2018, Vol. 36 
2. 内蒙古电力科学研究院, 呼和浩特 010020
2. Inner Mongolia Power Research Institute, Hohhot 010020, China
某电厂200 MW汽轮机为东方汽轮机厂有限责任公司生产的超高压、一次中间再热、抽汽凝汽式、单轴、三缸两排汽机组，型号为C200/140-12.7/ 0.245/535/535-1，于2004年投产。
从机头向机尾方向看，高压调节汽阀的布置方式示意图见图 1所示[1]。1号—4号高压调节汽阀后的喷嘴数分别为13、13、12、14。
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图 1 高压调节汽阀的布置方式示意图 |
该汽轮机组于2018年1月开始出现高压调节汽阀摆动大问题，同时伴有机组负荷大幅波动现象，高压调节汽阀开度及负荷波动趋势如图 2所示。当时机组投入AGC（Auto Generation Control，自动发电控制）并且采用顺序阀方式运行，阀序为1号+3号→4号→2号[1]。调节汽阀和负荷大幅波动时汽轮机总阀位指令在74%左右，其中1号、3号高压调节汽阀波动范围为66%~100%，4号高压调节汽阀波动范围为0~30%，负荷波动范围为123~138 MW。运行人员发现机组负荷大幅波动后，立即退出AGC，同时将机组主控切换到手动方式，阀门及负荷波动现象消失。
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图 2 高压调节汽阀开度及负荷波动趋势 |
一般情况下，汽轮机高压调节汽阀摆动是由以下2个因素引起。
2.1 协调系统中汽轮机主控的PID参数设置不当检查协调控制系统汽轮机主控PID的设置参数为：比例系数P=0.3，积分时间常数I=30 s，微分增益常数D=0。可以看出，汽轮机主控的PID参数设置合理，比例和积分作用并不突出，因此排除了汽轮机主控PID参数设置不当这一原因[2]。
2.2 机组阀门的流量特性曲线不合适 2.2.1 高压调节汽阀流量特性如果机组阀门的流量特性曲线不合适，在4号高压调节汽阀衔接1号、3号高压调节汽阀期间，出现指令增大而实际流量没有增加情况时，也会造成调节汽阀的摆动[3-5]。将调节汽阀摆动初期的趋势图进行局部放大（如图 3所示），再进行分析。仔细观察总阀位指令与机组负荷的关系，可以发现以下现象：
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图 3 高压调节汽阀及负荷波动局部曲线 |
（1）当机组实际负荷在130 MW时，总阀位指令为74%左右，此时负荷指令亦为130 MW。
（2）当实际负荷高于负荷指令，总阀位指令向下调节关小阀门，但负荷下降非常快，很快就低于给定值，于是总阀位指令立即发出向上调节信号、增加阀门开度；但随着指令的增加，负荷并没有很快随之增加，而当指令已增加很多，负荷到达一定值时，机组实际负荷突然开始迅速增加，而后总阀位指令向又开始向下调节（发出关小阀门开度指令）。
（3）一开始负荷变化较慢，当开始变化时又会快速低于给定值，因此造成调节汽阀和负荷的振荡摆动。
（4）阀门摆动时调节汽阀总指令刚好位于4号高压调节汽阀即将开启的时候，也就是1号、3号高压调节汽阀与4号高压调节汽阀的重叠区域。
（5）当切换到手动控制方式后，以上现象消失。机组原设计的顺序阀阀序为1号+2号→3号→ 4号。2010年检修时，为了使机组在低负荷时实现喷嘴对称进汽、增加转子的稳定性，将高压调节汽阀的阀序调整为1号+3号→4号→2号[1]。调整阀序时，只是将顺序阀方式不同开度指令下对应的调节汽阀开启顺序进行了改变，并未调整流量特性曲线，顺序阀方式下高压调节汽阀的流量特性见表 1。
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表 1 顺序阀方式下高压调节汽阀流量特性 |
按照顺序阀控制方式下对流量特性曲线的要求，当前1个（或2个）调节汽阀开度增大至蒸汽流量基本不再增加时，下1个阀门要及时开启使流量迅速跟上。例如，当1号、3号调节汽阀开度达到83.5%时（此时流量指令76.729%），1号、3号调节汽阀开度持续增加，但实际流量已经基本不再增加，此时需要4号调节汽阀提前打开，并超出预启阀的开度，以保证机组实际进汽量能够线性增加，此时的流量指令为76%，4号调节汽阀的开度应该为17.5%。
