燃气-蒸汽联合循环汽轮机起动转速调节品质差的原因及处理措施

作者： 2014年01月15日来源：浏览量：

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深圳月亮湾燃机电厂的VEGA206型燃气-蒸汽联合循环机组由法国ALSTOM公司引进。汽轮机是法国RATEAUTEA-BLISSEMENT公司制造的型号为TC363FV140，单缸、冲动、纯凝汽式。1992年9月正式投入运行。

深圳月亮湾燃机电厂的VEGA206型燃气-蒸汽联合循环机组由法国ALSTOM公司引进。汽轮机是法国RATEAUTEA-BLISSEMENT公司制造的型号为TC363FV140，单缸、冲动、纯凝汽式。1992年9月正式投入运行。
2002年2月由于控制系统老化固对其进行了改造，改造中液压系统和执行机构、测量装置保留原设备，数字电液调节系统（DEH）改用ABB贝利公司Symphony系统。汽轮机经多次起动试验验证起动转速得到正常控制，取得较好的成效。
一、转速调节存在问题
该机组起动时采用两个同步的主蒸汽调节阀（调门）进行调节控制，其转速调节回路与其它典型汽轮机DEH系统相似，转速调节逻辑框架如图1所示。

         当汽轮机开始冲转时，DEH调节系统投入，转速设定值开始按给定斜率上升，但此时调节尚未打开，会出现转速设定值与测量值偏差。转速比例积分微分调节算法（转速PID）输出逐步按计算结果上升，通过流量-升程曲线计算得到调门阀位命令输出也逐步上升，然后通过伺服阀比例积分微分调节算法（伺服阀PID）计算命令输出，使得调门逐步打开，汽轮机开始冲转，通过PID调节，逐步达到与转速设定值一致。
         伺服阀指令输出为电液伺服阀线圈偏移量，即为调门的启闭速度。在本系统中，使用ABB贝利公司的HSS03电液驱动模件，配置FC55功能块。FC55功能块的输出范围为-112～112，其负值表示调门为关闭过程，正值表示调门为开启过程，绝对值越大，调门开或关的速度越快。
          为了确保调门关闭严密，机组在冲转前通常使用伺服命令阀输出为112。在阀位命令输出从0开始增加时，伺服阀信号命令输出才从112开始减小，直到减小到小于0之前，但实际调门阀位不会产生任何变化。在此期间，由于转速设定值是按一定的斜率上升，而实际上调门却未打开，转速也未上升，造成转速设定值与测量值的差值不断加大，再加上转速PID的积分效果，转速PID回路的调门阀位命令输出将迅速地加大。这样，在汽轮机刚开始冲转时，必然产生一个转速扰动，出现较大的瞬间转速，然后才逐步与设定值保持一致。
        转速设定值从按一定斜率上升速变为定速，因汽轮机冲转升速过程所需要的蒸汽量远远大于转速保持一定时所需要的蒸汽量，因此，在汽轮机转速升到3000r/min定速时，调门需要关小，而调门动作存在一定的迟滞，则对转速造成一定的扰动。
        一般来讲，在调节系统允许的范围内，将伺服阀PID的比例常数设定为较大值，提高调门反应的灵活性；并在接近3000r/min时，将转速设定值升速斜率改为一个相对较小的值，采取这两项措施能提高机组冲转时的转速控制水平。
二、转速晃动
        该机组为每日起停的调峰机组。控制系统改造完成后，在汽轮机停机（1～12）h内和停机48h以上重新起动时，转速控制良好，初始冲转转速在200r/min以内；当达到300r/min初期，转速晃动值在±5r/min以内，稳定后转速晃动在±1r/min以内，这种运行状况称为正常工况。在汽轮机停机（24～36）h重新起动时，冲转转速升至（400～500）r/min和升速到3000r/min定速时，转速控制质量较差，转速晃动值达±20r/min，该运行状况称为问题工况。
三、原因分析
        经分析发现，该联合循环的汽轮机在问题工况下起动时，转速控制不稳与汽轮机组调门的流量-升程曲线特点和调门的布置位置有关。
（1）在冲转前，普通工况和问题工况下的线性差动变送器（LVDT）反馈的调门初始状态的阀位不同。在普通工况下调门阀位反馈信号基本在-0.4%～0%之间，而在问题工况下为0.4%～0.5%。
（2）根据运行数据分析，特别是在冲转的初始升速阶段和升速至定速时，DEH系统对电液伺服阀发出的命令，在普通工况和问题工况下有些不同。在普通工况下冲转初始升速阶段，调门开度基本在0.5%，而在问题工况下为1.5%甚至更大。电液伺服阀的命令输出在普通工况下基本为-20左右；而在问题工况下，输出达到—45，此时，汽轮机已经冲转，甚至在调门已经关严并不能再关闭的情况下，FC55的命令还要求调门继续关闭。
（3）比较本机组与其它机组的调门流量-升程曲线发现，汽轮机组调门位于小开度时，可通过较大的流量，相对其它机组流量偏大，且该调门不象其它机组调门在开度小于1%以下时，存在一个流量为0的流量死区。该调门只要实际阀位有一定开度，就有一定的蒸汽量通过。本机组按400r/min的升速率加速时，调门开度仅需在1%～1.5%，在3000r/min定速时的调门开度要小于1%。本汽轮机组调门的流量-升程曲线和一台某型汽轮机组调门流量-升程曲线比较如图2所示。

