汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制分析

汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制分析

作者：焦敬东

来源：《科技创新导报》2012年第27期

摘要：对于整个电力系统产生稳定性因素的就是汽轮机阀门流量的特性，通过电网的建立以及相关的机械设备系统的模型，可以了解和研究关于汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响。通过详细的数学分析和研究发现，汽轮机阀门流量特性不稳定的时候，将会导致原动机周期的波动。对于这种情况，要及时的调整并制定出新的汽轮机系统控制策略，新指定的策略必须要对于微分的控制器的进行合理的调节，这样对于系统的阻力有大幅度的增加。

关键词：汽轮机阀门流量特性调速系统控制策略

中图分类号：TK26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（c）-0076-01

在当今发电厂里大多采用DEH系统对汽轮机进行控制，擅长管理和控制各种汽阀门是DEH系统中最优质的用途，在DEH系统中必须将指令由流量转化为阀门的开度，所以流量和阀门的开度有着相当密切的关系，也就是阀门流量的特性曲线。若汽轮机阀门实际流量和原来流量特性曲线并没达到一致时，就会出现大的控制偏差。将会对整个机组的安全及变负荷的能力产生一定的影响，最为严重的是使系统发生强烈的振荡，发生这样的现象对于正在高速运转的汽轮机来说是很不安全的。而事实上，因为制作安装的工艺都不一致、阀门长期的磨损，甚至是阀门设计行程和实际行程不一样，这些原因都可以使阀门流量和原来流量的特性曲线不一样，这就要去对阀门流量的特性曲线进行调整，使得汽轮机运行自身的稳定性和经济性有一定的提高和发展。

1汽轮机阀门流量特性的分析

汽轮机流通部分根据经济功率而设计的，机组用喷嘴配汽的方式进行顺阀的运行，汽轮机第一级为调节级，调节级为喷嘴组，当蒸汽经过主汽门以后才可以开启汽门慢慢的通向调节级。所以说，嘴配汽的特点就是部分负荷的时候自身的经济性能比较好较好。因为各个喷嘴之间都会存在一定的间壁，各个调节的汽门已开还是会有一部分进汽，即使在最大的功率下进行调节级还是会损失。假设调节级为四个喷嘴组，将一、二调节汽门打开。

当P0新的蒸汽经过主汽门以及全开门以后，压力就会由降为P0压力变为P2。当第Ⅰ、Ⅱ两组喷嘴与理比焓降相一致的时也就是ΔhtⅠ=ΔhtⅡ时，动叶比焓ht经过的部分是第Ⅲ调节的汽门它的蒸汽流相对比较大，当第Ⅲ喷嘴组的压力为P0时焓降变为ΔhtⅡ。因为调节级后的空间为通的，级后的压力P2一致，所以两股不同的汽流同样膨胀为P2，经过调节级的汽室中经过混合进入第一压力级。当两股气流混合后产生的比焓。

2阀门流量特性存在小偏差对电力的影响及计算

调频试验属于人为的模拟汽轮机转速的变化，可迅速使汽轮机出力发生改变，从而对机组频率特性进行考虑。由此可看出转速阶跃有变化后，流量指令就会大幅度增大。到40S机组变化开始进入稳定状态，和之前的转速阶跃的流量指令相比较，稳定状态的流量指令比较小。而机组回馈增益的指数是1，也就是机组阀门的流量可以反映出实际的阀门流量特性时候，初始的流量指令便等于稳定状态的流量指令。所以说，这个时候的阀门流量和阀门流量的特性之间有一定的偏差，若是对试验过程里的主蒸汽压力的下降进行考虑的话偏就会变得更大。

由于主蒸汽压力变化很小，属于可以完全不用去考虑的压力变化。利用汽轮机模型对机组实际特性进行模拟，模型中可反映出汽轮机局部阀门流量的特性。因为这个机组的负荷控制回馈增益指数为1，所以不可以因为开始的流量指令变成平稳状态的流量指令。

3汽轮机阀门流量特性对电力系统的应用研究

在一个300MW的机组里提出进行阀门的流量特性策略的实验研究，根据所收集到相关的具有阀门特性的数据，并制定出顺序阀的方式。DEH流量需求的指令和实际的等效流量间，其中的横坐标是DEH的指令，纵坐标是DEH的阀门流量。直线是负荷指令的理想阀门流量，曲线是实际DEH负荷指令的阀门流量。DEH阀门的流量特性两段都有显著的偏离，在负荷指令74.89%～87.58%这一区间内段，实际的流量完全小于负荷的指令，最大的偏离是负荷指令83.11%实际流量76.17%时。当实际的流量完全大于负荷指令时，最大的偏离则是负荷指令97.2%实际流量94.2%的时候。

阀门特性拐点存在主要原因是顺序阀中流量函数进行流量的分配，在阀门的预启段流量的计算和阀门的设置没有正确而导致的，所有对流量的曲线必须要进一步的进行调整以及优化。

有关原顺序阀的方式，及依据实际数据计算得出阀门特性曲线的对比。从左往右的顺序，曲线则分三组，依次是CV1、CV2流量的特性曲线，CV4流量的特性曲线以及CV3流量的特性曲线经过计算得到的阀门流量特性结果。从曲线上很明显的可以看出，修改前和修改后曲线差异很大。

当流量指令达到一致时，经过修改CV1、CV2自身的开度比以前扩大了0%～6%，而控制范围也有了一定的缩短，拐点前后的特性明显比原来光滑。在修改之前CV4的预启阶段需流量的指令由原来的62.0%变为78.5%，导致指令调节的死区时间过长，修改之后流量的指令由原来的72.99%变为74.7%，就可以将预启段打开，对于阀门死区的调节很有效果。修改之前CV4的预启段需流量指令由80%变为93.69%，指令调节的时间过长，修改以后流量指令由88.76%变为90.16%就可以将预启段打开，阀门的死区得到了有效的调节。

4结语

经过汽轮机阀门流量自身特性对电力系统仿真及机理的研究发现，汽轮机阀门流量特性发挥不理想时，使得机组在一定范围之内发生功率的波动。当机组发生功率波动的时候，它们频率相当电力系统功率共振时的频率，因此有可能导致电网低频和振荡。经过系统控制策略的改进，机组功率波动可以得到有效的抑制。机组阀门流量特性对电网稳定运行有着重要影响。

参考文献

[1]盛锴，刘复平，刘武林，等.汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制策略[J].电力系统自动化，2012，36（7）：104-109.

[2]张曦，黄卫剑，朱亚清，等.汽轮机阀门流量特性分析与优化[J].南方电网技术，2010，4（z1）：72-75.

[3]曾宪涛.汽轮机阀门流量特性优化[J].中国科技纵横，2012（2）：60-61.

[4]李劲柏，刘复平.汽轮机阀门流量特性函数优化和对机组安全性经济性的影响[J].中国电力，2008，41（12）：50-53.