汽轮机调节阀大幅摆动原因分析及处理
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摘 要：某发电厂#4汽轮机运行中高压调节阀在某一区间内大幅频繁摆动，对机组和电网安全运行存在一定风险，通过对调节系统和汽轮机配汽曲线等环节的分析，找到调门摆动的原因，并针对性进行阀门控制曲线优化，有效控制阀门的摆动现象，确保电网稳定及机组安全稳定运行，对其他电厂解决类似问题有一定的借鉴意义。
关键词：调节阀波动;原因分析;处理
中图分类号：TM621.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）19-0120-02
Abstract： During the operation of the #4 steam turbine in a power plant， the high pressure control valve swings greatly and frequently in a certain interval， and there are certain risks to the safe operation of the unit and the power grid. Through the analysis of the control system and steam distribution curve of the steam turbine， the reason for the swing of the valve is found， and the valve control curve is optimized to effectively control the swing phenomenon of the valve to ensure the stability of the power grid and the safe and stable operation of the unit， which can be used as a reference for other power plants to solve similar problems.
Keywords： control valve fluctuation; cause analysis; treatment
1 设备概况
某发电厂#4汽轮机为东方汽轮机有限公司生产的N300-16.7/537/537型（合缸）亚临界中间再热两缸两排气凝汽式汽轮机。采用数字电液调节。该机组于2004年9月投运，于2015年5至7月进行了通流改造，同时也进行了DEH改造。DEH控制系统由ABB改和利时公司MACS6系列分散控制系统。
2 现场情况
#4汽轮机通流改造后汽封间隙较小，机组经济性较高，但是伴随着#1轴承有汽流激振现象，为了确保机组安全运行，将高压调门顺序阀运行方式阀门顺序由CV1/CV2-CV3-CV4改为CV1/CV3-CV2-CV4控制方式，汽流激振得到控制，但是阀序更改后机组运行中，顺序阀方式当CV1/CV3总开度到78%，CV2开始开启阶段，高压调门出现波动频繁现象，CV2在0-13%之间波动， CV1/CV3开度分别在69.9-100%之间波动，机组功率波动2.2-3.7MW波动，引起主蒸汽压力在0.02-0.05MPa波动。阀门波动时容易引起EH油管路轻微振动，存在油管道漏油安全隐患，为了控制阀位波动，运行人员采用调整蒸汽压力，让机组满足负荷前提下避开此阀门开度区间运行，但是没有解决根本问题。阀门配汽机构圖如图1所示。
3 原因检查与分析
3.1 调速系统LVDT、伺服阀检查
现场检查LVDT接线端子接线牢固，无松动现象;传感器固定牢固，与阀门阀杆连接稳固无扭偏、磨损等现象。伺服阀测量线圈电阻阻值正常，对EH油质进行化验，各项指标符合要求，查看EH油压趋势并无明显的波动。
3.2 检查DEH控制逻辑
汽轮机阀门管理，能实现两种不同的进汽方式;全周进汽和部分进汽，即节流调节和喷嘴调节。机组启动时采用节流调节，在某一负荷稳定运行时可以切换为喷嘴调节，顺序阀控制方式下，CV1、CV3高压调节汽门同时开启或关闭，当CV1、CV3高压调节汽阀阀杆开度到39.2mm时，CV2高压调节阀开始开启，当CV2高压调节阀阀杆开度到39.2mm时CV4高压调节阀开始开启。函数数据符合东汽厂提供流量特性曲线。
查看历史趋势时发现，在顺阀控制下CV1、CV3两个调节阀是同时波动，而这两个阀门正处于顺阀控制的第一动作顺序，且当阀门总指令在77.28%～79.27%区间内变化时，CV1、CV3调节阀便在70%～100%之间大范围频繁波动，如图2所示。中压缸由左右侧两个压联合汽阀控制，采用全周进汽（节流调节）方式运行，流量小于30%时进行调节，维持必要的最低再热器压力，流量大于30%时保持全开。
查看历史趋势图，在调门频繁波动时机组负荷略有轻微变化，各负荷段和阀门各个开度蒸汽流量及机组实发功率基本呈线性变化，未出现拐点，可确定调门的重叠度设置适当满足现场调节要求。查找通流改造后的汽轮机高压调节阀单阀流量特性曲线，CV1、CV3调门的70%开度为CV2调门的重叠度，CV1、CV3的有效升程在0%～70%开度区间，70%以上开度对汽轮机的通流量无影响。但是结合汽轮机四个高压调节汽门对应调节级喷嘴组数据看，汽轮机高压调节阀动作顺序修改后，对应喷嘴数发生一定变化，阀门动作时对蒸汽流量势必会造成一定影响，而且发生调节汽阀波动区间正好是顺序阀控制方式下阀门重叠度区域，于是决定从优化阀门流量特性曲线方面进行试验论证。试验情况如图3所示。
将调门在顺序阀控制下，阀门总指令77.28%时，CV1、CV3开度在70.98%，阀门总指令升至79.27%时，CV1、CV3开度达到100%。总指令2%的变化对应调门30%升程，阀门在70%～100%升程区间内斜率太大是引起调门大范围频繁波动的主要原因，由此判断调门的波动与汽轮机顺阀流量特性有关。
4 优化方案
要解决调门在阀门波动大的问题可以从两个方面入手，一是将阀门升程斜率放缓，二是将阀门升程速率放缓。阀门升程斜率放缓存在调门开不到位的情况，会影响重叠度导致节流损失，影响经济性。因此选择使用降低70%往上升程速率的方案。
在开阀过程中，将原控制逻辑调门开度折线函数，如表1所示，分为两段，阀门在71%以下按原方式进行控制，在71%～100%区间内进行速率限制，最终由两个区间段指令相加而得出该阀门的开度总指令，保证阀门在有效升程内的开阀速度不受影响。
为满足机组RB等情况下快速关闭调门的要求，在关阀过程中阀门开度指令不受速率限制，速率限制模块只对开阀指令进行1%/s的速率限制，第二动作顺序的CV2与第三动作顺序的CV4按照相同的方式进行逻辑优化。
5 实施效果
控制逻辑优化后，经过一段时间的观察运行，调门大幅度波动的问题得到了明显改善，如图4所示，机组正常运行中汽轮机高压调门波动现象得到控制，机组运行负荷稳定，机组升降负荷功能满足要求，证明该方案是切实可行的。
6 结束语
该方案从根本上解决了机组升降负荷到顺序阀控制方式下阀门重叠度处阀位波动、负荷波动等影响电网安全问题，也降低了EH油系统管路、调门机械弹簧等设备的因阀门波动造成的应力疲劳风险，同时也改善了DEH的调节效果，保证了机组安全稳定运行。
参考文献：
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[2]徐仁博，徐世明，王晓波，等.汽轮机高压调节汽门摆动分析及控制策略优化[J].东北电力技术，2018，39（04）：21-23+30.
[3]刘志刚.汽轮机组重叠度区一次调频功能的优化研究[J].自动化博览，2009，26（05）：102-104.
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