大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司配汽優(yōu)化設(shè)計方案.doc

大唐韓城二電機組閥門管理優(yōu)化實施方案撰寫：審核：批準：哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進動力控制與可靠性研究所2007年8月Institute of Advanced Power Control and ReliabilityHarbin Institute of Technology. Harbin, China哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進動力控制與可靠性研究所1. 問題的提出大唐韓城二電的#1、#2號機組均為日本東芝公司引進的TC4F42型、單軸、四缸四排汽、亞臨界、中間一次再熱、沖動式、凝汽式600MW機組。四只調(diào)節(jié)汽閥對應(yīng)四組噴嘴，機組原設(shè)計的高壓調(diào)節(jié)閥開啟順序為#3+#4#1#2（見圖1），最小部分進汽度50%（進汽弧段連續(xù)）。機組的DEH系統(tǒng)采用了東芝公司配套的TOSMAP-DS(Dynastream)系統(tǒng)。#1、#2機組于2005年投運至今，一直以單閥方式運行，。在機組投運后，國華臺山電廠進行了多次順序閥試驗，并通過改變順序閥開啟順序使#1、#2機投入順序閥運行。在后3臺機上進行順序閥試驗時，切換過程中出現(xiàn)了閥門和負荷大幅度波動，EH油壓大幅降低，最高達1.5MPa，試驗中止。因此#3、#4、#5機一直無法投入順序閥運行。因此3#5#機組一直采用單閥方式運行，嚴重影響機組的經(jīng)濟性，需要分析導(dǎo)致順序閥切換過程中調(diào)門擺動的原因，并提出解決方案。圖1 閥門配置和開啟順序（原設(shè)計方案）（從調(diào)速器端向發(fā)電機方向看）2. 故障原因分析大唐韓城二電的#15#機組均為上海汽輪機有限公司（STC）生產(chǎn)的引進型亞臨界600MW汽輪機組，機組本體的結(jié)構(gòu)基本相同，所不同之處在#1、#2機組的DEH系統(tǒng)采用了新華公司的DEH IIIA，組態(tài)邏輯采用的是新華公司的邏輯，而#3、#4、#5號機組的DEH系統(tǒng)采用的是SIEMENS公司的PC-S7，采用的是西屋公司原廠的組態(tài)邏輯。因此造成機組運行時出現(xiàn)的問題的主要原因應(yīng)在于DEH系統(tǒng)的設(shè)計中。因此經(jīng)過詳細分析#3、#4、#5號機組的DEH邏輯，其中存在著一些缺陷，具體如下所述：2.1 閥門特性曲線的線性度不好在DEH系統(tǒng)中非線性函數(shù)是由多段直線擬合的，由于PC-S7系統(tǒng)設(shè)計的限制，最多只能用8個點來擬合一個非線性函數(shù)（相比較而言，新華公司的DEH IIIA則可以用12個點來擬合一個非線性函數(shù)），由于點數(shù)較少，因此在某些區(qū)段與原函數(shù)的曲差可能較大。同時DEH系統(tǒng)中，從流量指令FDEM到調(diào)門開度指令的計算需要經(jīng)過多個計算塊，由于非線性擬合函數(shù)計算塊的誤差，導(dǎo)致最終計算的結(jié)果有較大的誤差。圖2中給出了3#機DEH系統(tǒng)中順序閥下流量指令與高調(diào)門閥位指令的關(guān)系曲線，如圖中所示該曲線在某些區(qū)間的線性度較差，因此在該負荷區(qū)間附近機組的調(diào)門開度有可能發(fā)生擺動，影響機組運行的穩(wěn)定性。2.2 單閥順序閥切換中調(diào)節(jié)級壓力回路參數(shù)整定與邏輯不合理通過對國華滄東電廠#1、#2機（與大唐韓城二電#3、#4、#5機的主機和DEH均相同）順序閥切換過程中閥門波動問題的深入研究，并通過與上海汽輪機有限公司（STC）自控中心、國華滄電和大唐韓城二電相關(guān)技術(shù)人員交流，發(fā)現(xiàn)順序閥切換過程中閥門波動的部分原因在于PC-S7控制邏輯結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)置存在缺陷。其原因在于，上海汽輪機有限公司（STC）的DEH系統(tǒng)的控制邏輯沿用的是美國西屋公司的邏輯，在單閥順序閥切換過程中，為了保證切換過程中主汽流量穩(wěn)定，減少負荷的波動，系統(tǒng)會自動投入一個調(diào)節(jié)級壓力控制回路。