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1、全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 90 200MW 汽轮机阀门活动试验原理分析与应用 刘 晨 （武汉钢电股份有限公司） 【摘 要】汽轮机主汽阀与调节汽阀活动试验主要用于在机组运行中检验调节气阀和主气阀活动是否灵活， 尽可能消除机组因为阀门卡涩而引起不安全后果。本文将对此试验过程中各主汽阀与调节阀的流量与阀位计算方法、 逻辑与数据进行分析。 【关键词】汽轮机试验 主汽阀 调节汽阀 阀门流量 DEH 1 概述 我厂两台机组汽轮机均为东方汽轮机公司生产的 N200-12.7-535/535-5 型单轴，超高压，一次 中间再热，三缸两排凝汽机组，共有 4 个主汽阀
2、和 8 个调节汽阀。DEH 为新华公司的 DEH-A 高压 抗燃油型数字电液控制系统，该系统能实现从冲转到额定负荷的自动控制；可在线修改速度变动率， 参与电网调频或以固定负荷运行，运行中定期进行在线试验等 1。 我厂使用的 DEH 系统可以对高中压主汽阀，调节汽阀进行阀门全行程或松动试验，由于在 DEH 逻辑中实现了互锁功能，故每次只能同时试验一个阀门。阀门松动试验是按设备定期试验制度执行， 一般情况下不做阀门全行程的试验。其中松动试验的阀门活动范围可以在 DEH 程序里进行修改，我 厂设置的主汽阀活动范围为全行程的 10%，调节型汽阀为全行程的 15%。 2 调节型汽阀试验原理与逻辑算法 调
3、节汽阀的执行机构是一种控制型的阀门机构，可以根据需要将汽阀控制在任意的开度位置。 试验中由 DEH 输出阀位控制指令，经伺服阀转换成液压信号控制阀门开度。汽轮机阀门活动试验允 许的基本条件为：并网之后，并且 DEH 处于自动状态下，并网前和手动状态下时无法进行此试验。 2.1 阀门管理 DEH 阀门管理程序的主要作用是将负荷控制回路输出的流量请求信号变成阀位请求信号，并能 在人员干预下，根据机组安全，经济运行和变负荷要求实现在线单阀/顺序阀的无忧切换，并且能够 实现阀门流量的线性化，并将单阀或顺序阀控制方式下的流量请求值转换成相应的阀门开度信号 2。 DEH 程序首先将功率给定值转化为所对应的
4、流量请求值，并计算出每个调节汽阀对应的流量， 将此流量值经阀门管理计算后转变为各调门的开度指令。 2.2 高压调门试验流量补偿算法 在做一个高压调门活动试验时，其它 3 个调门自动补偿流量，整个系统中阀门流量值保持不变， 试验时不会影响到机组负荷。算法逻辑图 2-1 所示： 其中： 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 91 高压调门（GV）总流量：修正后的流量请求值与最佳阀位常数（我厂为 0.77）的乘积。 阀门试验流量：该试验阀门关到指定开度所减少的流量，在阀门关的过程中此流量值按一定速 率变化，其变化值将由其它 GV 阀门通过改变阀门开度来补偿。另外阀门
5、流量变化的速率也有相应的 要求，我厂规定一个计算周期阀门试验流量速率为 0.2。 当前 GV2 流量：试验时该阀门的流量值。 阀门试验系数：与汽轮机的高压调门数量 n 有关，其系数值为 n-1，我厂为 3。 GV 流量补偿算法计算步骤如下： （以 GV1，GV2 为例） 图 2-1 GV 流量补偿算法 1) 当进行 GV1 活动试验时，首先要根据所选试验的种类（松动或全行程试验）来计算出该试 验阀门的试验流量。 2) 将GV总流量与计算出的阀门试验流量相减， 得到的数值为试验时GV1阀门所对应的流量值， 此数值通过阀门管理程序函数特性化后便可计算出此阀门的输出指令。 3) 第一步计算出的阀门试
6、验流量经过高低值限制后与阀门试验系数相除。 4) 将第三步得到的值与当前 GV2 流量相加，便可得到 GV2 在调门 GV1 试验状态下所对应的流 量补偿数值，然后通过函数特性化计算出调门所对应的开度指令。 GV3,GV4 流量算法与 GV2 相同。 另外，DEH 逻辑中规定了高调门松动或全行程试验必须在单阀状态下才能进行，由于我厂机组 大部分时间里采用顺序阀控制，DEH 开环运行方式，故一般不做高压调节汽阀活动试验。 2.3 中压调门试验阀位计算 对于中压调门，由于只有单阀控制方式，采用全周进汽，运行的大部分时间里处于全开状态。 为防止阀门的卡涩，必须定期做阀门活动试验。 做该类阀门松动试验
