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摘要：新建大、中型机组中汽轮机均采用数字电液控制系统(DEH)进行控制。通常，新建机组在试运行阶段，汽轮机处于单阀控制，汽轮机各高压调门同时参与调节，各调门开度相同。低负荷时，高压调门开度较小，因而高压调门的节流损失较大，不利于机组长期经济运行。因此新建机组试生产结束后，为了提高机组运行的经济性，将汽轮机从单阀运行切换至顺序阀运行是一个非常重要的措施。基于此。本文主要对汽轮机控制系统中阀门重叠度进行分析探讨。
关键词：汽轮机；控制系统；阀门重叠度；研究
前言
随着我国电力工业的飞速发展，大多数汽轮机控制系统由原来的液压调节改造为先进的电液调节，其阀门配汽机构也由制造厂制定的凸轮(或杠杆)配汽机构改造为电子配汽机构。凸轮(或杠杆)配汽机构由制造厂按设计的阀门开启顺序(即阀门重叠度)配置固定的凸轮(或杠杆)，在生产现场不易更改;而电子配汽机构由于采用电液伺服阀对阀门进行“一对一”控制，阀门的重叠度可由现场热控人员方便地进行更改。
1、汽轮机控制系统中阀门重叠度的相关概述
在电力工业的发展过程中会用到汽轮机。汽轮机的进气量会随着电力设备的点负荷的不断变化而进行调节。在这个过程中，主要有两种主要的点符合调节方式，即喷嘴调节和节流调节。节流调节的调节阀可以同时上升和下降，也能够对汽轮机进行同时加热，并让机组的启动温度保持在均匀的条件下。喷嘴调节方式则可以分成多个调节阀，当前一个调节阀即将开足之后，将下一个调节阀打开，利用这种方式来对机组的正常运行，但是会导致机组升温加热不够均匀，也比较容易形成强大的压力，不过这种调节方法比较经济实惠，方便使用。
同时，汽轮机控制系统中，阀门的重叠度也有两个重要的类型，行程重叠度ζh=1-h1/h1max，压力重叠度ζp=1-p1/p1max。
在这个过程中，形成重叠度至具有几何意，却没有相应的热力学意义，而压力重叠度则具有热力学意义，所以，电力系统中经常用到的重叠度是压力重叠度。当汽轮机才用喷嘴调节方式进行调节时，汽轮机的多个调门都是依次进行开启的。在这个过程中，若是汽轮机的后阀在汽轮机的前阀全部打开之后再开启，那么就能够从阀门的特点中对阀门的流量和升程的关系进行判断。在这个过程中，如果汽轮机的阀门的重叠度选用比较得当，那么汽轮机的多个阀门的特性曲线就会处在同一根直线上。调门重叠度的大小，也会对汽轮机结构的静态特性造成严重的影响。因此，如果不能准确地选择调门的重叠度，将会导致汽轮机的静态特性不合理，重叠度过低，使汽轮机结构特性曲线不是光滑连续的，而是曲折的，这就使得调节系统发生变化时，汽轮机的负荷变化不够均匀，油动机的升程有效增加。相反，一旦重叠度过高，汽轮机的节流损失将会显著增加，也有可能会出现平段，这都对汽轮机控制系统的稳定运行造成了严重的影响。
2、重叠度的确定
如果有阀门的流量特性曲线，就可以通过作图法确定合理的重叠度范围。在机组大修时由于阀门进行过行程调整和密封面的研磨，曲线会产生意想不到的偏差，不能实现机组负荷的调整，因此每次大修后都要重新测定阀门的升程流量特性。而阀门实际流量特性曲线函数难于计算，故通常借助试验来得出阀门实际升程流量特性曲线。
2.1实验条件
(1)汽轮机在额定参数下稳定运行，主蒸汽压力偏差不超过额定值的±1%，主蒸汽温度偏差不超过±5%，大于允许偏差时应进行修正。
(2)给水回热系统正常投入运行。
(3)电网频率尽可能保持稳定。
2.2实验方法