        在问题工况下，由于调门初始阀位反馈值已经在0.4%故机组冲转时，调门阀位命令输出须达到0.4%之后，伺服阀的命令输出才从112开始减小，从而使得迟滞时间延长，冲转时的过冲量增大，冲转初始阶段的扰动也相应加大。更严重的是，一旦实际转速超过设定转速，转速PID的命令输出将迅速下降，在扰动较大的情况下，阀位命令输出达到流量-升程曲线的下限值0。此时，增加调门开度在0.4%时实际已经关严，无法继续关闭，故伺服阀PID命令输出将增加，而不是保持在0附近。一旦实际转速偏低，虽然转速PID的命令输出开始上升，而伺服阀PID命令输出无法随之迅速上升，会产生一定的迟滞，造成伺服阀命令输出开始上升时，上升过快又造成调门开度过大。因此，在冲转时就出现调门时而过开、时而又完全关闭使转速发生较大幅度波动的现象。这种现象，在转速升到3000r/min定速时，由于升速率变化的扰动也存在。
       如果调门开度小于1%时，因存在流量死区则不会出现转速较大幅度波动的现象。因为经过流量-升程曲线计算之后的输出最小值在1%附近，不会因冲转初始升速阶段LVDT反馈位置的偏差出现调节迟滞的现象。
       在不同工况下冲转前存在LVDT反馈值偏差达到1%左右的原因分析中，排除了LVDT性能不稳定，安装固定不好等其它因素。基本认定LVDT的反馈值偏差是由于调门阀体和阀杆的胀缩不一致造成。本机组主蒸汽调节阀的布置如图3所示。

        本机组的调门LVDT一端固定在油动机的外壳上，另一端固定在阀杆的中部，而调门布置在汽轮机缸体的侧面，阀体和汽缸体直接连接。机组停运后，调门的阀体散热较慢，而油动机散热较快，在停机（0～12）h内起动时，阀体和油动机温差不大，LVDT指示不会出现正的偏差；停机（24～36）h内重新起动时，因油动机温度已下降较多，在调门仍然严密关闭的情况下，LVDT两端距离缩小，指示就出现上述正的偏差；在停机48h以上，调门的阀体散热较充分，被其包裹的阀杆下部也冷却缩短，从而LVDT两端的距离有所伸长，使LVDT指示的正偏差有所减小，转速得到较正常控制。
四、处理方案
        在问题工况下，本机组起动过程中发生转速晃动的根本原因是由于调节阀阀体和阀杆受温度影响胀缩不一致所产生的。为了使改进措施简单易行，采取从控制逻辑方面进行改进，即对汽轮机调节系统记忆冲转前LVDT反馈的调门开度，在流量-升程曲线上作相应的平移修正，这样可使每次起动时流量-升程曲线都和调门当前的实际开度相符合。
        控制逻辑系统采用上述改进措施后，经过多次停机（12～24）h后起动工况的验证，取得了十分良好的效果。

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标签：燃气蒸汽调节

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