1、 收稿日期:作者简介:刘晖明()男大学本科高级工程师主要从事火力发电厂设备经济运行及检修维护管理 系统调节阀流量特性单值数学模型及评估方法刘晖明孙 涛吴宏亮吕浩军万忠海周 帆(国家电投集团江西电力有限公司新昌发电分公司南昌 国家电投集团江西电力有限公司南昌 南昌科晨电力试验研究有限公司南昌 国网江西省电力有限公司电力科学研究院南昌 南京英纳维特自动化科技有限公司南京)摘要:由于进汽阀或本体设备特性变化 配汽函数无法及时匹配进汽阀(组)的非线性特征导致进汽流量控制精度下降 为适应 系统历史趋势图仅支持随时间而变化的折线图显示的特点依据汽轮机原理通过定义汽轮机流量特性因子和等效流量提出两种较为实用
2、的单一数值形式的汽轮机组调节阀流量特性诊断数学模型及评估方法 两种数学模型均可在 系统历史趋势中呈现随时间而变化的单一参数的折线趋势图实现汽轮机组调节阀流量线性度的准确评估和实时预警功能关键词:汽轮机总阀位指令调节阀流量特性调节级压比分类号:文献标识码:文章编号:()(.):().:前 言现代汽轮机组广泛采用 ()数字电液控制系统进行阀门管理 运行中汽轮机通过依次(或同步)开启若干个调节阀来增加汽轮机的进汽流量 通常将流量指令()或总阀位指令与汽轮机实际进汽流量的数值对应关系视为汽轮机组流量特性 汽轮机流量特性试验是现场精确整定汽轮机配汽函数的有效手段 线性优良的汽轮机组流量特性是开展汽轮机组
3、调速系统建模、机网协调响应以及主参数寻优等工作的基础现场经验表明由于进汽阀或本体设备特性变化配汽函数无法及时匹配进汽阀(组)的非线性特征导致进汽流量控制精度下降 然而在日常运行过程中调节阀流量特性是否线性运行人员既没有监测手段也没有分析工具往往只有等到机组出现明显的控制恶化如一次调频、性能下降或是机组功率异常振荡才可能引起运行人员的怀疑或警觉 为此本文依据汽轮机原理通过定义汽轮机流量特性因子和等效流量提出两种较为实用的单一数值形式的汽轮机组调节阀流量特性诊断数学模型及评估方法直接利用()系统历史趋势图实现第 卷 第 期汽 轮 机 技 术.年 月.汽轮机组调节阀流量线性度的科学评估和实时预警 流
4、量特性因子数学模型运行中通过汽轮机的实际流量 不仅与主汽压力 有关而且与总阀位指令 有关并且与二者成正比 数值上可表征为:()式中 为实际流量百分比 为主汽压力 为总阀位指令汽轮机组调节阀流量特性离不开主蒸汽流量的数值表征 在汽轮机配汽计算过程中实际流量 是以 工况的数值为基准值而得到的百分比形式的无量纲标幺值 式()、式()以及式()均为常见的实际流量 的计算公式:()()()式中 为试验工况总阀位指令 下的调节级压力 为试验工况总阀位指令 下的高压缸排汽压力 为试验工况总阀位指令 下的调节级比容/为试验工况任一总阀位指令下的调节级压力 为试验工况任一总阀位指令下的高压缸排汽压力 为试验工况
5、任一总阀位指令下的调节级比容/.流量特性因子倘若实际流量 以式()计算联立式()和式()可推导出:()式中 为调节级压比(即调节级压力与主汽压力的比值)为比例常数图 总阀位指令与调节级压比式()右侧中试验工况总阀位指令 下的调节级压力 为定值 为常数故而左侧总阀位指令与调节级压比的比值为定值 如图 所示在二维坐标中式()表现为通过坐标原点的一条直线 本文将总阀位指令与调节级压比的比值(即该直线的斜率)命名为流量特性因子案例机组为某喷嘴配汽汽轮机组配置 个高压调节阀日常运行中该机组采用顺序阀阀控方式(阀序为/)试验人员首先进行汽轮机组调节阀流量特性试验依据式()完成了该机组 系统配汽函数的整定工
6、作 经试验验证整定后的调节阀流量特性如图 所示图 调节阀流量特性整定后效果然后根据前期的汽轮机组调节阀流量特性试验数据依据式()和式()分别求得试验工况下的流量特性因子 和(如图 所示)()()式中 为试验工况下以式()为表征的流量特性因子 为试验工况下以式()为表征的流量特性因子 为试验工况总阀位指令 下的主汽压力 为试验工况任一总阀位指令下的主汽压力其它参数如前所述由式()可知试验工况下的流量特性因子 为一常数(如图 所示)由于式()考虑调节级比容和高压缸排汽压力的影响试验工况下的流量特性因子 和 存在一定的偏差图 流量特性因子 和 相比式()、式()或式()更为吻合汽轮机变工况计算结果具
7、备较高的精度在汽轮机组调节阀流量特性试验中得到广泛应用 由于式()和式()在数值表征实际流量上所得结果存在一定的差异故而为实现式()的应用需依据式()求取试验工况任一总阀位指令下的总阀位指令修正系数()(如图 所示)()/()式中()为试验工况下的总阀位指令修正系数运行中依据式()和式()分别计算机组在运行工况下的基准流量特性因子 和未修正流量特性因子 汽 轮 机 技 术 第 卷图 总阀位指令修正系数()()()式中 为运行工况总阀位指令下的基准流量特性因子 为运行工况总阀位指令 下的调节级压比 为运行工况总阀位指令 下的未修正流量特性因子 为运行工况总阀位指令 下的调节级压比依据式()计算运
