汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制策略

汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制策略

黄浩

广西电力工业勘察设计研究院530023黄浩

【摘要】本文主要从阀门管理原理、汽轮机阀门流量特性的分析、汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响、汽轮机的改进控制策略等方面进行了探讨。

【关键词】汽轮机；阀门流量；电力系统

一、前言

随着我国科技的不断进步与发展，汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响越来越受到关注，本文就该部分内容进行了阐述。

二、阀门管理原理

随着汽轮机机组自动化程度不断提升，越来越多的汽轮机机组采用数字式电液控制(DEH)系统进行控制。DE系统一般采用一个油动机带动一个调节阀，通过DEH控制器中的阀门管理逻辑来控制每个调节阀开度调节进汽量，从而实现对汽轮机转速及功率的调节。汽轮机机组在顺序阀运行过程中，在前一个阀门开满、后一个阀门即将开启时，经常会出现前一个阀门晃动严重的情况。这是由于在前一阀门即将开启时，后一个阀门的阀位指令变化幅度很大，由此极易引起阀门来回晃动，影响汽轮机正常运行。解决该问题一般是通过修正阀门流量开度曲线、调节阀门重叠度和调整顺序阀的流量分配等来实现的-3J。

DEH控制器的阀门管理控制方式有单阀调节和顺序阀调节两种方式，汽轮机可根据不同的工况选择相应的阀门调节方式。在单阀控制方式下，汽缸转子受热膨胀均匀，热应力小，因此在机组启动时多采用该方式，但单阀调节在低负荷时节流损失大，机组经济性差。在顺序阀控制方式下，各阀门按一定次序开启，某负荷运行时只有一个调节阀进行流量调节，其余阀门处于全开或者全关位置，故机组经济生好。阀门管理以流量指FDEM为输入信号，通过背压流量修正、比例偏置、重叠度修正、阀门流量开度函数等环节，输出各个阀门的阀位开度指令。开度指令经驱动机构驱动各调节阀使其开启到相应位置，从而改变汽轮机的进汽流量。

三、汽轮机阀门流量特性的分析

1.汽轮机流通部分根据经济功率而设计的，机组用喷嘴配汽的方式进行顺阀的运行，汽轮机第一级为调节级，调节级为喷嘴组，当蒸汽经过主汽门以后才可以开启汽门慢慢的通向调节级。所以说，嘴配汽的特点就是部分负荷的时候自身的经济性能比较好较好。因为各个喷嘴之间都会存在一定的间壁，各个调节的汽门已开还是会有一部分进汽，即使在最大的功率下进行调节级还是会损失。假设调节级为四个喷嘴组，将一、二调节汽门打开。

2.阀门流量特性存在小偏差对电力的影响及计算

调频试验属于人为的模拟汽轮机转速的变化，可迅速使汽轮机出力发生改变，从而对机组频率特性进行考虑。由此可看出转速阶跃有变化后，流量指令就会大幅度增大。到40S机组变化开始进入稳定状态，和之前的转速阶跃的流量指令相比较，稳定状态的流量指令比较小。而机组回馈增益的指数是1，也就是机组阀门的流量可以反映出实际的阀门流量特性时候，初始的流量指令便等于稳定状态的流量指令。所以说，这个时候的阀门流量和阀门流量的特性之间有一定的偏差，若是对试验过程里的主蒸汽压力的下降进行考虑的话偏就会变得更大。

由于主蒸汽压力变化很小，属于可以完全不用去考虑的压力变化。利用汽轮机模型对机组实际特性进行模拟，模型中可反映出汽轮机局部阀门流量的特性。因为这个机组的负荷控制回馈增益指数为1，所以不可以因为开始的流量指令变成平稳状态的流量指令。

3.汽轮机阀门流量特性对电力系统的应用研究

在一个300MW的机组里提出进行阀门的流量特性策略的实验研究，根据所收集到相关的具有阀门特性的数据，并制定出顺序阀的方式。DEH流量需求的指令和实际的等效流量间，其中的横坐标是DEH的指令，纵坐标是DEH的阀门流量。直线是负荷指令的理想阀门流量，曲线是实际DEH负荷指令的阀门流量。DEH阀门的流量特性两段都有显著的偏离，在负荷指令74.89%～87.58%这一区间内段，实际的流量完全小于负荷的指令，最大的偏离是负荷指令83.11%实际流量76.17%时。当实际的流量完全大于负荷指令时，最大的偏离则是负荷指令97.2%实际流量94.2%的时候。

四、汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响

在一个300MW的机组里提出进行阀门的流量特性策略的实验研究，根据所收集到相关的具有阀门特性的数据，并制定出顺序阀的方式。DEH流量需求的指令和实际的等效流量间，其中的横坐标是DEH的指令，纵坐标是DEH的阀门流量。

直线是负荷指令的理想阀门流量，曲线是实际DEH负荷指令的阀门流量。DEH阀门的流量特性两段都有显著的偏离，在负荷指令74．89％～87．58％这一区间内段，实际的流量完全小于负荷的指令，最大的偏离是负荷指令83．I1％实际流量76．17％时。当实际的流量完全大于负荷指令时，最大的偏离则是负荷指令97．2％实际流量94．2％的时候。阀门特性拐点存在主要原因是顺序阀中流量函数进行流量的分配，在阀门的预启段流量的计算和阀门的设置没有正确而导致的，所有对流量的曲线必须要进一步的进行调整以及优化。

经过汽轮机阀门流量自身特性对电力系统仿真及机理的研究发现，汽轮机阀门流量特性发挥不理想时，使得机组在一定范围之内发生功率的波动。当机组发生功率波动的时候，它们频率相当电力系统功率共振时的频率，因此有可能导致电网低频和振荡。经过系统控制策略的改进，机组功率波动可以得到有效的抑制。机组阀门流量特性对电网稳定运行有着重要影响。

五、汽轮机的改进控制策略

当机组功率发生持续波动，将负荷控制切换为手动控制可以快速平息波动。然而由于控制模式需运行人员手动切换，增加了不确定的主观因素。以南方电网2008年4月21日低频振荡事故为例，红河电厂2号机组功率持续波动时间超过6min，而运行人员始终未进行干预。因此，在控制策略的选择上需排除人为主观因素的影响。

从控制策略出发，功率波动可以认为是控制器过度调节引发的。因此，在控制系统的比例一积分一微分控制环节后增加率限制环节，以抑制此种过度调节。

六、结束语

加强对汽轮机阀门流量的研究，可以使其在应用中越来越广泛，也可以延长其使用年限，是非常具有现实意义的研究。

参考文献：

[1]王涛.浅析汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制策略[J].电力系统自动化.2013（3）:166-168.

[2]盛文仲.汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制策略[J].工业技术.2012（3）:16-18.

[3]王文鹏.汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制策略分析[J].经验交流.2013（6）:66-69.