撤出，一次调频回路撤出，汽轮机遥控撤出，汽轮机处于顺序阀方式，去除各调节阀之间的重叠度；

S02，汽轮机在额定负荷、额定主蒸汽温度下，所有调节阀全开，记录此时的主蒸汽压力p₁₀，以后的试验过程中保持p₁₀不变，记录该状态下，调节级压力P_e0、比容V_e0及主蒸汽压力P₁₀；

S03，缓慢降低汽轮机总指令，直到最后两只调节阀开度在35％；

S04，将汽轮机切换到单阀方式运行，缓慢增加汽轮机总指令，直到最后所有调节阀开度全开；

S05，根据调节级压力p_e与比容v_e由公式

$\frac{G}{G_0}=\sqrt{\frac{p_e}{p_{e0}}\·\frac{v_{e0}}{v_e}}$

计算通过汽轮机的主蒸汽流量标幺值；

S06，将主蒸汽流量标幺值通过公式

$\frac{\mathrm{\ψ}}{{\mathrm{\ψ}}_0}=\sqrt{\frac{p_e}{p_{e0}}\·\frac{v_{e0}}{v_e}}\·\frac{p_{10}}{p_1}$

进行修正，将修正后的主蒸汽流量理解为调节阀综合开度标幺值ψ/ψ₀；

S07，由试验过程中的每一个调节阀开度与调节阀综合开度标幺值ψ/ψ₀之间的对应关系，形成汽轮机的配汽曲线；

S08，根据配汽曲线的形成机制，通过仿真与计算相结合的方式，确定每一个配汽函数，从而完成汽轮机的流量特性试验。