摘要：针对汽机阀门流量特性不线性的情况，通过对历史数据的采集分析，对实际的汽机调门-流量特性进行辨识，并通过优化使汽机调门流量曲线线性化的方法。
关键词：阀门流量特性：SIS数据：重叠度
Analysis of SIS data flow characteristic curve based on the optimization of turbine valves
XU Sidun
（Guangdong Zhuhai Jinwan Power Company Limited equipment thermal control division）
Abstract: According to the flow characteristics of turbine valve is not a linear case, through the analysis of historical data, the actual turbine valve flow characteristics were identified, and the method of turbine valve flow curve linearization by optimizing.
Key words: The valve flow characteristics: SIS data: overlap
1.前言：
汽机调门流量特性是指流经汽机调速汽门的蒸汽流量与开度的对应关系。由于汽轮机调门的开度—流量呈非线性关系，而此非线性关系对汽轮机的控制是十分不利的，所以必需通过调门流量特性曲线修正，使总阀位给定与总进汽量呈线性关系，才能达到有效地控制汽机的目的。由于设备改造或运行老化等原因，经常发生调门流量特性曲线设定与实际不一致的情况，导致机组调节品质恶化，甚至影响机组安全运行。因此，需通过对汽机调门流量特性曲线的优化，使总阀位给定与进汽量呈线性关系，从而提高机组调节品质，保障机组安全运行。
在机组的运行过程中，SIS系统每日存储大量历史数据，这些数据来源于运行实际，是机组运行特性的全面的客观的反映，且不可改变，具有真实性的特点。如何正确运用这些数据，摸索机组运行特性，使其更好地为运行实际服务，也是摆在我们热控人员面前的一个课题。
2.设备概况：
广东珠海金湾发电有限公司3号机组为600MW超临界、一次中间再热燃煤发电机组，汽轮机组是由上海汽轮机有限责任公司制造的N600-24.2/566/566超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、凝汽式汽轮机，汽机DEH系统采用上海汽轮机厂配套提供的上海FOXBORO I/A分散控制系统。
2013年4月起4号机组在两段负荷区域内出现一次调频多次不合格和AGC响应速度较慢现象，我们对两段负荷区域内的一次调频曲线和AGC升降负荷曲线进行分析，发现两者的问题都是实际负荷不能及时跟随调门指令的变化而变化。
通过初步分析可能在于汽轮机阀门流量曲线和实际机组的阀门流量特性存在一定偏差。需通过历史数据进一步进行分析和优化。
3.1 理论依据
根据弗留格尔公式可知，在汽轮机各通流情况确定的前提下，喷嘴调节多级汽轮机的调节级压力与蒸汽流量成比例关系，即汽轮机的机械功率与其进汽流量成比例关系。而进汽流量又正比于蒸汽压力与进汽阀有效开度之积，当汽轮机定压运行时，增加进气阀的有效开度，即可增加进汽量，同时增加机组功率。
在这里，我们将汽机调门看做一个大阀，其开度可以用综合阀位值来表征，而这个阀门的进汽流量可以用机组负荷（或调节级压力）来表征。因此，在主蒸汽压力额定的情况下，我们只要通过历史数据找出综合阀位—负荷曲线对应关系，即可表示机组阀位的开度—流量特性曲线。
通过历史数据根据弗留格尔公式做出顺序阀方式下，综合阀位指令与实际等效流量（通过计算，折算为0～100%）之间的关系曲线图如图1所示
弗留格尔公式：FLOW =
综合阀位指令DEM=DEH设定值 /6.5
式中：FLOW为实际等效流量（折算为额定参数以后以%表示），PI实际调节级压力，PT实际机前压力，PIr额定调节级压力，取19.86MPa，PTr额定机前压力，取24.2MPa。
3.2 历史数据采样
3.2.1 采样测点的选择
在汽机调门开度一定的情况下，影响功率的因素除主蒸汽压力外，还有主汽温度，凝汽器真空，各段抽汽压力等诸多因素。因此，我们在选择历史数据时，选择机组几次加减负荷数据进行对比处理，即尽量在主汽压力，主汽温度、凝汽器真空等主要参数一致的工况下，选择历史数据。因此，我们重点选择以下测点：机组实际负荷、DEH设定值、主蒸汽压力、调节级压力、GV1指令、GV2指令、GV3指令、GV4指令。