(1)实验在初始负荷(或实际可能低的负荷)至额定负荷之间进行。试验时采用无重叠度顺序阀控制方式，由DEH逐点给定被测试调门阀位，将被测试调门开度由0逐步调整为全开。实验点的间隔不大于5%额定负荷，在最低负荷和额定负荷附近，要适当增加负荷实验点。尽可能选择每一只调节汽阀开启的位置作为负荷实验点。
(2)在每一负荷实验点下，应稳定运行5min～10min，记录3～5次，记录间隔为2min～3min。
(3)记下压力、温度、给定值、流量、阀位、功率参数数据。汽压稳定后进行数据采集，采集完成后再进行负荷调整。注意在整个测试过程中要保持主汽压力不变，另外在负荷过高或过低超出机组正常运行许可值时，可以通过DEH改变调门开启顺序，待参数稳定后再继续进行。
2.3流量曲线的制定
阀门开度特性曲线根据试验数据制定，阀门实际流量通过弗留格尔公式推算得出:
2.4合理重叠度的确定
单个阀门的流量特性曲线确定后，可以按图1所示很直观地通过作图法初步确定阀门重叠度的范围。再进一步通过试验的方式确定最佳重叠度。试验中确定GV流量修正函数即可确定阀门之间的合理重叠度。试验中随着首先开启的阀门开度的增加，当流量指令与实际的蒸汽流量已非线性关系时，这时就需增开阀门数量来对其线性补偿。当首先开启的阀门开足时，那么后开启的阀门和首先开启的阀门之间存在一定的重叠度，此即为两阀门之间的合理重叠度。
3、阀门重叠度对汽轮机运行的影响和解决对策
在汽轮机系统运行的过程中，调速气阀需要有相应的重叠度，重要原因就是应该尽量降低电力负荷波动。在这个过程中，阀门初开阶段前后阀门的压力差比较大，阀门的进气量就会随着开度的增加而不断加速，当阀门开到一定程度之后，其前后的压力就会有效降低，这时，气阀的开度也就有了显著增加，此时的进气量增长是比较缓慢的。
在电力工业运行的过程中，汽轮机往往是拥有很多个调速汽阀的，当汽轮机第一个调速汽阀全部打开时，再打开第二个调速汽阀，那么两个调速阀衔接处的蒸汽量就会出现一个低谷，进而随着汽阀机行程的不断增加，汽阀机的蒸汽量也会不断地增长。在这个过程中，一旦调速汽阀的重叠度显著增加，就会汽轮机调节过程中的气流造成严重的影响，进而导致节流损失增大。所以，应该将阀门的重叠度调整在一定的范围内，促进汽轮机控制系统的稳定运行。
4、汽轮机调节效率受顺序阀重叠度的影响
在汽轮机控制系统中，调节阀需要遵循一定的顺序进行开启，并能够与相邻阀门的重叠度保持一致。当对调节阀的开启顺序进行相应的调整之后，就会对汽轮机调节政企对转因子的作用力产生重要的影响，也会对调节即轴承的负荷及调节蒸汽弯应力产生强有力的影响。与此同时，相邻阀门的重叠度也会对调节级效率产生重要的影响。当每个阀门的重叠度都为0的时候，阀门的调节级效率就会处在最高的状态下，此时阀门的流量特性是比较差的，会导致汽轮机机组的运行极度不稳定。反之，当阀门的最大曲线处在一个流量特性比较好的状态下，此时的阀门调节级效率是最低的，那么也会对汽轮机机组的运行产生重要的影响。因此，在这个过程中，需要对阀门重叠度的流量进行控制，使阀门的调节及效率有效提高，进而保证汽轮机控制系统的有效运行。
5、“零”重叠度的探讨
目前国内许多人有一种认识:汽轮机控制系统由原来的液压调节改造为电液调节后可以将各调节汽门的重叠度调至零，能减小进汽节流损失，提高机组的效率。这种认识存在一定的误区，原因如下:
(1)影响机组效率的重叠度只有3号调门的重叠度ξp3和4号调门的重叠度ξp4。经过通流部分改造的机组，额定工况流量减小，所以真正有实际意义的只有ξp3。
