CN110735668A - 一种间接法配汽函数整定值简化实现方法 - Google Patents

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Abstract

一种间接法配汽函数整定值简化实现方法，所述方法依据间接法配汽函数的组态特点，将各调节阀的顺序阀阀门重叠度函数F(X2)依次替换为顺序阀配汽函数F(X1)，将各调节阀的单阀流量修正函数F(X3)依次替换为单阀配汽函数F(X2)，并令顺序阀背压修正函数F(X1)、各调节阀的顺序阀KX+B流量分配函数和调门流量开度函数F(X4)的输入值等于输出值，简化间接法配汽函数整定值的实现工作，有益于提升各中间过程函数的整定和实现效率，并降低整定和实现过程中的出错概率。

Description

一种间接法配汽函数整定值简化实现方法
技术领域
本发明涉及一种间接法配汽函数整定值简化实现方法，属汽轮机组运行技术领域。
背景技术
汽轮机组运行中，喷嘴配汽汽轮机组通过依次(或同步)开启若干个调节阀来增加汽轮机的进汽流量。DEH(Digital Electro-Hydraulic Control System)数字电液控制系统设置有单阀方式和顺序阀方式两种阀门管理方式，并支持二者在线切换。以配置四个高压调节阀(CV1-4)的汽轮机为例，单阀方式下，四个高压调节阀同步开启；顺序阀方式下，高压调节阀的开启阀序为CV1/CV2(同步)→CV3→CV4。
众所周知，汽轮机组功率与进汽流量近似呈线性关系，而汽轮机高压调节阀属于“快开型”调节阀，其调门流量特性(数值上表征为阀位指令与进汽流量百分比之间的函数关系)具有典型的非线性特征。这一非线性特征不仅与高压调节阀(含预启阀)结构、阀杆全行程位移以及汽轮机通流结构等密切相关，而且还受到运行工况的影响，较为典型的就是同一调节阀所处阀门开启顺序不同，其流量特性的数值表征函数亦不相同。DEH系统配汽函数负责调节阀(组)进汽流量的线性度矫正及综合管理，进而实现汽轮发电机组的转速与功率的控制。控制上，配汽函数直接决定着单阀方式或顺序阀方式下FDEM流量指令与各调节阀阀位指令的数值对应关系。因而，配汽函数能否正确反映单阀方式和顺序阀方式下高压调节阀(组)的非线性特征直接决定了汽轮机组流量特性的线性度。
理论和实践告诉我们，在初参数一定条件下，倘若汽轮机调节级后压力确定了，则通过调节级的总流量便确定了，各调节阀的开度以及通过各喷嘴组的流量及工作情况(全开/非全开喷嘴组前压力、动叶前压力、反动度等等)也都确定了。因此，在既定阀门开启顺序下，汽轮机配汽端变工况过程中各参数之间能够相互映射——这一规律可认为是各种结构类型汽轮机组配汽及流量特性整定的理论基础。若将汽轮机配汽端(主汽阀、调节阀、全开/非全开调节级喷嘴组及动叶)假想为一个当量喷嘴，那么，不论单阀工况抑或顺序阀工况，均可以该当量喷嘴前压力(即主汽阀前压力)、喷嘴后压力(即调节级压力)以及当量喷嘴压比(即调节级压力除以主汽门前压力)等为变量，代入式(1)，得到任一调节级压力下的当量喷嘴的实际流量、流量比及临界流量。图1分别为某机组现场试验数据计算得到的单阀工况和顺序阀工况下的“实际流量-临界流量”关系曲线。
Figure BDA0002242309730000021
式中：G、Gcr分别为实际流量和临界流量；β为流量比；εn为压比,
Figure BDA0002242309730000022
Po为主汽阀前压力；P2为调节级压力；εcr为临界压比(取0.546)。
