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技術(shù)文章

針對采用數(shù)字電液控制系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中出現(xiàn)的調(diào)節(jié)閥門波動的問題

　　1 DEH-ⅢA型系統(tǒng)工作原理
　　該機(jī)組的10個(gè)閥門（2個(gè)高壓主汽門、2個(gè)中壓主汽門、4個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥門、2個(gè)中壓調(diào)節(jié)閥門）除2個(gè)中壓主汽門屬于開關(guān)型外，其余均采用伺服閥控制閉環(huán)回路。DEH控制系統(tǒng)包括2個(gè)閉環(huán)回路：一是伺服閥控制回路，對閥門進(jìn)行定位控制，采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律；另一是轉(zhuǎn)速、功率控制回路，對轉(zhuǎn)速和功率進(jìn)行閉環(huán)控制，也是采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律。 （如圖1）

　　　　　　　　　　　　　　　圖1 DEH-ⅢA型系統(tǒng)控制回路原理
　　2 可能引起調(diào)節(jié)閥門波動的原因
　　能造成調(diào)節(jié)閥門波動的原因有許多種,伺服閥控制回路中任一環(huán)節(jié)的設(shè)備出現(xiàn)問題，都會引起調(diào)節(jié)閥門的波動，一般出現(xiàn)以下幾方面的問題：（1）控制器本身出現(xiàn)故障引起計(jì)算機(jī)的指令不穩(wěn)而使調(diào)節(jié)閥門波動，此問題可通過對主控制器進(jìn)行檢查，監(jiān)視其輸出點(diǎn)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(diào)節(jié)閥門波動，這主要出現(xiàn)在順序閥控制方式下后續(xù)調(diào)節(jié)閥門主閥即將開啟時(shí)刻。（3）伺服閥卡澀或其濾網(wǎng)堵塞造成的調(diào)節(jié)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(jī)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(xiàn)象，則很可能是伺服閥卡澀或其濾網(wǎng)堵塞。（4）油動機(jī)引起的調(diào)節(jié)閥門波動，油動機(jī)引起的調(diào)節(jié)閥門波動主要體現(xiàn)在兩方面，一是油動機(jī)卡澀造成的調(diào)節(jié)閥門波動、另一是油壓造成的調(diào)節(jié)閥門波動。（5）閥位反饋環(huán)節(jié)引起的調(diào)節(jié)閥門的波動，該故障大部分出現(xiàn)在位移傳感器（LVDT）上。（6）閥門卡澀或其與油動機(jī)連接的連接塊中有空行程造成的調(diào)節(jié)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(tǒng)是將轉(zhuǎn)速（功率）信號通過與汽輪機(jī)同軸的徑向鉆孔泵轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動油壓，脈動油壓控制錯(cuò)油門、通過錯(cuò)油門來控制中壓抗燃油油動機(jī)活塞下油壓、使油動機(jī)開大、關(guān)小，油動機(jī)驅(qū)動機(jī)械凸輪的旋轉(zhuǎn)，凸輪的旋轉(zhuǎn)帶動調(diào)節(jié)閥門開大、關(guān)小。而純電調(diào)高壓抗燃油系統(tǒng)是將轉(zhuǎn)速（功率）信號變?yōu)殡娦盘?，然后送到主控制器上，主控制器根?jù)閥門特性曲線（如圖2示）經(jīng)過計(jì)算，將各調(diào)節(jié)閥門開度指令信號輸出到控制該閥門的VCC卡上，轉(zhuǎn)換為閥位指令，然后經(jīng)過功放輸出去控制伺服閥油動機(jī)。
　　　　　　　
　　　　　　　　　　　圖2 300MW汽輪機(jī)順序閥控制時(shí)閥門特性曲線示意圖
　　4 閥門特性曲線不合適現(xiàn)象及處理