3.2.2 采样应注意的问题
虽然SIS数据具有真实性，但由于其数据存储有死区。因此，为了得到更真实的数据，采样应注意以下问题：
1）数据采样时刻，机组应处于稳态运行，机组各主要参数及采样参数应无明显波动，并且保证采集的是SIS系统实时数据。
2）同一组数据，应保证采样时刻一致（采样时刻应精确到秒）。
3）对于同一负荷下数据应采3-4组为宜，不同组数据应来自不同的时间段，以便具有代表性。
4）采样负荷区间为：正常运行时，机组最高负荷600MW到机组稳态最低负荷250MW。
5）在机组250MW-600MW采取降压定压运行方式进行升降负荷，确保机组在600MW时GV1-4阀门全开。
图1：优化前顺序阀方式下综合阀位指令与阀门流量的关系曲线
图1中可以看出，汽轮机的4个GV阀的综合阀位指令（DEM）-GV的曲线与实际流量（FLOW）-GV的曲线不一致，导致实际与理想的综合阀位指令-阀门流量曲线存在一定偏差。
4 机组调门曲线优化
4.1基本思路
由于汽机各调门是根据综合阀位值来确定自己的开度的，而综合阀位值是DCS系统根据当前机组主汽压力，及负荷指令等运行状态通过PI计算而产生的一个计算量。由此可知机组实际负荷与各调门开度的对应关系不可改变，但与中间计算量（综合阀位值）的对应关系是可以改变的。因此，我们可以根据SIS数据得出的FLOW-GV曲线，通过修改阀门重叠度函数以达到改变综合阀位值对各调门的对应关系，从而使汽轮机的4个GV阀的综合阀位指令（DEM）-GV的曲线与实际流量（FLOW）-GV的曲线一致，达到优化调门曲线的目的。
根据图二，不难看出，优化后曲线有如下变动：
1）GV1/2的阀门曲线拐点，向后移动，且更加平滑明显。
2）GV3 阀门开启较优化前晚，但开启的幅度增大了。
3）GV4阀门开启较优化前晚，但开启的幅度增大了，并且在阀门流量拐点位置过度时比较平滑。
表1 优化前后的GV1/2阀门流量特性函数
表2 优化前后的GV3阀门流量特性函数
表3：优化前后的GV4阀门流量特性函数
4.2 机组阀门流量曲线优化情况
根据试验获得的流量特性数据，确定要重新优化汽轮机配汽函数的阀门流量特性函数和阀门重叠度函数，在线修改GV1-4阀门重叠度函数后，立即进行升降负荷试验。机组升降负荷时，阀门开关过程均无异常，压力和负荷无扰动，又采集此次升降负荷数据，根据弗留格尔公式做出顺序阀方式下，综合阀位指令与实际等效流量（通过计算，折算为0～100%）之间的关系曲线图如图3所示，图中明显可以看出汽轮机的4个GV阀的综合阀位指令（DEM）-GV的曲线与实际流量（FLOW）-GV的曲线基本一致，实际与理想的综合阀位指令-阀门流量曲线也基本一致，修改前实际的综合阀位指令-阀门流量曲线的两处平缓的情况在汽轮机配汽函数修改后得到了明显的改善。
图2：顺序阀方式下优化前后的阀门流量曲线
图3：优化后顺序阀方式下综合阀位指令与阀门流量的关系曲线
4.3 此方法优化机组阀门流量曲线优缺点
此种优化方法的优缺点都是显而易见的，其缺点在于，由于机组负荷调节深度的限制，及历史数据的存储具有局限性，只能对调门曲线进行部分优化而非全行程优化。但对于机组运行来说，已经足够。其优点在于，历史数据来源于机组运行实际，代表了机组运行特性，现场拟合度高；且此种优化实际上只改变了机组负荷与综合阀位值的对应关系，对于机组负荷与各调门的对应关系并未作改变，所以在同一负荷下，机组实际的进汽方式未作改变，因此，对机组的轴承振动、轴瓦温度无影响，对机组运行是绝对安全的。
5 结束语
SIS系统每日存储大量的历史数据，是机组运行特性的全面的客观的反映，通过对历史数据正确的采集、分析、处理，即利用历史数据对汽机调门开度—流量特性曲线进行辨识优化，不仅改善了机组的综合阀位—负荷线性关系，提高了机组的调节品质，满足了AGC对机组调节快速性及稳定性的要求，同时也提高了机组AGC的补偿费用，提高了机组的盈利能力，一举两得。而对于热控人员来说，通过对机组运行特性的辨识，可以解释一些现场现象的发生机理，并可以有针对性地提出优化解决方案，这对保障机组安全、稳定、经济运行有着重要的意义。
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作者简介：许斯顿 男，1985年8月生，籍贯广东雷州，工程师，工学学士，广东工业大学本科毕业，当前主要负责火电厂热控汽机侧热控设备维护。
论文作者:许斯顿
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/6
标签：机组论文; 流量论文; 调门论文; 曲线论文; 汽轮机论文; 阀门论文; 负荷论文; 《电力设备》2018年第11期论文;