CN103743560B - 汽轮机deh系统高压调节阀门流量特性测试及整定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽轮机DEH系统高压调节阀门流量特性测试及整定方法，包括：解除DEH系统高压调节阀门的AGC和一次调频控制方式，记录此时机组的主蒸汽压力；解除DEH系统高压调节阀门的协调控制方式和DEH遥控方式，投入DEH阀控方式和主蒸汽压力定压自动；强制高压调节阀门指令按指定规则关闭，记录数据；强制高压调节阀门指令按指定规则开启，记录数据；根据实验结果数据，确定高压调节阀门流量特性修正曲线。本发明的有益效果：提高了机组效率和整体性能指标，本发明提高了自动化控制水平，提高了机组运行效率，节约了一次能源。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机数字电液控制领域，尤其是一种多阀控制方式下汽轮机DEH系统高压调节阀门流量特性测试及整定方法。
背景技术
根据目前调度运行规则，AGC机组必须按照调度曲线运行，一次调频机组必须能够快速地响应网频的波动，这对机组的控制系统提出了更高的要求。《华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》及《华北区域发电厂并网运行管理实施细则》要求机组具备快速、准确、稳定的响应负荷变化需求，这就要求机组高调门能快速的响应机组负荷变化。然而有些机组高调门的负荷响应性提高的同时调门开度极易产生过调或欠调，从而引起负荷波动，从而对电网负荷稳定产生一定影响。
生产过程中汽轮机运行一段时间或者机组大小修、汽轮机通流改造时，调门进行解体检修后，调门的流量特性都会发生改变，调门开度与流量线性度不好或与原调门控制参数产生偏差，导致机组流量出现突变、保持等现象而引起调门抖动、负荷响应缓慢或振荡，单纯的通过调节PID参数无法达到预期效果，严重影响机组的变负荷能力和一次调频性能。同时，华北电网“两个细则”对发电企业的考核系统，对电厂经济效益产生较大的影响，直接要求电厂提高机组调节品质，满足电网对负荷响应的快速性和稳定性要求。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种多阀控制方式下汽轮机DEH系统高压调节阀门流量特性测试及整定方法，保障了机组及电网的安全稳定运行和发供电质量，达到了理想的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种汽轮机DEH系统高压调节阀门流量特性测试及整定方法，包括以下步骤：
(1)解除DEH系统高压调节阀门的AGC和一次调频控制方式，在顺序阀控制方式下，投入协调控制方式，逐渐增加机组负荷至所有高压调节阀门全开，记录此时机组的主蒸汽压力，作为锅炉在整个试验过程中的额定主蒸汽压力值。
(2)解除DEH系统高压调节阀门的协调控制方式和DEH遥控方式，投入DEH阀控方式，并且DCS投入锅炉跟随方式。
(3)强制高压调节阀门指令按规则关闭，记录主蒸汽压力稳定时刻，汽轮机机组的有功功率、主蒸汽压力、调节级压力和调门指令，直至高压调节阀门全关。
(4)强制高压调节阀门指令按指定规则开启，记录主蒸汽压力稳定时刻，汽轮机机组的有功功率、主蒸汽压力、调节级压力和调门指令，直至高压调节阀门全开。
(5)释放所有强制信号，暂停实验。
(6)对于实验得到的同一负荷下的不同组数据的机组负荷、主蒸汽压力、综合阀位值分别进行检验，将异常数据剔除。
(7)根据实验结果数据，确定高压调节阀门流量真实特性曲线。
(8)根据实验结果数据，确定高压调节阀门流量比例偏置因子。
(9)根据实验结果数据，确定高压调节阀门流量特性修正曲线。
(10)上述各种数据及参数整定完成后，对高压调节阀门流量特性进行校核。
所述试验过程中汽轮机振动、轴向位移、差胀或者轴瓦温度参数的变化出现异常时停止试验。
