复合函数下火电330MW机组阀门流量特性试验过程分析 郭严昊

复合函数下火电330MW机组阀门流量特性试验过程分析郭

严昊

摘要：为了提高机组运行的稳定性和经济性，汽轮机组改造后需要对阀门的流

量特性重新进行试验，以某发电有限责任公司（以下简称“某公司”）330MW机组为例进行试验，该机组控制逻辑中阀位函数为复合函数，经过试验，得出了复合

函数下切合机组实际情况的阀门流量特性曲线，为同类型机组的试验提供参考。

关键词：火电机组；阀门；流量；特性

目前，大部分火电机组汽轮机采用数字电液控制系统（DEH）控制，DEH具

有阀门管理和单顺阀切换功能。由于各阀门制作安装的差异、长期运行的磨损、

检修改造过程中设备和组态的变动，或者是设计行程和实际行程不一致等原因，

都可能导致阀门流量和原来流量的特性曲线不一样[1]。如果汽轮机阀门流量特性

曲线与阀门实际流量特性不符，重叠度设置不合理，在机组变负荷和一次调频时，可能出现负荷突变和调节缓慢的问题[2]，在单阀/顺序阀切换时，可能因切换前

后相同负荷指令下蒸汽流量不同而引起机组负荷大幅波动。

阀门流量特性曲线是阀门开度与通过阀门流量的对应关系，如果与实际流量

曲线相差较大，在机组变负荷和一次调频时可能会出现负荷突变和调节缓慢的问题。某厂330MW机组大修改造后为了提高机组的运行稳定性和经济性，重新对

阀门的流量特性进行了试验，计算出切合机组实际情况的阀门流量特性曲线，使

机组在单阀/顺序阀切换过程更平稳，负荷扰动更小，AGC调节品质更高，主汽温度、主汽压力等参数更为稳定。

1 设备概况

某公司汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的N330-16.7/537/537型亚临界一次中间再热、单轴、双缸双排汽、凝汽式汽轮机,高中压部分采用合缸结构，高压汽

缸为双层缸，中压汽缸为单层缸,低压缸采用双流反向三层缸结构。高压通流部分

由1级单列调节级（冲动式）和14级压力级（反动式）所组成。高压喷嘴组安

装于蒸汽室，14级隔板均装于高压静叶持环上，高压静叶持环由汽缸支承。主蒸

汽经过布置在高中压缸两侧的2个主汽阀和4个调节汽阀从位于高中压缸中部的

上下各2个进汽口进入蒸汽室和调节级，然后再流经高压缸各级。

分散控制系统（DCS）是某控制工程有限公司生产的XDPS400+分散控制系统。DCS功能包括单元机组数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、协调控制系统（CCS）、燃烧管理系统（BMS）、顺序控制系统（SCS）、旁路控制系统（BPS）、吹灰程序控制系统、厂级监控信息系统（SIS）以及发电机、变压器组

和厂用电控制功能等；DCS系统由DPU及其组件、OPU操作员站、以太网总线、

工程师站等构成。

汽轮机电液控制系统(DEH)采用了某控制工程有限公司的DEH控制系统实现其控制功能，由两个控制柜（DPU 11/31、DPU12/32）、一套DEH工程师工作站和

一套DEH操作员站组成。DEH系统的执行机构包括4个高压调节阀油动机（GV）、2个高压主汽阀油动机（TV）、2个中压主汽阀油动机（RSV）和2个中压调节阀油动机(IV)。其中高压调节阀、中压调节阀、高压主汽阀油动机由电液伺服阀实现连续控制；中压主汽阀油动机由电磁阀实现二位控制。

2 采集原始阀门流量特性数据

试验开始前建立趋势组，包含的参数有：DEH负荷设定、总阀位指令、机组

功率、调节级压力、主汽压力、主汽温度、GV1～GV4阀位输出指令、GV1～GV4

开度趋势组。

2.1 单阀方式下机组阀门流量特性数据采集

切除AGC与一次调频指令，机组单阀方式运行，保持机组压力设定值与变负

荷速率不变。将机组负荷从220MW开始按照3MW/min进行升负荷采集数据试验，通过设定目标负荷的方式让4个高压调门缓慢打开到100%。其时，机组负

荷328MW，主汽压力15.27MPa，调节级压力11.91MPa。

2.2 顺阀方式下机组阀门流量特性数据采集

切除AGC与一次调频指令，机组顺阀方式运行，保持机组压力设定值与变负

荷速率不变。机组负荷从328MW开始按照3MW/min进行降负荷采集数据试验，通过设定目标负荷的方式让4个高压调门缓慢关闭。GV2、GV1陆续关闭到1%。GV3/GV4全部关闭到25%。其时，机组负荷180MW，主汽压力16.13MPa，调节

级压力6.3MPa。

2.3 原汽机阀门流量特性检查分析

由于DEH系统中无直接的流量测量，在DEH的流量分析中，根据试验记录数据，按公式（1）进行计算单阀和顺序阀方式下各GV阀门的实际流量。

5 试验结论

5.1 通过单阀方式阀门流量特性函数的优化，实际负荷指令-流量特性线性度与理想的负

荷指令-流量特性偏差在2%以内，没有明显拐点；

5.2 通过顺阀方式阀门流量特性函数的优化，实际负荷指令-流量特性线性度与理想的负

荷指令-流量特性偏差在2%以内，没有明显拐点；

5.3 阀门特性曲线调整后，汽轮机在“单阀/顺阀”方式切换过程中，负荷、压力过渡良好，没有出现明显的流量拐点。

综上所述，阀门特性曲线调整后的单阀方式和顺阀方式的负荷指令-流量特性线性度良好，可满足机组长期投入AGC、一次调频和安全稳定运行的需要。

参考文献

[1]焦敬东. 汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制分析[J].科技创新导报, 2012, 27: 76.

[2]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, (12): 50～53.