　　閥門特性曲線不合適的現(xiàn)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(xiàn)象。閥門重疊度增大的過程既是一個(gè)閥門控制方式由順序閥控制逐漸向單閥控制的轉(zhuǎn)變過程，隨著重疊度的增大，閥門前后的壓差也將增大，調(diào)節(jié)閥門的節(jié)流損失也將增大，重疊度大對機(jī)組控制的穩(wěn)定性有益、但影響經(jīng)濟(jì)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(xù)調(diào)節(jié)閥門主閥開啟的瞬時(shí)出現(xiàn)負(fù)荷波動現(xiàn)象，從而引起調(diào)節(jié)閥門的波動。
　　德州電廠#2機(jī)組在2007年2月份就出現(xiàn)過調(diào)節(jié)閥門波動現(xiàn)象，在相同負(fù)荷下,#1高壓調(diào)門開度波動較大,具體見圖3示。
　　　　　
　　　　　　　　　　　圖3 #2機(jī)組閥門特性曲線修改前高壓調(diào)門閥位情況
　　其高壓調(diào)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(jī)組的四個(gè)高壓調(diào)節(jié)閥門其通徑DN及其對應(yīng)的調(diào)節(jié)級的噴嘴數(shù)是不相等的，#1、#2、#3高壓調(diào)節(jié)閥門的通徑為170mm，#4高壓調(diào)節(jié)閥門的通徑為150mm；#1、#2高壓調(diào)節(jié)閥門對應(yīng)的噴嘴數(shù)均為32只，#3高壓調(diào)節(jié)閥門對應(yīng)的噴嘴數(shù)為30只，#4高壓調(diào)節(jié)閥門對應(yīng)的噴嘴數(shù)為27只。原DEH改造時(shí)在順序閥控制時(shí)，其閥門流量特性曲線是按照先同時(shí)開啟#1和#2高壓調(diào)節(jié)閥門、在#1和2高壓調(diào)節(jié)閥門開到24.4mm時(shí)開啟#3調(diào)節(jié)閥門、在#1和2高壓調(diào)節(jié)閥門開到39mm時(shí)開啟#4調(diào)節(jié)閥門來做的。由于機(jī)組平均負(fù)荷相對較低，為了減少調(diào)節(jié)閥門的節(jié)流損失，在改造時(shí)將閥門開啟順序改為先同時(shí)開啟#3、#4高壓調(diào)節(jié)閥門，再依次順序開啟#1、#2高壓調(diào)節(jié)閥門，在閥門開啟順序調(diào)整后，閥門流量特性曲線并未修改。由于#3、#4高壓調(diào)節(jié)閥門的通流能力較小，造成其與#1調(diào)節(jié)閥門重疊度太小，在#1調(diào)節(jié)閥門主閥開啟過程中由于閥門前后壓差太大，而出現(xiàn)閥門開度變化不大而流量（負(fù)荷）變化較大的現(xiàn)象，即調(diào)節(jié)閥門波動。
　
　　　　　　　　　　　　　　圖4 #2機(jī)組閥門特性計(jì)算曲線（流量擬合曲線）
　　為了保證該機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定，2007年4月份,請GE能源集團(tuán)新華控制公司現(xiàn)場實(shí)際測量閥門流量特性曲線，根據(jù)現(xiàn)在高壓調(diào)節(jié)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(jī)組閥門特性計(jì)算曲線所示）、對電氣凸輪進(jìn)行重新修正。曲線修正后，在#1調(diào)節(jié)閥門主閥開啟過程中高壓調(diào)門開度波動現(xiàn)象消失，具體見圖5示。
　　　　　
　　　　　　　　　　　　圖5 #2機(jī)組閥門特性曲線修改后高壓調(diào)門閥位情況
　　5 結(jié) 語
　　高壓調(diào)節(jié)閥門波動現(xiàn)象在現(xiàn)場常會遇到，其原因也有多種，即伺服閥控制回路中任一環(huán)節(jié)的設(shè)備出現(xiàn)問題，都會引起調(diào)節(jié)閥門的波動，具體的故障原因可通過對一些特征參數(shù)及閥門狀況的分析而找到。
　　數(shù)字電液控制系統(tǒng)的閥門流量特性曲線在電廠由于涉及到儀控及機(jī)務(wù)兩個(gè)專業(yè)，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(diào)節(jié)閥門的節(jié)流損失、還可為數(shù)字電液控制系統(tǒng)穩(wěn)定提供一定的保證。