所述步骤(3)中强制高压调节阀门指令按指定规则关闭的方法为：在DEH系统高压调节阀门的非线性段控制高压调节阀门开度每关5％停留，在DEH系统高压调节阀门的线性段控制高压调节阀门开度每关1％停留，待主蒸汽压力稳定后，记录此时的机组有功功率、阀门主蒸汽压力、调节级压力和调门指令。
所述步骤(4)中强制高压调节阀门指令按指定规则开启的方法为：控制高压调节阀门开度每开1％停留，待主蒸汽压力稳定后，记录此时的机组有功功率、阀门主蒸汽压力、调节级压力和调门指令。
所述步骤(7)中确定高压调节阀门流量真实特性曲线的方法为：对试验所得原始数据中有功功率进行标幺，然后利用线性分段函数得出在主蒸汽压力恒定的情况下，阀门流量与开度的真实流量特性曲线。
所述步骤(8)中确定流量比例偏置因子的方法为：对试验所得原始数据中有功功率进行标幺处理后，选取高压调节阀门流量特性曲线中两点(X1,Y1)和(X2,Y2)分别带入公式：
Y(X)＝KiX+bi (1)
计算出无重叠度下Ki、bi的值，则Ki/bi即为流量比例偏置因子；
其中：X为蒸汽流量，单位％；Y为阀门开度，单位％，Ki、bi为常数值。
所述步骤(9)中确定高压调节阀门流量修正函数的方法为：将蒸汽流量X数值代入公式(1)中，计算出阀门开度Y的值，得出高压调节阀门流量修正曲线。
所述步骤(10)中对高压调节阀门流量特性进行校核的方法为：手动调整锅炉燃料量，将机组负荷维持在最低稳燃负荷，主汽压力维持在额定主汽压力左右，锅炉手动保持燃料量不变，每次按20秒的间隔，按5MW的升幅，逐步增大DEH的负荷设定值，直至所有高压调门全开。
本发明的有益效果是：通过对所得的试验数据进行分析，并结合试验之前存在波动现象，对参数进行计算，将不符合实际阀门流量特性的相关参数进行修正。在相关参数修正后，该机组运行人员通过升、降负荷试验验证GV5/6、GV7/8的阀门流量特性，机组的负荷调节特性稳定，控制品质好，设备运行平稳，振动小，#5、#6调门在24％以及31％左右开度不再出现大幅波动的情况，且其他开度位置线性度良好，达到了预期目的。提高了机组效率和整体性能指标，本发明提高了自动化控制水平，提高了机组运行效率，节约了一次能源。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步说明：
1.调门流量特性试验前现象及分析
该机组汽轮机顺序阀的开启顺序为：首先#1、#2、#3、#4高压调门同时开启至接近全开，然后开启#5、#6高压调门至接近全开，最后开启#7、#8高压调门。问题表现在：阀门在多阀控制方式下运行，当#5、#6调门在24％以及31％左右开度时，负荷波动9MW以上，引起主汽压力及锅炉燃烧的剧烈波动，造成机组负荷控制偏差大，从而切除协调控制和AGC运行方式，给机组的稳定运行带来较大影响。经分析排除自动控制PID参数因素，主要原因为DEH软件中阀门管理程序的参数设置不合理，#5、#6高压调门的设计流量与实际流量特性曲线不符，调门流量特性曲线线性度降低，造成调门开度超调或欠调。因此,必须进行多阀状态下调门的流量特性进行试验，以优化其相应的控制参数。
为了提高机组运行经济性，当机组带部分负荷或者在定压运行过程中负荷稳定时，以及在高负荷时(180MW以上)，多采用多阀控制方式，此时该机组#1、#2、#3、#4调门处于全开状态，多阀控制方式下的#5、#6、#7、#8调门特性参数不合适，故对其进行了阀门流量特性曲线试验。
2.进行流量特性试验