尽管不同配汽方式下，随负荷下降，机组变工况过程截然不同，调节级温度最大相差约20℃，但图1中单阀工况和顺序阀工况的两条曲线几乎相互重叠，之间的差别微不可察。该现象是喷嘴配汽机组的普遍规律，原因在于上式中调节级压力是确定“流量比”的唯一变量。倘若实际流量仅以调节级压力之比来表征(不考虑调节级温度或比容修正)，无疑，两条曲线将完全重合。
作为国产引进型汽轮机最为常见的一种函数组态模式，间接法配汽组态方式正是基于汽轮机组的这一普遍规律，通过相同的流量比贯串并统一了单阀和顺序阀的临界流量需求，进而实现单阀和顺序阀配汽的统筹管理。对于顺序阀方式，配汽组态首先依据由理论计算或试验标定的各阀全开工况的临界流量，将总临界流量需求划分为数个流量区段；然后，按既定阀序一一对应地分配给各调节阀(组)；调节阀则依据各自的临界流量特性(此处数值上表征为阀位指令与临界流量百分比之间的函数关系)，生成相应的阀位指令，并最终实现调节阀(组)进汽流量的非线性矫正。对于单阀方式，亦是如此，由于调节阀同步开启，总临界流量需求整体平均分配给各调节阀。至此，“间接法”配汽结束，并完成单阀和顺序阀进汽流量的非线性矫正。
在间接法配汽函数组态构成中(如图2所示)，具体实现过程为FDEM(Flow DemandEnergy Management)流量指令依次经过顺序阀背压修正函数F(X1)、顺序阀KX+B流量分配函数、顺序阀阀门重叠度函数F(X2)生成顺序阀临界流量需求，并经过单阀流量修正函数F(X3)生成单阀临界流量需求；调门流量开度函数F(X4)则作为顺序阀和单阀共用模块，负责将二者的流量需求转换为相应的各调节阀阀位指令。图2中调门流量开度函数F(X4)之前的模块为单阀方式和顺序阀方式切换模块。
由于间接法建立在汽轮机在不同调节阀控制方式下的普遍规律基础之上。显然，F(X3)必须遵循机组的特有规律，各调节阀的单阀流量修正函数F(X3)均以所有调节阀全开时的总临界流量为标幺值，由顺序阀背压修正函数F(X1)换算得到，且各调节阀的函数F(X3)完全一致。而组态中，调门流量开度函数F(X4)作为单阀、顺序阀共用模块，但其却是在顺序阀工况下得到的。由于同一调节阀即便在顺序阀方式下所处阀门开启顺序不同，其流量特性的数值表征函数不尽相同，更不必谈单阀工况与顺序阀工况之间的差异。由于各调节阀的调门流量开度函数F(X4)不尽相同，且仅反映了顺序阀下的流量特性，在单阀方式下与相同的单阀流量修正函数F(X3)相串联，必然使得单阀方式下各调节阀开度彼此不同。因此，制造厂预设配汽函数中所有进汽调节阀的F(X4)往往完全一致，既忽视了调节阀结构的个体制造偏差，也忽视了调节阀所处阀序不同对其流量特性的影响。如此一来，使得单阀方式与顺序阀方式的流量线性矫正无法兼得，这是造成汽轮机进汽流量线性度差现状的根本原因；同时，由于间接法配汽函数组态中各中间函数物理意义晦涩难明，机理自相矛盾且结构复杂，往往影响了专业技术人员的理解，准确性干扰环节多；而且，间接法配汽函数组态存在F(X4)公用的先天缺陷，使得单阀方式与顺序阀方式的流量线性矫正工作极为复杂且极易出错，现场实现难度大(大概要修改数百组数据)，效果不尽人意。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有间接法配汽函数组态存在各中间函数物理意义晦涩难明、流量线性矫正复杂且干扰环节多、现场实现难度大而效果不尽人意的现状，提出一种间接法配汽函数整定值简化实现方法。
本发明实现的技术方案如下，一种间接法配汽函数整定值简化实现方法，依据间接法配汽函数的组态特点，将各调节阀的顺序阀阀门重叠度函数F(X2)依次替换为顺序阀配汽函数F(X1)，将各调节阀的单阀流量修正函数F(X3)依次替换为单阀配汽函数F(X2)，并令顺序阀背压修正函数F(X1)、各调节阀的顺序阀KX+B流量分配函数和调门流量开度函数F(X4)的输入值等于输出值，简化间接法配汽函数整定值的实现。
