关于电厂调节阀切换引起功率波动问题分析

【摘要】：功率控制回路可实现火力发电机组的无扰切换，否者将会出现功率不平衡的现象，如果波动较大还会引发强迫振荡事故。引起功率波动的直接因素是调节阀，所以说对其进行分析，有利于对功率波动有一个更为深刻的认识。

【关键词】：电厂调节阀；切换；功率波动；分析

本文以某电厂为例来分析调节阀切换引起功率波动问题。研究机组在大修前，单、顺阀切换能实现无扰切换。在大修后，单、顺阀切换出现了明显的负荷波动。

一、机组及调节阀情况介绍

1.机组情况介绍

某电厂汽轮机为N300-16.67-537/537型，有6个调节阀，2个主汽阀，阀门布置及阀序如图1所示。

 

 

图1高压调门配置示意图

二、切换情况介绍

在大修前，该机组单、顺阀切换能实现无扰切换。由于易发生系统死机、控制系统数据溢出等问题，该机组于2013年7月进行了大修，但在大修后，单、顺阀切换出现了明显的负荷波动，具体情况如下。

1.单阀向顺阀切换

大修后，该机组进行了阀切换。单阀下（如图1所示），机组负荷200MW，各阀门均指令为21.00%左右，总阀位指令为78.50%，此时主蒸汽压力为15.00Mpa。在机组负荷率为5MW/min时，功率控制方式下进行切换；单顺阀开始切换后，CV3、CV5同时关门，而CV1、CV2、CV4、CV5开门。在指令偏差情况下功率PID减少总阀门开度，同时在切换过程中增加功率，56s后总阀位指令为在75.00%时，CV5由26.00%阀位开始关闭，58s总功率达到最大值220.5MW；总阀位指令继续降低，最终机组的单顺阀切换完成时，机组总阀位指令定格在60.00%。机组主蒸汽压力在过程中先降到负荷最高点时的14.50Mpa后，升至切换完成的15.00Mpa。

 

 

图2从单阀向顺序阀切换时变化情况

2.顺阀向单阀切换

顺阀下(如图3所示)，机组的负荷142.85MW，GV1指令为98.00%，GV2全开，GV4为19.00%，GV3、GV5、GV6关闭，总阀位为47.00%，主蒸汽压力为12.71Mpa。在负荷率为2MW/min时，功率控制方式下进行顺阀向单阀切换。在开始切换后，GV3、GV5、GV6开门，CV1、CV2关门，总阀位指令在缓慢增加。在功控PID控制下，机组功率平稳。在切换后132s时，总阀位指令为48.00%，加速开启；在切换后180时，GV1、GV2阀位指令下降放缓。最后10s内实现了功率的平衡，此时的总阀位指令为71.00%。

 

图3从顺序阀向单阀切换时变化情况

三、切换扰动情况分析

PID参数设置和逻辑并不是扰动的主要原因，由于采用复制的方式来设定大修后的控制参数和逻辑，所以大修前后的控制参数和逻辑并无差别，只是对控制系统进行了升级。根据切换的参数变化情况和随后的静态试验结果，笔者认为波动主要的主要原因是：

1.单、顺阀下的总阀位流量特性偏差大

由图2可知，单阀切换为顺序阀时，总阀位指令从78.50%降到60.00%。由图3可知，顺阀切到单阀时，阀位指令从47.00%升到71.00%。这说明在机组功率不变的情况下，总阀位指令在单、顺阀方式下的流量特性曲线偏差大。而正是这种偏差导致闭环PID调节作用不能有效发挥，使得机组在切换过程出现功率波动[1]。

2.调节阀的调节作用不稳定

除了设计和制造因素，调节阀所在管道的长度和安装也会影响到其调节作用的发挥。由于受多种因素影响，在大修后调节阀的调节作用出现了不稳定的现象，表现出在某些阀门区域没有调节作用，而在某些区域调节作用又特别敏感。

3.机组软、硬件升级带来的变化

在这次大修中，尽管对控制系统的软硬件进行了升级，但阀门流量特性曲线的差异并没有得到改善。在保留原来的设置参数和逻辑的情况下，机组软、硬件升级降低了功率控制闭环PID的调节作用。

4.参数设置和切换参数选择

负荷率设置同样会导致到负荷波动，负荷率设置越低，PID的调节作用就越不易发挥，对总阀位指令的影响就越小，继而出现负荷偏差[2]。在负荷率较低的情况下，如果参数设置 较低，那么机组在顺阀切换为单阀的过程也不会出现较大的负荷波动。

5.切换时间过短

本文的单、顺阀切换时间为250s，对阀门本身的动作速度的要求较高。并且机组的流量特性偏差较大，使得切换过程更难达到平衡。笔者认为适当延长切换时间可有效降低单个阀门的变换时间，这样更有利于闭环控制调节作用的发挥，有利于功率的平衡。

四、结论及建议

电厂调节阀切换引起功率波动的主要原因是流量特性曲线偏差大、调节阀的调节作用不稳定、机组软硬件升级降低了功率控制闭环PID的调节作用、参数设置较高或符合率过低、切换时间过短。对此，笔者建议：通过阀门流量特性试验确定阀门流量特性曲线，并据此对DEH组态进行优化，从根本上解决实际流量特性与设计流量特性差别较大的问题；提升功率控制PID的刷新周期，充分发挥功率闭环控制PID的调节作用；在总阀位指令负荷平缓段、低负荷、低参数下或在阀门全开的情况下选择汽机负荷；增加阀切换设置时间，实现阀门变化速度的减低，减低功率波动，比如把切换时间由250秒增加至500秒，对于不能进行阀门实际流量特性试验测量的机组极具实用价值[3]。总之，要综合运用多种措施避免功率波动，降低功率波动的危害。

参考文献：

[1]金子印,王党伟,刘加合.300MW汽机运行中调节阀单阀与顺序阀切换问题[J].汽轮机技术,2010,52(3):218-220.

[2]何映光,刘涛.汽轮机阀切换操作不当引发的电网低频振荡分析[J].电力自动化设备,2010,30(5):142-145.

[3]Brian Nesbitt.阀门和驱动装置技术手册[M].北京:化学工业出版社,2010.

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