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技術文章

針對采用數字電液控制系統的汽輪發電機組在運行中出現的調節閥門波動的問題

　　1 DEH-ⅢA型系統工作原理
　　該機組的10個閥門（2個高壓主汽門、2個中壓主汽門、4個高壓調節閥門、2個中壓調節閥門）除2個中壓主汽門屬于開關型外，其余均采用伺服閥控制閉環回路。DEH控制系統包括2個閉環回路：一是伺服閥控制回路，對閥門進行定位控制，采用PI調節規律；另一是轉速、功率控制回路，對轉速和功率進行閉環控制，也是采用PI調節規律。（如圖1）

　　　　　　　　　　　　　　　圖1 DEH-ⅢA型系統控制回路原理
　　2 可能引起調節閥門波動的原因
　　能造成調節閥門波動的原因有許多種,伺服閥控制回路中任一環節的設備出現問題，都會引起調節閥門的波動，一般出現以下幾方面的問題：（1）控制器本身出現故障引起計算機的指令不穩而使調節閥門波動，此問題可通過對主控制器進行檢查，監視其輸出點信號是否波動便能確定是否有問題。（2）閥門特性曲線不正確引起的調節閥門波動，這主要出現在順序閥控制方式下后續調節閥門主閥即將開啟時刻。（3）伺服閥卡澀或其濾網堵塞造成的調節閥門波動，此問題可通過檢查伺服控制卡（VCC卡）的輸出電壓信號（范圍是0～5V）即可判斷。一般在閥門開度不變的情況下，為克服伺服閥機械零偏，此電壓約為0.2～0.3V之間。如果該電壓值在增大過程中，其閥門不隨之開大或有明顯的滯后現象，則很可能是伺服閥卡澀或其濾網堵塞。（4）油動機引起的調節閥門波動，油動機引起的調節閥門波動主要體現在兩方面，一是油動機卡澀造成的調節閥門波動、另一是油壓造成的調節閥門波動。（5）閥位反饋環節引起的調節閥門的波動，該故障大部分出現在位移傳感器（LVDT）上。（6）閥門卡澀或其與油動機連接的連接塊中有空行程造成的調節閥門波動。
　　3 閥門特性曲線（電氣凸輪）
　　改造前的電-液并存型中壓抗燃油控制系統是將轉速（功率）信號通過與汽輪機同軸的徑向鉆孔泵轉變為脈動油壓，脈動油壓控制錯油門、通過錯油門來控制中壓抗燃油油動機活塞下油壓、使油動機開大、關小，油動機驅動機械凸輪的旋轉，凸輪的旋轉帶動調節閥門開大、關小。而純電調高壓抗燃油系統是將轉速（功率）信號變為電信號，然后送到主控制器上，主控制器根據閥門特性曲線（如圖2示）經過計算，將各調節閥門開度指令信號輸出到控制該閥門的VCC卡上，轉換為閥位指令，然后經過功放輸出去控制伺服閥油動機。
　　　　　　　

　　　　　　　　　　　圖2 300MW汽輪機順序閥控制時閥門特性曲線示意圖
　　4 閥門特性曲線不合適現象及處理
　　閥門特性曲線不合適的現象可分為兩類，分別是在順序閥控制方式下閥門重疊度過大或過小現象。閥門重疊度增大的過程既是一個閥門控制方式由順序閥控制逐漸向單閥控制的轉變過程，隨著重疊度的增大，閥門前后的壓差也將增大，調節閥門的節流損失也將增大，重疊度大對機組控制的穩定性有益、但影響經濟性。閥門重疊度過小則會造成閥位（VPOZ）與總流量曲線不平滑，在后續調節閥門主閥開啟的瞬時出現負荷波動現象，從而引起調節閥門的波動。
　　德州電廠#2機組在2007年2月份就出現過調節閥門波動現象，在相同負荷下,#1高壓調門開度波動較大,具體見圖3示。
　　　　　

　　　　　　　　　　　圖3 #2機組閥門特性曲線修改前高壓調門閥位情況
　　其高壓調門開度波動原因就是由于閥門特性曲線不合理、重疊度過小的原因造成。具體原因是由于該機組的四個高壓調節閥門其通徑DN及其對應的調節級的噴嘴數是不相等的，#1、#2、#3高壓調節閥門的通徑為170mm，#4高壓調節閥門的通徑為150mm；#1、#2高壓調節閥門對應的噴嘴數均為32只，#3高壓調節閥門對應的噴嘴數為30只，#4高壓調節閥門對應的噴嘴數為27只。原DEH改造時在順序閥控制時，其閥門流量特性曲線是按照先同時開啟#1和#2高壓調節閥門、在#1和2高壓調節閥門開到24.4mm時開啟#3調節閥門、在#1和2高壓調節閥門開到39mm時開啟#4調節閥門來做的。由于機組平均負荷相對較低，為了減少調節閥門的節流損失，在改造時將閥門開啟順序改為先同時開啟#3、#4高壓調節閥門，再依次順序開啟#1、#2高壓調節閥門，在閥門開啟順序調整后，閥門流量特性曲線并未修改。由于#3、#4高壓調節閥門的通流能力較小，造成其與#1調節閥門重疊度太小，在#1調節閥門主閥開啟過程中由于閥門前后壓差太大，而出現閥門開度變化不大而流量（負荷）變化較大的現象，即調節閥門波動。
　

　　　　　　　　　　　　　　圖4 #2機組閥門特性計算曲線（流量擬合曲線）
　　為了保證該機組調節系統的穩定，2007年4月份,請GE能源集團新華控制公司現場實際測量閥門流量特性曲線，根據現在高壓調節汽門順序閥控制方式下的開啟順序擬合了閥門流量特性曲線（見圖4#2機組閥門特性計算曲線所示）、對電氣凸輪進行重新修正。曲線修正后，在#1調節閥門主閥開啟過程中高壓調門開度波動現象消失，具體見圖5示。
　　　　　

　　　　　　　　　　　　圖5 #2機組閥門特性曲線修改后高壓調門閥位情況
　　5 結語
　　高壓調節閥門波動現象在現場常會遇到，其原因也有多種，即伺服閥控制回路中任一環節的設備出現問題，都會引起調節閥門的波動，具體的故障原因可通過對一些特征參數及閥門狀況的分析而找到。
　　數字電液控制系統的閥門流量特性曲線在電廠由于涉及到儀控及機務兩個專業，重視程度相對偏低，需要引起高度重視，合適的特性曲線不僅可以減小高壓調節閥門的節流損失、還可為數字電液控制系統穩定提供一定的保證。

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