8、行工况下的机组实时流量特性因子:()()在运行工况下当 时调节阀流量特性线性度视为正常 当 时调节阀流量特性线性度视为异常并提示“对配汽函数重新进行整定”.应用效果前期试验人员首先完成汽轮机组调节阀流量特性试验然后在 系统逻辑组态中编译并植入以上数学模型由于 系统历史趋势图仅支持随时间而变化的折线图形式故而通过以上逻辑组态计算并输出实时流量特性因子与基准流量特性因子的偏差值 最后将偏差值 添加至 系统历史数据库在 系统历史趋势中即可呈现随时间而变化的折线趋势图随后在接下来一年中利用 系统历史趋势图来观测调节阀流量特性线性度的变化情况 该机组在配汽函数整定过后 个月时调节阀流量特性如图 所示图
9、个月后调节阀流量特性测试效果此时该机组的流量特性因子的 的最大值低于(如图 所示)此种情形下可认为调节阀流量特性曲线线性度正常该机组在配汽函数整定过后 月的调节阀流量特性如图 所示 在总阀位指令 区域出现较为明显的线性失真现象此时该机组的流量特性因子的偏差值 的最大值超过(如图 所示)此种情形下可认为调节阀流量图 个月后偏差值 测试效果图 个月后调节阀流量特性测试效果图 个月后偏差值 测试效果特性曲线线性度异常并在 系统历史趋势图中标红予以警示 等效流量数学模型如上一节所述倘若实际流量 以式()计算联立式()和式()可推导出式()显然式()可进一步简化为:()式()表示调节级压比 与总阀位指令
10、 成正比 故而可将调节级压比 标幺值作为汽轮机等效流量 根据前期的汽轮机组调节阀流量特性试验数据依据式()式()计算机组在运行工况总阀位指令 下的未修正等效流量:()()()式中 为运行工况总阀位指令 下的调节级压比 为运第 期刘晖明等:系统调节阀流量特性单值数学模型及评估方法 行工况总阀位指令 下的调节级压力 为运行工况总阀位指令 下的主汽压力 为运行工况总阀位指令 下的调节级压比 为运行工况总阀位指令 下的调节级压力 为运行工况总阀位指令 下的主汽压力 为运行工况总阀位指令 下的未修正等效流量同理根据汽轮机组调节阀流量特性试验数据依据式()和式()分别求得试验工况下的实际流量 和 如前文所
11、述为修正式()和式()数值表征实际流量的差异同样需求取试验工况任一总阀位指令下的总阀位指令修正系数()此时依据式()所得结果与图 一致()()考虑到汽轮机流量特性可能出现线性偏移现象如图 所示尽管汽轮机流量特性的斜率与参照线不同但曲线仍保持线性 此时随总阀位指令的减小实际流量与总阀位指令之间的偏差将越来越大 为避免误判等效流量差幅 按式()计算:()/()()式()除考虑等效流量的修正之外还考虑基于总阀位指令的线性偏移量的几何修正 在运行工况下当 .时调节阀流量特性线性度视为正常当.时调节阀流量特性线性度视为异常并提示“对配汽函数重新进行整定”图 汽轮机流量特性线性偏移示意图.实施效果将式()
12、式()编译进 系统组态产生并输出等效流量差幅 将 添加至 系统历史数据库 该机组在配汽函数整定过后 个月时该机组的等效流量差幅 的最大值低于.(如图 所示)此种情形下可认为调节阀流量特性线性度正常该机组在配汽函数整定过后 个月时该机组的等效流量差幅 的最大值超过.(如图 所示)此种情形下可认为调节阀流量特性线性度异常并在 系统历史趋势图中标红予以警示 结束语为适应 系统历史趋势图仅支持随时间而变化的折图 个月后差幅 测试效果图 个月后差幅 测试效果线图显示的特点本文依据汽轮机原理和现场调节阀流量特性试验数据建立了两种简洁实用的单一数值形式的汽轮机组调节阀流量特性诊断数学模型产生并输出汽轮机流量
13、特性因子和等效流量偏差并将其添加至 系统历史数据库 实践检验两种模型均可在无需增添任何硬件设备或监测系统的情况下直接利用 系统历史趋势图对汽轮机组调节阀流量线性度的进行科学准确地评估和实时预警提升机组安全稳定运行水平参 考 文 献 李劲柏刘复平.汽轮机调门流量特性函数优化和对机组安全性经济性的影响.中国电力():.万忠海晏 涛等.汽轮机流量特性试验原理及偏差、要点分析.汽轮机技术():.李阳海张才稳等.汽轮机调门流量曲线测试及流量管理函数优化研究.汽轮机技术():.万忠海华志刚等.汽轮机组调门流量特性的影响因素及其规律研究.中国电机学报():.盛 锴刘复平等.汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制策略.电力系统自动化():.万忠海蔡 文等.间接法配汽机组流量特性矫正方法探究.汽轮机技术():.张 宝顾正皓等.通过试验计算汽轮机的流量特性.汽轮机技术():.曹祖庆.汽轮机变工况特性.北京:水利电力出版社:.剪天聪.汽轮机原理.北京:水利电力出版社:.蔡颐年.蒸汽轮机.西安:西安交通大学出版社:.汽 轮 机 技 术 第 卷
