摘要:随着我国经济的发展，对能源的需求也越来越多，汽轮机是重要的电力生产设备，对于能源的供应很是重要。但是汽轮机受到它自身的构造，以及周遭运行环境复杂等影响，会出现故障，因此加强工业汽轮机在线监测，对汽轮机的状态进行故障诊断是有关人员必须重视的问题。文章对600MW汽轮机的阀门管理与调节级特性进行了研究分析，以供参考。
关键词：600MW汽轮机；阀门管理；调节级特性
1前言
汽轮机调节阀流量特性是指汽轮机进汽调节阀开度与通过调节阀的蒸汽流量之间的关系。在生产过程中，汽轮机长期运行或调节阀解体检修后，调节阀的流量特性将发生改变，在机组自动发电控制（AGC）变负荷和一次调频时，可能出现负荷突变而调节缓慢，或者导致汽轮机转子系统剧烈振荡，严重影响机组运行的安全性和稳定性。准确获取汽轮机调节阀的实际流量特性，使汽轮机调节阀总阀位与总流量呈线性关系，从而实现机组的精确控制与优化运行，是汽轮机控制的重要环节。
2 600MW汽轮机的阀门管理与调节级特性
2.1有阀后压力测点机组
2.1.1迭代计算
汽轮机调节级各阀门的流量可以由通过其喷嘴组的流量确定对于有阀后压力（即喷嘴前压力*0p）测点的机组，从稳态工况数据库中筛选出单个阀门全开度范围下的运行数据，通过迭代计算求出喷嘴后压力，进而得出喷嘴组压比和彭台门系数，最后根据公式可以求出通过单个阀门的流量。调节级的喷嘴组压比始终低于动叶压比，如果喷嘴组处于亚临界状态，则动叶一定处于亚临界状态。
2.1.2仿真优化
通过迭代计算求出调节级各个阀门全开度范围下的流量后，对流量结果进行标幺化处理，得到各个阀门的流量-开度关系曲线。由于关系曲线包含的工况数据点较多，为后续仿真的阀门流量特性函数的确定造成了困难，运用k-means聚类算法对流量-开度关系曲线进行拟合，拟合出各个阀门的流量特性函数。采用MATLAB软件中的仿真软件Simulink搭建阀门管理模块，对汽轮机DEH阀门管理过程进行模拟仿真。根据各个阀门的实际流量特性函数确定阀门间合理的重叠度，优化DEH阀门管理曲线，实现汽轮机调节阀配汽运行优化。
2.2无阀后压力测点机组
2.2.1弗留格尔公式
弗留格尔公式常用来计算汽轮机级组变工况时的流量特性。弗留格尔公式不适用于蒸汽超音速流动以及阀门切换过程中的流量计算，并且其误差主要来源于理想气体假设。
2.2.2分段线性化
总阀位是机组DCS根据当前主蒸汽压力及负荷指令等运行参数通过比例积分产生的计算值，汽轮机各阀门根据总阀位值确定各自开度，即阀门管理曲线。在定压运行下，机组负荷与总流量近似成正比关系，因此，总阀位是连接总流量与各阀开度（流量）的中间值。采用分段线性化的方法对阀组流量特性曲线进行优化，通过改变流量拐点和非线性段对应的总阀位值，达到改变总阀位与各阀位对应关系的目的，即优化了DEH阀门管理曲线，实现了汽轮机调节阀配汽运行优化。
3 600MW机组算例及结果
本算例机组采用N660-24.2/566/566型超临界、凝汽式汽轮机，调节阀为常规的四阀门配置，开启顺序为CV2/4→CV1→CV3从机组DCS数据库中提取指定参数连续3天的运行数据，采样周期为1s，采集工况数据点259200个。对提取的数据进行预处理，剔除非稳态数据和噪声数据，得到稳态工况数据点9583个，数据精简效率达到96.3%。稳态工况数据库覆盖机组运行区间为：机组负荷321.56~668.75MW，主蒸汽温度477.12~566.37℃，主蒸汽压力9.95~25.63MPa。
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3.1迭代计算