一种间接法配汽函数整定值简化实现方法，所述方法步骤如下：
步骤1：依据零重叠度顺序阀工况流量特性试验数据，计算得到各调节阀(组)依次关闭过程中对应各调节阀阀位指令的、以所有调节阀全开工况参数为标幺值的实际流量百分比；将此实际流量百分比直接视为FDEM流量指令，以实际流量百分比为横坐标，相对应的各调节阀阀位指令为纵坐标，便可得到顺序阀方式下试验最小进汽度至所有调节阀全开范围的各调节阀的“实际流量百分比即FDEM流量指令—调节阀阀位指令”零重叠度配汽曲线；经过重叠度修正后，进一步得到顺序阀方式下各调节阀的“FDEM流量指令—调节阀阀位指令”配汽函数，并记为顺序阀配汽函数F(X1)。
步骤2：依据单阀工况流量特性试验数据，计算得到各调节阀同步关闭过程中对应各调节阀阀位指令的以所有调节阀全开工况参数为标幺值的实际流量百分比；将此实际流量百分比直接视为FDEM流量指令，以实际流量百分比为横坐标，相对应的各调节阀阀位指令为纵坐标，便可得到单阀方式下试验最小阀位至所有调节阀全开范围的各调节阀的“实际流量百分比即FDEM流量指令—调节阀阀位指令”配汽函数，并记为单阀配汽函数F(X2)。
步骤3：将各调节阀的顺序阀阀门重叠度函数F(X2)依次替换为顺序阀配汽函数F(X1)，并保持“X-Y”分段函数形式；
步骤4：将各调节阀的单阀流量修正函数F(X3)依次替换为单阀配汽函数F(X2)，保持“X-Y”分段函数形式；
步骤5：各调节阀的顺序阀背压修正函数F(X1)保持“X-Y”分段函数形式，只选择“X1-Y1”、“X2-Y2”两组参数，其中，X1、Y1均取值为“0”，X2、Y2均取值为“100”，令该函数的输入值与输出值相同。
步骤6：各调节阀的顺序阀KX+B流量分配函数保持“Y＝KX+B”函数形式，各调节阀的K均取值为“1”，系数B均取值为“0”，令该函数的输入值与输出值相同。
步骤7：各调节阀的调门流量开度函数F(X4)保持“X-Y”分段函数形式，只选择“X1-Y1”、“X2-Y2”两组参数，其中，X1、Y1均取值为“0”，X2、Y2均取值为“100”，令该函数的输入值与输出值相同。
所述一种间接法配汽函数整定值简化实现方法，由于现场配汽函数具体组态架构不尽相同，在各调节阀的单阀方式和顺序阀方式切换模块之前，分别选择单个调节阀在单阀方式和顺序阀方式下的独立函数模块并相应替换为单阀配汽函数F(X2)和顺序阀配汽函数F(X1)；对于未替换的中间过程函数，不论其函数形式如何，相关整定值均按输入值等于输出值为原则进行赋值。
本发明的有益效果是，通过合理简化实现间接法配汽函数的整定值，将实际流量视为流量需求，使得调节阀阀位指令、实际流量以及FDEM流量指令三者完全一一对应起来，配汽曲线可精确复现出汽轮机组单阀方式和顺序阀方式下高压调节阀(组)的非线性特征，即固有流量特性。本发明有益于提升各中间过程函数的整定和实现效率，并降低整定和实现过程中的出错概率。
附图说明
图1为某机组单阀工况和顺序阀工况下的“实际流量——临界流量”曲线；
图2为在间接法配汽函数组态构成中，单个调节阀的配汽函数组态示意图；
图3为本发明实施例机组DEH系统各调节阀配汽函数结构示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如图所示，下面,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
本实施例机组为600MW超临界汽轮机组，其在顺序阀方式下，调节阀开启顺序为CV1/2→CV3→CV4；单阀方式下，各调节阀同步开启。
