一種噴嘴配汽汽輪機流量特性試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種噴嘴配汽汽輪機流量特性試驗方法，屬汽輪發(fā)電機機組運行技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 采用噴嘴配汽的汽輪機在運行中，通過依次（或同步）開啟若干個調(diào)節(jié)閥來增加 汽輪機的進汽流量。通常將整個調(diào)節(jié)閥組的總閥位指令和各調(diào)節(jié)閥閥位指令與汽輪機的進 汽流量的數(shù)值對應(yīng)關(guān)系視為汽輪機流量特性。汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH)通過內(nèi)置的 配汽函數(shù)的閥門管理功能來實現(xiàn)汽輪機進汽流量的精確控制。汽輪機流量特性試驗是生產(chǎn) 運行當中整定DH1系統(tǒng)配汽函數(shù)的有效手段，它是建構(gòu)機組的調(diào)速系統(tǒng)建模、一次調(diào)頻功 能以及主參數(shù)尋優(yōu)等工作的基礎(chǔ)。對于噴嘴配汽汽輪機組而言，合理的配汽函數(shù)應(yīng)能保證 汽輪機在不同閥控方式下進汽流量的精確控制，以符合電網(wǎng)調(diào)頻需求；并且調(diào)節(jié)閥重疊度 設(shè)置能在確保調(diào)節(jié)閥及其配套設(shè)備的安全運行的前提下盡量減小調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，充 分發(fā)揮噴嘴配汽機組的閥點效應(yīng)在運行經(jīng)濟性方面的優(yōu)勢。如果配汽函數(shù)設(shè)定與其實際流 量特性不相符，就會出現(xiàn)諸如調(diào)節(jié)閥晃動、閥切換負荷波動大、一次調(diào)頻和AGC響應(yīng)能力差 等狀況，甚至誘發(fā)電網(wǎng)低頻振蕩。這時，有必要通過汽輪機流量特性試驗對配汽函數(shù)重新進 行整定，以保證汽輪機組的高效運行及機網(wǎng)協(xié)調(diào)安全。
[0003] 通常，噴嘴配汽汽輪機組DH1控制系統(tǒng)設(shè)置有單閥/順序閥兩種閥門管理方式，并 可實現(xiàn)節(jié)流調(diào)節(jié)（單閥）與噴嘴調(diào)節(jié)（順序閥）的在線無擾切換。以較為普遍的配置四 個高壓調(diào)節(jié)閥（CV1-4)的汽輪機為例，單閥方式下，四個高壓調(diào)節(jié)閥同步開啟；順序閥方式 下，高壓調(diào)節(jié)閥的開啟閥序為CV1|CV2(同步）一CV3 -CV4。配汽函數(shù)負責將接收到的流 量指令（FDEM)轉(zhuǎn)化為每個調(diào)節(jié)閥的閥位指令指令，廣泛采用"間接法（圖1)"和"直接法 (圖2)"兩種組態(tài)模式。
[0004] "間接法"組態(tài)模式，指流量指令（FDEM)經(jīng)過若干中間轉(zhuǎn)換函數(shù)的換算形成每個高 壓調(diào)節(jié)閥的閥位指令，其中：函數(shù)F(X1)為順序閥下的背壓修正函數(shù)；函數(shù)F(X2)為順序閥 下的重疊度函數(shù)；KX+B流量分配函數(shù)為順序閥下CV11 CV2 - CV3 - CV4各調(diào)節(jié)閥噴嘴組臨 界流量占汽輪機總臨界流量的比例關(guān)系；函數(shù)F(X3)為單閥下的背壓修正函數(shù)；函數(shù)F(X4) 為單個調(diào)節(jié)閥的流量特性函數(shù)（即調(diào)門流量開度函數(shù)）。