具体方法如下：解除AGC和一次调频控制方式，在顺序阀控制方式下，投入协调控制方式，逐渐增加机组负荷至所有高调门全开，注意检查机组电负荷、各部参数不超限，记录此时的主汽压力，作为试验时需保持的压力值。解除协调控制方式和DEH遥控方式，投入DEH阀控方式并且DCS投入锅炉跟随方式，即由锅炉完成保持额定蒸汽压力工况的调整。锅炉在整个试验过程中维持一个恒定的主蒸汽压力，即试验开始时阀门全开且负荷不超发的主汽压力。试验过程中应密切注意汽轮机振动、轴向位移、差胀、轴瓦温度等参数的变化，发现异常情况应停止试验。首先同时强制GV7、8指令逐步关闭，DEH系统高压调节阀门的非线性段每关5％停留，线性段每关1％停留，待主汽压力稳定后，记录此时的机组有功功率、阀门主蒸汽压力、调节级压力和调门指令，直至GV7、8全关。以同样的步骤将GV5、6指令逐步关闭，记录下相应参数。然后强制GV5、6指令逐步开启，每开1％停留，查看主汽压力不变，记录主要参数。由热工人员强制GV7、8指令逐步开启，每开1％停留，查看主汽压力不变，记录主要参数，释放所有强制信号，试验结束。
由于历史数据存储存在死区，且数据采样时的机组运行工况多少存在差异，可能产生与正常数据有显著性差别的数据，因此，在进行数据分析前要对于同一负荷下的不同组数据的机组负荷、主汽压力、综合阀位值分别进行检验，将异常数据剔除，以保证采样数据的正确可靠。实验数据如表1和2所示。
表1.GV5/6阀门流量特性曲线数据表
表2.GV7/8阀门流量特性曲线数据表
3.流量特性曲线数据处理
由于DEH系统中没有直接的流量测量，而机组有功功率就是对蒸汽流量需求，所以经过对试验所得原始数据(见表1、2)中有功功率进行标幺，然后将数据进行分段、线性化处理以及主汽压力补偿后，计算出GV5、6和GV7、8调门在保持压力恒定的情况下，流量与开度的对应真实的特性曲线，如表3、表4所示。
表3.GV5\6阀门流量特性曲线
表4.GV7\8阀门流量特性曲线
流量比例偏置因子Ki/bi负责将汽轮机厂给出的背压函数修正后的流量指令F(x)，分配给各调节阀门，控制各调门的开启顺序。以下介绍该330MW汽轮机在顺序阀控制时#5、#6、#7、#8调门流量比例偏置因子Ki/bi的确定方法，以GV7\8为例，根据表X中GV7的实验数据，对有功功率进行标幺处理后，将(X，Y7)＝(100，100)和(X，Y7)＝(88.6，0)两点代入下式：Y7(X)＝K7X+b7，其中：X为蒸汽流量，单位％；Y7为GV7的阀门开度，单位％。
无重叠度下K7＝K8＝8.065，b7＝b8＝-706.5。
同理GV5\6数据处理后，(X，Y5)＝(89.1，100)和(X，Y5)＝(69.2，0)可得:
K5＝K6＝5.025，b5＝b6＝-347.73。
即：Y5(X)＝Y6(X)＝5.025X-347.73
Y7(X)＝Y8(X)＝8.065X-706.5
阀门的重叠度是指前一阀门尚未完全开启，下一阀便提前打开，提前开启的量即为重叠度。如果下一个阀门在上一个阀门全开以后再开启，那么阀门的总升程与流量的特性线将是一个曲折较大的线，实际运行中是不允许的。重叠度大对机组控制的稳定性有益，但重叠度过大，阀门的节流损失增加，机组的经济性降低。通常设当前阀门至全开蒸汽流量变化为3％-5％情况下开启下一阀门。
如果在不考虑阀门流量函数F(X1)......F(X8)重叠度情况下，将表1中蒸汽流量数值代入流量偏置计算式(1)中，得出未经重叠度时GV5\6蒸汽流量和开度之间的对应关系，如表5所示：
表5无重叠度时GV5\6阀门流量特性曲线
分析表5数据可得，GV5\6调门开度65％至100％开度之间蒸汽流量变化量仅为7％左右，故得到GV7\8阀门流量修正函数，如表6所示：
表6 GV7\8阀门流量修正函数
根据上述参数关系可以合理调整GV5\6阀门的重叠度。
4.参数设置后的阀门特性校核
根据上述试验，确定高压调节阀门流量特性修正曲线后，通过手动调整锅炉燃料量，将机组负荷维持在最低稳燃负荷，主汽压力维持在额定主汽压力左右，锅炉手动保持燃料量不变，每次按20秒的间隔，按5MW的升幅，逐步增大DEH的负荷设定值，直至所有高压调门全开。在此过程中注意观察到GV5、GV6和GV7、GV8在开始初段和末段的负荷变化平滑无突变现象且基本呈线性特性。