(2)配汽机构(或阀门管理规律)的首要任务，是通过合理安排各调节阀升程以得到合理的流量特性，应保证蒸汽流量随总阀位信号成比例变化，变化过程应是连续稳定的。适当的重叠度是获得上述特性所必须的，而且为了提高高压缸效率，大机组通常采用单列调节级，工作在亚临界流动条件下，后阀开启对前阀流量影响较大，所以必须采用较大的压力重叠度，如200MW机组一般为:ξp3=0.16，ξp4=0.20。
(3)由于阀门流量特性的非线性，其重叠度应是根据流量特性确定的压力重叠度，而不是行程重叠度。
(4)在重叠度范围内节流损失为2阀节流损失的叠加。但在重叠度范围内，接近开完的调节阀节流损失很小，而刚开的调节阀流量很小，其节流损失也很小。两者叠加结果，其损失仅是比无限多阀理想喷咀调节增大。所以零重叠度只能节省重叠度范围内的节流损失，且此节流损失很小，对提高整个机组效率的作用不大。
(5)重叠度范围以外的节流损失与零重叠度的情况相同。
6、改造中应注意的问题
调门重叠度的调整一般由现场热控人员进行。为了保证流量特性的线形度好，机组转速、负荷调整准确，波动小，有时很可能将阀门重叠度调得较大，如某台东方汽轮机厂生产的200MW机组由液压调节改造为DEH后的阀门特性曲线数据如表1所示。实际运行中发现机组带(160～180)MW负荷时3号、4号高压调门波动较大，系统稳定性较差，于是热控人员将其阀门特性曲线数据改为表2。绘制出阀门开度与总流量指令的曲线如图2。
从以上数据可以看出，总流量指令为53.8%时，1号、2号高压调门开至54.76%，3号高压调门开始开启;总流量指令为72.92%时，1号、2号高压调门开至79.33%，3号高压调门开至37.13%，4号高压调门开始开启。机组实际运行带200MW负荷时，1号、2号、3号、4号高压调门的开度分别为:82.4%、82.4%、39.4%、18.5%。可以明显看出，机组在带额定负荷时，各高压调门均有不同程度的节流损失，没有体现喷嘴调节的优点，反而造成机组效益下降。
许多电厂运行人员反映，原电液并存型机组(配汽机构为凸轮配汽)在调节上比高压抗燃油纯电调(配汽机构为电子配汽)准确、稳定，作者认为原因可能是原凸轮配汽是制造厂根据多年经验优化而成，且凸轮配汽是一根完整的曲线，曲线线形好;而电子配汽是通过多根直线拟合代替配汽曲线、不够平滑而造成，因此在配置阀门特性曲线数据时，应尽可能分解为更多直线，并尽可能忠于原凸轮配汽曲线。
7、结语
汽轮机系统是电力工业系统运行中的一个重要的组成部分，将汽轮机控制系统进行改造之后，调节方式变成电液调节，这会对阀门的重叠度产生严重的影响。因此，需要对阀门的重叠度进行有效的研究与分析，采取必要的措施来进行解决，以促进汽轮机控制系统的稳定运行。
参考文献：
[1]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，2015（6）：448-450.
[2]史志杰.汽轮机数字电液控制系统的实验研究[D].保定：华北电力大学，2010.
[3]文贤馗，申自明.汽轮机控制系统改造中阀门重叠度的研究[J].热力发电，2013（5）：41-43.
[4]赵常兴.汽轮机组技术手册[M].北京:中国电力出版社，2007.265-267.
[5]李宝玉，魏毓璞.汽轮机调节系统疑难问题解析[M].北京:化学工业出版社，2006.283-284.
论文作者:张学伟1,邵建宇2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/27
标签：汽轮机论文; 阀门论文; 调门论文; 机组论文; 流量论文; 负荷论文; 控制系统论文; 《电力设备》2018年第29期论文;