[0005] "直接法"組態(tài)模式，直接列出汽輪機的流量指令（FDEM)或調(diào)節(jié)閥組總閥位指令和 各調(diào)節(jié)閥閥位指令的數(shù)值對應(yīng)關(guān)系，其中：函數(shù)F(X1)為順序閥配汽函數(shù)；函數(shù)F(X2)為單 閥配汽函數(shù)。
[0006] 雖然，在生產(chǎn)運行當中，汽輪機流量特性試驗被視為整定汽輪機配汽函數(shù)的有效 手段，但其試驗原理及偏差、要點往往為試驗調(diào)整人員所忽視。常規(guī)的汽輪機流量特性試驗 方法在試驗項目、步驟以及數(shù)據(jù)處理等方面多有目的與過程含混不清，人云亦云，知其然而 不知其所以然的現(xiàn)象，給汽輪機配汽函數(shù)的精確整定帶來了諸多困擾。特別對于"間接法" 組態(tài)模式和調(diào)節(jié)閥重疊度設(shè)定等環(huán)節(jié)，或因存在復(fù)雜的中間轉(zhuǎn)換函數(shù)，或因為缺乏具體實 施依據(jù)，現(xiàn)場試驗尚存在較大的改進空間：
[0007] (1)試驗原理的澄清：
[0008] 現(xiàn)場試驗人員往往易將汽輪機流量特性和汽輪機配汽端（將汽輪機主汽閥、調(diào)節(jié) 閥和調(diào)節(jié)級，統(tǒng)稱為汽輪機配汽端）流動特性相混淆。尤其在"間接法"組態(tài)模式中引入了 一些或有或無明確物理意義的中間轉(zhuǎn)換函數(shù)，更是模糊了汽輪機流量特性和汽輪機配汽端 流動特性的區(qū)分。
[0009] 眾所周知，在工況變動時，汽輪機配汽端工況變化最大，加上由幾個調(diào)節(jié)閥一一噴 嘴組組成，各調(diào)節(jié)閥一一噴嘴組的工作狀態(tài)又不完全相同，使得配汽端變工況流動特性計 算非常復(fù)雜。而且，汽輪機配汽端流動特性還與調(diào)節(jié)閥復(fù)雜的流動特性有著密切聯(lián)系。再 考慮到橢圓方程本身的系統(tǒng)誤差（VW0工況下調(diào)節(jié)級設(shè)計噴嘴壓比通常大于到0. 85,系統(tǒng) 誤差將大于〇. 5% )，汽輪機進汽流量難以實現(xiàn)精確測量，以及汽輪機實際運行參數(shù)與設(shè)計 值存在一定的偏差（如運行調(diào)節(jié)級壓力與設(shè)計調(diào)節(jié)級壓力的不一致）等等，客觀地說，無論 理論計算還是現(xiàn)場試驗都難以簡潔地，快速地，并精確地獲取汽輪機配汽端流動特性的真 實情況。雖然汽輪機配汽端流動特性難以精確獲取，但其流量特性（實際流量一閥位指令） 可以很方便地被標記下來，并通過數(shù)值映射的方法予以高精度的還原。汽輪機流量特性試 驗恰恰就是這么一個"實際流量一閥位指令"的標記、映射、還原的過程。
[0010] 理論和實踐告訴我們，在初參數(shù)和閥序一定的條件下，倘若汽輪機調(diào)節(jié)級后壓力 確定了，則通過調(diào)節(jié)級的總流量便確定了，各調(diào)節(jié)閥的開度以及通過各噴嘴組的流量及工 作情況（全開/非全開噴嘴組前壓力、動葉前壓力、反動度等等）也都確定了。也即是說， 在初參數(shù)和閥序一定的條件下，汽輪機和各調(diào)節(jié)閥噴嘴組的通流能力與各調(diào)節(jié)閥閥位之間 的關(guān)系是一定的，各參數(shù)之間能夠相互映射，這一規(guī)律可認為是汽輪機流量特性試驗的理 論基礎(chǔ)。
[0011] (2)調(diào)節(jié)閥重疊度的設(shè)定準則
