關(guān)于電廠調(diào)節(jié)閥切換引起功率波動問題分析
功率控制回路可實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電機(jī)組的無擾切換，否者將會出現(xiàn)功率不平衡的現(xiàn)象，如果波動較大還會引發(fā)強(qiáng)迫振蕩事故。引起功率波動的直接因素是調(diào)節(jié)閥，所以說對其進(jìn)行分析，有利于對功率波動有一個更為深刻的認(rèn)識。
本文以某電廠為例來分析調(diào)節(jié)閥切換引起功率波動問題。研究機(jī)組在大修前，單、順閥切換能實(shí)現(xiàn)無擾切換。在大修后，單、順閥切換出現(xiàn)了明顯的負(fù)荷波動。
1、機(jī)組及調(diào)節(jié)閥情況介紹
某電廠汽輪機(jī)為N300-16.67-537/537型，有6個調(diào)節(jié)閥，2個主汽閥，閥門布置及閥序如圖1所示。
圖1 高壓調(diào)門配置示意圖
2、切換情況介紹
在大修前，該機(jī)組單、順閥切換能實(shí)現(xiàn)無擾切換。由于易發(fā)生系統(tǒng)死機(jī)、控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)溢出等問題，該機(jī)組于2013年7月進(jìn)行了大修，但在大修后，單、順閥切換出現(xiàn)了明顯的負(fù)荷波動，具體情況如下。
2.1、單閥向順閥切換
大修后，該機(jī)組進(jìn)行了閥切換。單閥下(如圖2所示)，機(jī)組負(fù)荷200MW，各閥門均指令為21.00%左右，總閥位指令為78.50%，此時主蒸汽壓力為15.00Mpa。在機(jī)組負(fù)荷率為5MW/min時，功率控制方式下進(jìn)行切換；單順閥開始切換后，CV3、CV5同時關(guān)門，而CV1、CV2、CV4、CV5開門。在指令偏差情況下功率PID減少總閥門開度，同時在切換過程中增加功率，56s后總閥位指令為在75.00%時，CV5由26.00%閥位開始關(guān)閉，58s總功率達(dá)到最大值220.5MW；總閥位指令繼續(xù)降低，最終機(jī)組的單順閥切換完成時，機(jī)組總閥位指令定格在60.00%。機(jī)組主蒸汽壓力在過程中先降到負(fù)荷最高點(diǎn)時的14.50Mpa后，升至切換完成的15.00Mpa。
圖2 從單閥向順序閥切換時變化情況
2.2、順閥向單閥切換
順閥下(如圖3所示)，機(jī)組的負(fù)荷142.85MW，GV1指令為98.00%，GV2全開，GV4為19.00%，GV3、GV5、GV6關(guān)閉，總閥位為47.00%，主蒸汽壓力為12.71Mpa。在負(fù)荷率為2MW/min時，功率控制方式下進(jìn)行順閥向單閥切換。在開始切換后，GV3、GV5、GV6開門，CV1、CV2關(guān)門，總閥位指令在緩慢增加。在功控PID控制下，機(jī)組功率平穩(wěn)。在切換后132s時，總閥位指令為48.00%，加速開啟；在切換后180時，GV1、GV2閥位指令下降放緩。最后10s內(nèi)實(shí)現(xiàn)了功率的平衡，此時的總閥位指令為71.00%。
圖3 從順序閥向單閥切換時變化情況
3、切換擾動情況分析
PID參數(shù)設(shè)置和邏輯并不是擾動的主要原因，由于采用復(fù)制的方式來設(shè)定大修后的控制參數(shù)和邏輯，所以大修前后的控制參數(shù)和邏輯并無差別，只是對控制系統(tǒng)進(jìn)行了升級。根據(jù)切換的參數(shù)變化情況和隨后的靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果，筆者認(rèn)為波動主要的主要原因是：
3.1、單、順閥下的總閥位流量特性偏差大
由圖2可知，單閥切換為順序閥時，總閥位指令從78.50%降到60.00%。由圖3可知，順閥切到單閥時，閥位指令從47.00%升到71.00%。這說明在機(jī)組功率不變的情況下，總閥位指令在單、順閥方式下的流量特性曲線偏差大。而正是這種偏差導(dǎo)致閉環(huán)PID調(diào)節(jié)作用不能有效發(fā)揮，使得機(jī)組在切換過程出現(xiàn)功率波動。
3.2、調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)作用不穩(wěn)定
除了設(shè)計和制造因素，調(diào)節(jié)閥所在管道的長度和安裝也會影響到其調(diào)節(jié)作用的發(fā)揮。由于受多種因素影響，在大修后調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)作用出現(xiàn)了不穩(wěn)定的現(xiàn)象，表現(xiàn)出在某些閥門區(qū)域沒有調(diào)節(jié)作用，而在某些區(qū)域調(diào)節(jié)作用又特別敏感。
3.3、機(jī)組軟、硬件升級帶來的變化
在這次大修中，盡管對控制系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了升級，但閥門流量特性曲線的差異并沒有得到改善。在保留原來的設(shè)置參數(shù)和邏輯的情況下，機(jī)組軟、硬件升級降低了功率控制閉環(huán)PID的調(diào)節(jié)作用。
3.4、參數(shù)設(shè)置和切換參數(shù)選擇
負(fù)荷率設(shè)置同樣會導(dǎo)致到負(fù)荷波動，負(fù)荷率設(shè)置越低，PID的調(diào)節(jié)作用就越不易發(fā)揮，對總閥位指令的影響就越小，繼而出現(xiàn)負(fù)荷偏差。在負(fù)荷率較低的情況下，如果參數(shù)設(shè)置較低，那么機(jī)組在順閥切換為單閥的過程也不會出現(xiàn)較大的負(fù)荷波動。
3.5、切換時間過短
本文的單、順閥切換時間為250s，對閥門本身的動作速度的要求較高。并且機(jī)組的流量特性偏差較大，使得切換過程更難達(dá)到平衡。真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認(rèn)為認(rèn)為適當(dāng)延長切換時間可有效降低單個閥門的變換時間，這樣更有利于閉環(huán)控制調(diào)節(jié)作用的發(fā)揮，有利于功率的平衡。
4、結(jié)論及建議
電廠調(diào)節(jié)閥切換引起功率波動的主要原因是流量特性曲線偏差大、調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)作用不穩(wěn)定、機(jī)組軟硬件升級降低了功率控制閉環(huán)PID的調(diào)節(jié)作用、參數(shù)設(shè)置較高或符合率過低、切換時間過短。對此，筆者建議：通過閥門流量特性試驗(yàn)確定閥門流量特性曲線，并據(jù)此對DEH組態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，從根本上解決實(shí)際流量特性與設(shè)計流量特性差別較大的問題；提升功率控制PID的刷新周期，充分發(fā)揮功率閉環(huán)控制PID的調(diào)節(jié)作用；在總閥位指令負(fù)荷平緩段、低負(fù)荷、低參數(shù)下或在閥門全開的情況下選擇汽機(jī)負(fù)荷；增加閥切換設(shè)置時間，實(shí)現(xiàn)閥門變化速度的減低，減低功率波動，比如把切換時間由250秒增加至500秒，對于不能進(jìn)行閥門實(shí)際流量特性試驗(yàn)測量的機(jī)組極具實(shí)用價值�？傊C合運(yùn)用多種措施避免功率波動，降低功率波動的危害。