实施前，首先应根据现场配汽函数具体组态架构，在各调节阀的单阀方式和顺序阀方式切换模块之前，选择出单阀方式和顺序阀方式下的独立函数模块。如图3所示，在顺序阀方式下，KX+B流量分配函数、阀门重叠度函数F(X2)为四个调节阀的独立函数模块，互不关联；因此，可选择二者之一替换为顺序阀配汽函数F(X1)。由于本实施例中，KX+B流量分配函数表征为“Y＝KX+B”函数形式，而顺序阀配汽函数F(X1)表征为“X-Y”分段函数形式，故最终选择同样表征为“X-Y”分段函数形式的阀门重叠度函数F(X2)进行替换。
在单阀方式下，单阀流量修正函数F(X3)为四个调节阀的独立函数模块，互不关联相互独立；因此，将其替换为单阀配汽函数F(X2)。
由图3可知，对于单个调节阀而言，顺序阀配汽函数F(X1)是四个调节阀的共用模块。对于顺序阀配汽函数F(X1)和其他函数(部分函数可能未标示在图3中)，不论其函数形式如何，相关整定值均按输入值等于输出值为原则进行赋值。对于某些机组，顺序阀背压修正函数F(X1)并非如图3般为所有调节阀的共用模块，此时，也可选择其为顺序阀配汽函数F(X1)的替换对象。
本实施例一种间接法配汽函数整定值简化实现方法，包括以下步骤：
步骤1：依据零重叠度顺序阀工况流量特性试验数据，计算得到各调节阀(组)依次关闭过程中对应各调节阀阀位指令的、以所有调节阀全开工况参数为标幺值的实际流量百分比；将此实际流量百分比直接视为FDEM流量指令，以实际流量百分比为横坐标，相对应的各调节阀阀位指令为纵坐标，便可得到顺序阀方式下试验最小进汽度至所有调节阀全开范围的各调节阀的“实际流量百分比即FDEM流量指令—调节阀阀位指令”零重叠度配汽曲线；经过重叠度修正后，进一步得到以“X-Y”分段函数形式表征的顺序阀方式下各调节阀的“FDEM流量指令—调节阀阀位指令”配汽函数，并记为顺序阀配汽函数F(X1)。由于CV1/2同步开启，二者的顺序阀配汽函数F(X1)相同。
表1：顺序阀配汽函数F(X1)
Figure BDA0002242309730000081
步骤2：依据单阀工况流量特性试验数据，计算得到各调节阀同步关闭过程中对应各调节阀阀位指令的以所有调节阀全开工况参数为标幺值的实际流量百分比；将此实际流量百分比直接视为FDEM流量指令，以实际流量百分比为横坐标，相对应的各调节阀阀位指令为纵坐标，便可得到以“X-Y”分段函数形式表征的单阀方式下试验最小阀位至所有调节阀全开范围的各调节阀的“实际流量百分比即FDEM流量指令—调节阀阀位指令”配汽函数，并记为单阀配汽函数F(X2)。
表2：单阀配汽函数F(X2)
Figure BDA0002242309730000091
步骤3：将各调节阀的顺序阀阀门重叠度函数F(X2)依次替换为顺序阀配汽函数F(X1)，并保持“X-Y”分段函数形式；；
步骤4：将各调节阀的单阀流量修正函数F(X3)依次替换为单阀配汽函数F(X2)，保持“X-Y”分段函数形式，如图3所示。
步骤5：各调节阀的顺序阀背压修正函数F(X1)保持“X-Y”分段函数形式，只选择选择“X1-Y1”、“X2-Y2”两组参数，其中，X1、Y1均取值为“0”，X2、Y2均取值为“100”，令该函数的输入值与输出值相同，如图3所示。
表3：顺序阀背压修正函数F(X1)
Figure BDA0002242309730000092
步骤6：各调节阀的顺序阀KX+B流量分配函数保持“Y＝KX+B”函数形式，各调节阀的K均取值为“1”，系数B均取值为“0”，令该函数的输入值与输出值相同，如图3所示。对于某些机组，顺序阀KX+B流量分配函数可能采用“X-Y”分段函数形式；此时，按步骤5，令该函数的输入值与输出值相同即可。
表4：顺序阀KX+B流量分配函数
