浅谈汽轮机的阀门管理

    前言
    现代大、中型发电厂组中汽轮机均采用数字电液控制系统（DEH）进行控制，各进汽阀门是由电信号控制、高压油动机驱动，其中进汽阀门的管理显然是DEH系统的重要功能。阀门管理的概念是基于提高大型机组在部分负荷下的热效率的考虑而提出来的。由于机组的功率与进汽量成正比，所以在部分负荷时必须通过调整进汽阀的开度来改变功率输出。如果参数整定不当则单阀与顺序阀的切换扰动过大，汽轮机主要运行参数出现异常，影响机组的安全。
    1.DEH阀门管理功能单阀方式由于每只调节阀都参与开度调
    节，在部分负荷时都有较大的节流损失，使得机组的热耗增大，效率降低；而顺阀方式在每一个时刻至多只有一组阀门处于“半开”状态、产生节流损失，所以使热耗降低。
    在冷态启动时，宜采用全周进汽方式，这样可以使蒸汽进入汽轮机时沿调节级圆周均匀分布，大大缓解调节级的动叶和静叶上的温差，从而减小热应力。
    在运行中实现进汽方式的切换要求有一套复杂的阀门管理程序来完成，这主要是由于阀门的开度与流量的关系曲线是非线性的，切换需要复杂的计算，才能找出流量对应的阀位，实现在线无扰地改变进汽方式。
    2.阀门控制原理及参数的整定
    阀门管理系统接受流量指令信号，再根据阀门升程－流量特性曲线确定调节汽阀的开度（下面以某电厂引进型300MW机组WDPFDEHⅢ控制系统为例）。
    2.1 单阀控制时的阀门开度计算
    以GV1为例，当在单阀方式时，开关T2选择加法器3的输出。此时，由GV主控制站经平衡回路输出的流量指令信号先交给函数关系4处理。由于负荷变化后，阀门后的压力也将变化，阀门开度与流量的关系将发生变化，该函数就是为了对这种变化进行修正。在此之前的平衡回路可克服由于阀门试验等对负荷的影响，平衡回路会自动将一个阀门开度的变化施加到其它阀门上从而使总的流量不变。假定f（x）4的输出为a，而函数f（x）6的输出为b，当在单阀方式时，T5选择1，所以加法器3的输出为b+（a-b）×1。0=a。经过T2、T7、T1，最后经流量－阀位关系函数14处理，得到阀位指令信号。
    2.2 顺阀控制时的阀门开度计算
    当在顺序阀方式时，T2将选择加法器8的输出。由于此时T5选择0，所以加法器8的输出为b+（a-b）×0＝b。函数关系f（x）9反映的是顺阀方式时的流量－阀位关系，它根据GV主控站输出的流量指令确定本阀应承担的流量。函数关系f（x）6与函数关系f（x）4作用相同。注意，在图1中，流量指令已经经过一个流量系数16的修正，该流量系数反映了顺序阀时机组效率变化对负荷的影响。

图1 阀门管理

    2.3 单阀与顺序阀控制的转换阀门管理程序同时计算各个阀门在单阀
    方式和顺序阀方式下的最终流量值，在单顺阀切换过程中必定是有些阀门逐渐开大，有些阀门逐渐减小。整个过程中任何时刻增加的流量与减小的流量应是相等的，总流量保持不变。因此转换过程中机组的负荷不会受到影响。
    a与b值一般来说是不相等的。当从单阀方式向顺序阀方式切换，或从顺序阀向单阀方式切换时，切换过程不应该太快，否则就会产生扰动。这种平稳切换是通过切换开关T5实现的。当从单阀向顺序阀切换时，T5按照一定的速率将其输出从1改变到0。加法器8原来的输出为b+（a-b）×1=a，所以当切到顺序阀方式时，T2的输出没有变化，即GV1的开度没有突变；此后，T5的输出从1开始减小，加法器8的输出业从a开始增加，当T5的输出达到0时，加法器的输出为b。从而完成了从单阀向顺序阀的无扰动切换。反之，从顺序阀切向单阀时，也是无扰动的。但由于顺序阀控制时热效率的提高，所以切换后电功率会有所增加。
    2.4 阀门特性计算阀门管理程序将校正后的流量转换成阀
    门开度指令，其中流量与阀门开度势必存在一定的对应关系，在控制软件中把它近似成9个分段函数的组合，这就是通常所说的阀门特性曲线，在软件中一般采用折线函数来完成特性计算。图2是该汽轮机高调门的阀门特性曲线，其折线函数见表1（即图1中的函数关系f（x）14）。

图2 流量-开度曲线（%）
表1 流量-开度折线函数（%）

    在低负荷工况下，流量和阀门开度成一一对应关系，但是随着负荷的增加，调节门后背压也升高，同样的阀门开度其流量因为受背压影响将发生改变，因此阀门管理程序先按负荷修正流量，修正成低负荷下的折算流量，这就是流量一流量系数曲线，最后根据折算流量按流量一开度特性曲线转换成阀门开度。图3是高调门的流量一流量系数曲线，其折线函数见表2（即图1中的函数关系f（x）4）。

图3 流量-流量曲线（%）
表2 流量-流量折线函数（%）

    2.5 顺序阀与单阀控制切换速率的整定
    为了使顺序阀控制与单阀控制之间的切换对负荷和其它工况不造成影响，要求切换过程必须平稳、无扰的进行。所以切换是个缓慢的、渐进的过程。该机组在阀门管理程序中设置了两者之间切换的无扰切换功能块（图1中的T5），通过设定切换速度来达到切换的无扰性。无扰切换功能块的速率设定值为0.00833/秒，计算得出，完成切换的时间是120秒。若需改变切换时间，即可反推出无扰切换功能块的速率设定值。
    2.6 阀门故障信号的整定在切换过程中，势必有些高调门要经历
    高斜率区，此时阀门开度指令变化极快，而阀门开关速度跟不上，导致开关指令与阀位反馈瞬间出现较大偏差。程序中设定只要阀门开度指令与阀位反馈偏差达10%时，并延时10秒，即输出阀门故障信号，终止顺序阀与单阀控制之间的切换结语汽轮机阀门管理程序涉及到的参数以及
    函数设定较多，必须在熟悉其原理和计算方法后才能逐步整定。另外，厂方提供的设计参数和函数因为机组安装或其它原因极可能会出现实际数据与设计数据出入较大的现象。调试时，应及时发现其中的偏差，并通过反复试验，依据试验数据对参数加以修正。总之，汽轮机的阀门管理是DEH中较为复杂和非常严谨的程序，调试时必须抱以极为科学、严谨的态度，精心整定。也希望本文对新机组DEH系统的调试和机组安全运行有一些借鉴作用。