为了检验顺序阀方式下1号、3号阀门与4号阀门重叠度区域4号阀门的实际开度，特进行了以下试验。
在阀位控制方式下，保持主汽压力稳定，将4号高压调节汽阀切换到手动控制方式，以3%的幅度使4号阀门从0开至30%，如图 4所示。可以看到4号阀门开度在21%之前，负荷及主汽流量均无明显变化；开度在24%~30%时，负荷及主汽流量变化明显，因此判断4号阀门预启阀的预启开度为21%左右，现场实际测量行程为9 mm。
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图 4 4号高压调节汽阀试验各参数变化趋势图 |
通过查阅调节汽阀的安装图，发现4号阀门预启阀行程原设计值为7 mm，所以预启阀的实际行程比原设计值多2 mm（折算成开度约多22.5%）。从表 1可以看出，此时对应的流量指令大约为80%，即流量指令在76%~80%区域内，指令虽然增加但实际负荷基本不增加，说明现有的阀门流量特性曲线与阀门实际位置情况不匹配。因机组阀门的流量特性曲线不合适，在4号高压调节汽阀与1号、3号高压调节汽阀的重叠区域，发生了指令增大而实际流量没有增加的情况，最终造成调节汽阀的摆动。
2.2.3 建议建议开展高压调节汽阀流量特性试验，通过优化高压调节汽阀重叠度，重新调整4个高压调节汽阀在顺序阀方式下的流量特性，以彻底解决阀门摆动故障。
高压调节汽阀流量特性的优化不仅可以解决阀门的摆动现象，还能够提高机组AGC的控制精度和响应速率，更好地适应电网调度的要求。
3 结语汽轮机组高压调节汽阀故障问题不仅会对机组的经济性造成影响，还会威胁到机组的安全稳定运行[6-11]。本文对某200 MW机组高压调节汽阀摆动问题进行分析，找出了故障原因，经验可供其他存在类似问题的机组排除故障时参考。
| [1] |
史忠权, 刘俊峰, 王瑞平, 等. 200 MW汽轮机顺序阀开启阀序变更改造[J]. 内蒙古电力技术, 2010, 28(增刊1): 27-29. |
| [2] |
马骥, 王冲宇, 张红岩, 等. 给水泵汽轮机低压进汽调节阀故障分析与处理[J]. 内蒙古电力技术, 2017, 35(2): 29-32. |
| [3] |
刘志刚. 汽轮机组重叠度区一次调频功能的优化研究[J]. 自动化博览, 2009, 27(5): 101-104. |
| [4] |
朱大林, 曾孟熊. 汽轮机组调节系统的重叠度与节流损失[J]. 三峡大学学报, 2001, 23(2): 155-158. |
| [5] |
田松峰, 史志杰, 闫丽涛. 汽轮机控制系统中阀门重叠度的研究[J]. 汽轮机技术, 2008, 50(6): 448-450. DOI:10.3969/j.issn.1001-5884.2008.06.017 |
| [6] |
阚伟民, 邓少翔, 田丰, 等. 600 MW汽轮机组调节阀控制方式切换中振动问题分析及配汽优化[J]. 热力发电, 2009, 38(12): 68-72. DOI:10.3969/j.issn.1002-3364.2009.12.068 |
| [7] |
夏静, 程航, 王骐.600 MW超临界汽轮机高压调阀阀序改变对机组振动的影响[C]//全国电力技术市场协会, 中国电力企业联合会.全国火电600 MW级机组能效对标及竞赛十六届年会论文集.济南: 全国电力技术市场协会, 中国电力企业联合会, 2012: 1-6.
|
| [8] |
张兴阳. 配汽方式不合理导致汽轮机组轴系振动失稳的处理[J]. 内蒙古电力技术, 2015, 33(4): 47-51. |
| [9] |
陈瑞. 火电厂主机集中控制改造技术[J]. 云南电力技术, 2016, 44(6): 78-80. DOI:10.3969/j.issn.1006-7345.2016.06.032 |
| [10] |
顾剑. 超临界660 MW汽轮机汽流激振的故障分析及处理[J]. 电力大数据, 2018, 20(1): 14-17. |
| [11] |
赵家毅, 李千军, 杨涛, 等. 基于调节级压力的汽轮机最佳滑压运行方式[J]. 广东电力, 2017, 30(5): 1-4. |