通过VisualStudio平台的MFC模块，使用C++语言编写软件，实现上述迭代计算和k-means聚类算法。从稳态工况数据库中筛选出单个阀门全开度下的运行数据并存入Excel，所需参数包括主蒸汽压力、主蒸汽温度、阀后压力、调节级压力和阀门开度。在主界面手动输入调节级结构尺寸参数（喷嘴出口角1、动静叶出口面积比、调节级平均直径），然后点击文件读取Excel的运行数据，对各个阀门全开度范围下的流量进行计算，最后通过聚类分析完成各个阀门流量特性函数拟合。分析可得CV1－CV4实际流量特性与原设计流量特性的主要偏差有2点：1）存在死区，即前5%开度段的流量为0；2）滞后性，特定开度下的实际流量小于原设计流量。因此必须根据CV1－CV4实际流量特性重新整定阀门管理函数，确定阀门间合理的重叠度。
3.2分段线性化
大多数时间内，机组实际运行在40%~100%额定负荷区间，较低负荷段的运行数据为非稳态数据。在无阀后压力测点的情况下，对稳态工况数据库中的主蒸汽流量应用式进行修正，同样，对结果进行标幺化处理。拟合曲线能够完全表征实际的阀组流量特性，无失真；通过与理想流量特性对比发现，在总阀位开度为75%~95%时，流量特性曲线出现下凹现象，流量变化较小。该660MW机组总阀位开度为75%~95%时对应CV1、CV3开启段，因此需要重新设置CV1和CV3开启段的开度曲线以及合理的重叠度。
4对电厂汽轮机各方面的优化政策和优化效果
4.1汽轮机运行耗用量降低
在电厂汽轮机正常运行中对能源的耗用量在在合理指标之内，但是在汽轮机启用和停止时能源耗用量较大，不符合我国绿色节能的发展趋势。所以当下为了节省资源耗用量和降低生产成本应该对汽轮机的能源耗用量进行合理优化，尤其是汽轮机启用和停止方面。对此，经过对汽轮机运行的具体数据的测量发现，如果能够将真空压控制在合理范围之内，将直接减少维持压力的旁压值，真空压得到有效控制将对汽轮机整体的运行速度有积极作用，让电厂汽轮机在保证生产和运行的条件下节省能源耗用量。
4.2电厂汽轮机配汽方式调节优化
汽轮机采用的复合型配汽方式只适合在高负荷的情况下工作，不适合在低负荷的情况下运行。因为复合型的配汽方式会受到额定功率大小的直接影响，如果额定功率适合复合型配汽方式的运行，会提高汽轮机的运行效果;但是在额定功率不适合复合型配汽方式运行的情况下，汽轮机不能够体现其运行效果。所以相关人员进行研究，对电厂汽轮的配汽方式采取硬件上的优化措施，在传统复合型的配汽方式下改为三阀门新型配汽方式，这种新型配汽方式的优点是不受低负荷工作和额定功率的影响，能够保证在低复合或者额定效率不稳定的情况下依旧保证高效率工作，并且对能源的耗用量在传统复合型配汽方式之下。
4.3掌握整个电厂汽轮机的运行情况
汽轮机轴向位移变化和汽轮机运行效率的优化。第一，在对汽轮机轴向位移变化监督时需注意汽轮机中压力表的具体数据变化，因为压力表可以显示出汽轮机的运行状态，压力表可以直接对汽轮机用直接数据反映出来，所以对汽轮机轴向位移变化进行实时监督是控制汽轮机运行有效方法。第二，对汽轮机的整体运行进行监督时将整个汽轮机的运行特性用具体数据表现出来，有利于将汽轮机上高负荷和低负荷两种情况下轴承的振动频率进行数据比较，并对振动频率实时监督，将有故障的轴承检测出来及时维修或者更换，更有利于汽轮机在低负荷情况下保证正常运行。
5结束语
电厂汽轮机是我国电力行业发展的设备基础，是推动我国整个电力行业发展的硬件设施。所以无论是对汽轮机生产后能上的优化还是新型三阀门的配汽方式，都是对电厂汽轮机更大范围的应用在电力行业中提供基础。
参考文献：
［1］陈叶俊．电厂汽轮机运行效率优化措施探讨［J］．科技与创新，2018(02):79-80．
［2］刘明飞．电厂汽轮机运行的节能降耗［J］．化工设计通讯，2017，43(04):201-202．
论文作者:叶大喜
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
标签：汽轮机论文; 流量论文; 阀门论文; 特性论文; 机组论文; 工况论文; 数据论文; 《电力设备》2018年第33期论文;