7、除应满足最基本的试验条件（并网后，DEH 自动）外，还要求阀门全开的 状态下才能进行。与高压调门试验不同，运行时中压调门大部分时间都处于全开状态，在关某个中 压调门时无流量补偿计算，DEH 直接按一定的速率将阀门关至试验要求的位置，其它 3 个调门保持 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 92 不动。阀位计算逻辑如图 2-2 所示。 图 2-2 阀位计算 当选择松动试验关阀门时，DEH 将阀位指令目标值设为 85%，阀门按一定的速率（我厂为 0.5/ 计算周期）关至目标值，其它阀门不动，复位时，按此速率开到 100%。 其中，阀位指令跟踪值为 4 个中压调节
8、汽阀指令的平均值，此值用于试验过程中的无忧切换， 防止阀门抖动。 同理，进行中调门的全行程试验时，DEH 将阀位指令目标值设为 0%，其阀位计算算法与松动试 验相同。 可以看出，在中调门活动试验算法中直接使用阀位输出指令来进行计算，而高调门的试验则是 通过 GV 流量进行补偿计算，两个算法针对的对象并不相同。由于没有流量补偿的计算，在中调门关 闭的过程中，可能会影响机组负荷。此时可投入 DEH 的功率回路，通过高调门的超开来保持机组功 率的不变。 通过高压与中压调门活动试验算法的分析，可以看出，整个汽轮机调门试验的计算都只用到了 流量请求或阀位输出指令这两个计算值，现场的阀位反馈值并未参与到计
9、算中，这样便保证了试验 时阀门管理计算的准确性，使其不会受到外部扰动影响，机组在试验时能够稳定运行，同时也体现 了伺服控制方式的优越性。 3 主汽阀试验原理与逻辑算法 与调节汽阀不同，我厂汽轮机的主汽阀只有开关两位，无伺服机构，不能使用伺服阀控制阀位。 在每个主汽门油动机液压快里都装有试验用电磁阀，试验时电磁阀动作，迅速将油动机内部的危急 遮断（AST）油泄去，从而引起快速卸荷阀动作，泄去压力油，关闭阀门。 我厂规定，做主汽门松动试验时，松动范围为阀门全行程的 10%。控制原理图如下： 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 93 图 4-1 主汽门松动试验逻辑
10、 其中：试验所需的条件为：试验允许（DEH 自动，并网后） ，不在试验状态，阀位反馈信号正常， 主汽门全开。 具备试验条件后，便可发出关阀指令，电磁阀带电，油压泄去，阀门关闭，当阀位反馈减至小 于 93%时，或关阀指令发出 3S 后，停止发出关阀指令，发出复位指令，电磁阀失电，油压重新建立， 阀门开至最大。 可以看出为了保证汽轮机运行的安全，系统设置了两套关阀指令复位方式，试验时只要关阀指 令发出 3 秒后，便将关指令复位。这样可避免出现因阀位反馈信号故障或阀门卡涩，造成关指令持 续发出的情况。 做主汽门全行程试验时，DEH 首先将该主汽门同侧的 2 个调节汽门关闭，再关主汽门，此时会 造成汽
11、轮机单侧进气，试验前应先将负荷降至机组可承受的水平。另外高压主汽门的全行程试验应 在高调门单阀控制下才能做，顺序阀控制下无法做此试验。 4 应用实例与分析 我厂 1#汽轮机运行时某次松动试验相关数据如下表所示： 其中：TV：高压主汽门，RSV：中压主汽门，IV：中压调门。 表 5-1 1#机松动试验数据 注：由于高调门处于顺序阀控制状态，无相关数据。 由试验数据可以看出，TV1 在关阀指令发出 3 秒时，阀位反馈值未超过 74.4 mm（93%全行程） ， 只有 79.14 mm。此时复位指令发出，TV1 全开。而 TV2 在关阀指令发出 1 秒左右时，阀门已关至小 于 74.4 mm 的位置
12、，随即复位指令发出，TV2 全开。通过两个阀门对比可知：两个阀门的复位指令 发出方式不同， TV1 在关指令发出 3 秒时未关到全行程的 93%， 而 TV2 在 1 秒左右时已关至 69.35 mm。 通过以上分析可以判断出 TV1 出现卡涩的情况，造成试验时活动范围小，只能在在 80-79 mm 的 行程范围内活动。 中压主汽门活动试验数据正常，关指令发出 3 秒内能够复位。中压调节汽门能够将松动试验阀 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 94 位在 7 秒内精确控制在 75.65 mm 左右(全行程的 15%)，各项试验数据正常。 5 结束语 主汽阀与
13、调节汽阀活动试验主要用于检验处于全开状态的主汽阀， 调节汽阀是否能够灵活关闭； 在不影响机组正常运行的前提下，对这些汽阀定期进行小幅度或全行程关，开试验3。可以很方便 的判断出阀门是否卡涩。通过对试验逻辑与算法的分析，加深了检修与运行人员对 DEH 控制方式的 理解，能够更好的维护和使用 DEH 系统，为机组的安全运行提供有力的保证。 参考资料： 1 王爽新.汽轮机数字电液控制系统M.北京:中国电力出版社,2003 2 林文孚.单元机组自动控制技术M.武汉:中国电力出版社,2004 3 王志伟.汽轮机运行M.北京:中国电力出版社,2005 作者简介： 刘晨，助理工程师，从事火电厂热工和电气检修工作；工作单位：武汉钢电股份有限公司，单位地址：武汉市 青山区火官村特 1 号，邮编：430080