步骤7：各调节阀的调门流量开度函数F(X4)保持“X-Y”分段函数形式，只选择“X1-Y1”、“X2-Y2”两组参数，其中，X1、Y1均取值为“0”，X2、Y2均取值为“100”，令该函数的输入值与输出值相同，如图3所示。
表5：调门流量开度函数F(X4)
Figure BDA0002242309730000102
以上对本实施例提供的一种间接法配汽函数整定值简化实现方法进行了详细介绍。
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 (3)

1.一种间接法配汽函数整定值简化实现方法，其特征在于，所述方法依据间接法配汽函数的组态特点，将各调节阀的顺序阀阀门重叠度函数F(X2)依次替换为顺序阀配汽函数F(X1)；将各调节阀的单阀流量修正函数F(X3)依次替换为单阀配汽函数F(X2)；并令顺序阀背压修正函数F(X1)、各调节阀的顺序阀KX+B流量分配函数和调门流量开度函数F(X4)的输入值等于输出值，简化间接法配汽函数整定值的实现。
2.根据权利要求1所述的一种间接法配汽函数整定值简化实现方法，所述方法步骤如下：
（1）依据零重叠度顺序阀工况流量特性试验数据，计算得到各调节阀（组）依次关闭过程中对应各调节阀阀位指令的以所有调节阀全开工况参数为标幺值的实际流量百分比；将此实际流量百分比直接视为FDEM流量指令，以实际流量百分比为横坐标，相对应的各调节阀阀位指令为纵坐标，便可得到顺序阀方式下试验最小进汽度至所有调节阀全开范围的各调节阀的“实际流量百分比即FDEM流量指令—调节阀阀位指令” 零重叠度配汽曲线；经过重叠度修正后，进一步得到顺序阀方式下各调节阀的“FDEM流量指令—调节阀阀位指令”配汽函数，并记为顺序阀配汽函数F(X1)；
（2）依据单阀工况流量特性试验数据，计算得到各调节阀同步关闭过程中对应各调节阀阀位指令的以所有调节阀全开工况参数为标幺值的实际流量百分比；将此实际流量百分比直接视为FDEM流量指令，以实际流量百分比为横坐标，相对应的各调节阀阀位指令为纵坐标，便可得到单阀方式下试验最小阀位至所有调节阀全开范围的各调节阀的“实际流量百分比即FDEM流量指令—调节阀阀位指令”配汽函数，并记为单阀配汽函数F(X2)；
（3）将各调节阀的顺序阀阀门重叠度函数F(X2)依次替换为顺序阀配汽函数F(X1)，并保持“X-Y” 分段函数形式；
（4）将各调节阀的单阀流量修正函数F(X3)依次替换为单阀配汽函数F(X2)，保持“X-Y”分段函数形式；
（5）各调节阀的顺序阀背压修正函数F(X1)保持“X-Y” 分段函数形式，只选择“X1-Y1”、“X2-Y2”两组参数，其中，X1、Y1均取值为“0”，X2、Y2均取值为“100”，令该函数的输入值与输出值相同；
（6）各调节阀的顺序阀KX+B流量分配函数保持“Y=KX+B”函数形式，各调节阀的K均取值为“1”，系数B均取值为“0”，令该函数的输入值与输出值相同；
（7）各调节阀的调门流量开度函数F(X4)保持“X-Y” 分段函数形式，只选择“X1-Y1”、“X2-Y2”两组参数，其中，X1、Y1均取值为“0”，X2、Y2均取值为“100”，令该函数的输入值与输出值相同。
3.根据权利要求1所述的一种间接法配汽函数整定值简化实现方法，其特征在于，所述现场配汽函数由于具体组态架构不尽相同，应在各调节阀的单阀方式和顺序阀方式切换模块之前，分别选择单个调节阀在单阀方式和顺序阀方式下的独立函数模块并相应替换为单阀配汽函数F(X2)和顺序阀配汽函数F(X1)；对于未替换的中间过程函数，不论其函数形式如何，相关整定值均按输入值等于输出值为原则进行赋值。
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