[0012] 調(diào)節(jié)閥的升程流量特性曲線在開度達到一定程度時會進入非線性區(qū)，此時通過調(diào) 節(jié)閥的蒸汽流量隨開度變化很小甚至幾乎不變。因此，順序閥控制方式運行的汽輪機在前 一閥門尚未完全開啟時，后續(xù)閥門必須提前開啟，以補償前閥的非線性特性，各調(diào)節(jié)閥之間 存在一定的重疊度。重疊度從物理概念可區(qū)分為行程重疊度與壓力重疊度。就當下而言， 調(diào)節(jié)閥重疊度設(shè)定未出現(xiàn)明確的可實施的操作規(guī)范（雖然DL/T 824-2002《汽輪機電液調(diào) 節(jié)系統(tǒng)性能驗收導(dǎo)則》規(guī)定了局部速度不等率的允許范圍，但對于電液調(diào)機組，局部速度不 等率較難測量，且該指標只能做事后判斷）。由于行程重疊度在現(xiàn)場通常不具備可實施性， 壓力重疊度被提及較多。一般認為壓力重疊度比較適宜的范圍在10% -15%之間，并沒有 具體確切數(shù)據(jù)，取值受人為因素影響較大。同時，在役機組當中，除哈汽200MW等級機組及 東汽600MW等級機組外，還有很大一部分機組高壓調(diào)節(jié)閥后未安裝壓力測點，壓力重疊度 更是無從談起。這樣一來，調(diào)節(jié)閥重疊度設(shè)定缺乏廣譜適用的實施標準或依據(jù)。
[0013] 毋庸置疑，在一定范圍內(nèi)，適當提高重疊度有助于避免調(diào)節(jié)閥油動機的劇烈動作， 但設(shè)置的重疊度越大（不必要的安全富裕相應(yīng)增多），調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失也越大，對汽輪機 組的經(jīng)濟運行越是不利。因此，合理設(shè)置重疊度，必須仔細研宄調(diào)節(jié)閥的流量特性和節(jié)流特 性，把握安全性與經(jīng)濟性之間的平衡。從已有文獻來看，在重疊度整定過程中，還存在一些 人為因素。對重疊度偏小，是較易從汽輪機流量特性中觀測到的，但對于重疊度設(shè)置是否偏 保守、安全富裕是否恰當以及節(jié)流損失對于汽輪機組熱耗影響的數(shù)值量化，尚未見相關(guān)評 價依據(jù)及試驗案例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的目的是，為實現(xiàn)汽輪機進汽流量的精確控制，本發(fā)明提供一種噴嘴配汽 汽輪機流量特性整定方法。
[0015] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，將汽輪機配汽端（主汽閥、調(diào)節(jié)閥、全開/非全開調(diào)節(jié)級噴 嘴組及動葉）假想為一個當量噴嘴，以該當量噴嘴前壓力（即主蒸汽壓力）、噴嘴后壓力 (即調(diào)節(jié)級壓力）以及當量噴嘴壓比（即調(diào)節(jié)級壓力除以主蒸汽壓力）等為變量，以"間接 法"或"直接法"兩種不同映射方法，對汽輪機的"實際流量一一流量比一一調(diào)節(jié)閥閥位指 令"進行間接數(shù)值映射（當去除中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)'流量比'時，即為直接映射），并通過設(shè)定"每 單位進汽流量增幅下的調(diào)節(jié)閥開度限幅"和數(shù)值量化"調(diào)節(jié)閥節(jié)流損失對于汽輪機組熱耗 的影響程度"等雙重手段實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥重疊度的精細化調(diào)整，從而得到與汽輪機實際流量特 性相符的配汽函數(shù)，實現(xiàn)汽輪機在不同閥門管理方式下進汽流量的精確控制。
[0016] 所述間接法，指經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)"流量比"來間接數(shù)值映射汽輪機的"實際流 量一一調(diào)節(jié)閥閥位指令"函數(shù)關(guān)系；所述直接法，指直接數(shù)值映射汽輪機的"實際流量一一 調(diào)節(jié)閥閥位指令"函數(shù)關(guān)系。
[0017] 本發(fā)明一種噴嘴配汽汽輪機