通过对所得的试验数据进行分析，并结合试验之前存在波动现象，对参数进行计算，将不符合实际阀门流量特性的相关参数进行修正。在相关参数修正后，该机组运行人员通过升、降负荷试验验证GV5/6、GV7/8的阀门流量特性，机组调压，负荷变化平稳，#5、#6调门在24％以及31％左右开度不再出现大幅波动的情况，且其他开度位置线性度良好，达到了预期目的。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种汽轮机DEH系统高压调节阀门流量特性测试及整定方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)解除DEH系统高压调节阀门的AGC和一次调频控制方式，在顺序阀控制方式下，投入协调控制方式，逐渐增加机组负荷至所有高压调节阀门全开，记录此时的主蒸汽压力，作为锅炉在整个试验过程中的额定主蒸汽压力值；
(2)解除DEH系统高压调节阀门的协调控制方式和DEH遥控方式，投入DEH阀控方式，并且DCS投入锅炉跟随方式；
(3)强制高压调节阀门指令按规则关闭，记录主蒸汽压力稳定时刻，汽轮机机组的有功功率、主蒸汽压力、调节级压力和调门指令，直至高压调节阀门全关；
所述强制高压调节阀门指令按指定规则关闭的方法为：在DEH系统高压调节阀门的非线性段控制高压调节阀门开度每关5％停留，在DEH系统高压调节阀门的线性段控制高压调节阀门开度每关1％停留，待主蒸汽压力稳定后，记录此时的机组有功功率、主蒸汽压力、调节级压力和调门指令；
(4)强制高压调节阀门指令按指定规则开启，记录主蒸汽压力稳定时刻，汽轮机机组的有功功率、主蒸汽压力、调节级压力和调门指令，直至高压调节阀门全开；
所述强制高压调节阀门指令按指定规则开启的方法为：控制高压调节阀门开度每开1％停留，待主蒸汽压力稳定后，记录此时的机组有功功率、主蒸汽压力、调节级压力和调门指令；
(5)释放所有强制信号，暂停实验；
(6)对于实验得到的同一负荷下的不同组数据的机组负荷、主蒸汽压力、综合阀位值分别进行检验，将异常数据剔除；
(7)根据实验结果数据，确定高压调节阀门流量真实特性曲线；
所述确定高压调节阀门流量真实特性曲线的方法为：对试验所得原始数据中有功功率进行标幺，然后利用线性分段函数得出在主蒸汽压力恒定的情况下，阀门流量与开度的真实流量特性曲线；
(8)根据实验结果数据，确定高压调节阀门流量比例偏置因子；
(9)根据实验结果数据，确定高压调节阀门流量特性修正曲线；
(10)上述各种数据及参数整定完成后，对高压调节阀门流量特性进行校核。
2.如权利要求1所述的一种汽轮机DEH系统高压调节阀门流量特性测试及整定方法，其特征是，所述试验过程中汽轮机振动、轴向位移、差胀或者轴瓦温度参数的变化出现异常时停止试验。
3.如权利要求1所述的一种汽轮机DEH系统高压调节阀门流量特性测试及整定方法，其特征是，所述步骤(8)中确定流量比例偏置因子的方法为：对试验所得原始数据中有功功率进行标幺处理后，选取高压调节阀门流量特性曲线中两点(X1,Y1)和(X2,Y2)分别带入公式：
Y(X)＝KiX+bi (1)
计算出无重叠度下Ki、bi的值，则Ki/bi即为流量比例偏置因子；
其中：X为蒸汽流量，单位％；Y为阀门开度，单位％，Ki、bi为常数值。
4.如权利要求3所述的一种汽轮机DEH系统高压调节阀门流量特性测试及整定方法，其特征是，所述步骤(9)中确定高压调节阀门流量修正函数的方法为：将蒸汽流量X数值代入公式(1)中，计算出阀门开度Y的值，得出高压调节阀门流量修正曲线。
5.如权利要求1所述的一种汽轮机DEH系统高压调节阀门流量特性测试及整定方法，其特征是，所述步骤(10)中对高压调节阀门流量特性进行校核的方法为：手动调整锅炉燃料量，将机组负荷维持在最低稳燃负荷，主汽压力维持在额定主汽压力左右，锅炉手动保持燃料量不变，每次按20秒的间隔，按5MW的升幅，逐步增大DEH的负荷设定值，直至所有高压调门全开。
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