但是，該回路的相關(guān)調(diào)節(jié)參數(shù)未經(jīng)動態(tài)測試，PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)太強，導(dǎo)致在切換過程中系統(tǒng)失穩(wěn)，使得高調(diào)門開度呈振蕩發(fā)散。同時由于高調(diào)門的劇烈擺動，也導(dǎo)致了系統(tǒng)EH油壓的急劇降低。進一步分析PC-S7的邏輯可以發(fā)現(xiàn)，在單閥順序閥切換過程中投入調(diào)節(jié)級壓力控制回路后，卻沒有對機爐協(xié)調(diào)（CCS）系統(tǒng)的指令作跟蹤，這直接導(dǎo)致在投入了機爐協(xié)調(diào)（CCS）的情況下進行單閥順序閥切換過程，由于機爐協(xié)調(diào)和調(diào)節(jié)級壓力控制兩個回路的指令不一致，從而在切換完成，系統(tǒng)切換回協(xié)調(diào)的同時，高調(diào)門的開度會產(chǎn)生一個跳變，從而引起負荷的擺動，對機組的穩(wěn)定運行不利。該現(xiàn)象在在滄東電廠的#1和#2機組上均出現(xiàn)過。圖2 原DEH系統(tǒng)中的閥桿升程曲線3. 解決方案3.1順序閥方案的選擇對于上海汽輪機有限公司（STC）生產(chǎn)的亞臨界600MW四缸四排汽（A157）型汽輪機而言，機組原設(shè)計的高壓調(diào)節(jié)閥開啟順序為#3+#4#1#2，最小部分進汽度50%（進汽弧段連續(xù)），其主要目的在于減少對調(diào)節(jié)級的氣流沖擊。但是根據(jù)國內(nèi)同類型機組的調(diào)查結(jié)果表明，無論是上汽廠（157）或者哈汽廠（75）生產(chǎn)的機組，其原設(shè)計順序閥方案投入成功的案例非常少，大都多數(shù)成功投入順序運行的機組，均采用了對角進汽的方式。究其原因在于，機組在原設(shè)計順序閥方案下，汽流力除產(chǎn)生推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的扭矩外，在部分負荷下還將產(chǎn)生很大的附加橫向汽流力，圖3為附加橫向汽流力示意圖。轉(zhuǎn)子在這一合力作用下，軸心位置必然發(fā)生偏移。這一偏移使軸在軸承中的側(cè)隙發(fā)生了很大變化，軸承下部兩個瓦塊負載的也發(fā)生了很大變化（如圖4），從而導(dǎo)致進油油楔面積大大減小，軸承供油量不足，這是原設(shè)計方案導(dǎo)致機組#1和#2瓦瓦溫升高，軸振增大的主要原因。 圖3 部分進汽橫向力示意圖 圖4 汽流力作用下軸承工作情況圖5-圖8為附加橫向汽流力與主蒸汽流量的關(guān)系。由圖中可見，附加橫向汽流力隨著#3、#4閥的開大而增大，當#3、#4閥接近全開而其它兩閥尚未開啟時達到最大，這個力的最大值達10t.左右，因此高壓轉(zhuǎn)子上所受到的力除轉(zhuǎn)子自身的重力外，還增加了由于部分進汽引起的橫向力。同時由于該型機組采用了高、中壓缸分缸的形式，高壓轉(zhuǎn)子的自重較輕，因此對于部分進汽引起的橫向力的影響相對而言更加顯著，#1和#2瓦瓦溫的變化更高，軸振的變化更大，這正是該類型機組按照原設(shè)計方案投入順序閥運行非常困難的原因。因此，我們不建議選擇原設(shè)計順序閥方案。而建議采用對稱進汽的方式，以消除由于非對稱進汽導(dǎo)致的產(chǎn)生的上述問題。圖5 原設(shè)計方案#1瓦水平方向汽流力的變化圖6 原設(shè)計方案#1瓦垂直方向汽流力圖7 原設(shè)計方案#2水平方向汽流力圖8 原設(shè)計方案#2垂直方向汽流力對于對稱進汽的方式可以有四種開啟順序選擇：（1）#1+#4#2#3（2）#1+#4#3#2（3）#2+#3#1#4（4）#2+#3#4#1對于這四種方案均有成功投入的實例，具體方案需要根據(jù)機組的情況選擇。對于大唐韓城二電的3#機而言，由于機組的軸系狀況非常良好，同時由#3機的3VWO試驗（關(guān)閉GV2）可知，在GV2關(guān)閉并且另外3閥全開的情況下，1瓦瓦溫從單閥時的77左右升高到87.5（圖9），處于較高水平，因此可以排除方案（2）。圖9 3VWO試驗（關(guān)閉GV2）對于剩下的三種方案，由于同時右側(cè)瓦塊的瓦溫較低，并參考同類型機組的改造經(jīng)驗，綜合考慮配汽方式對機組振動、瓦溫、調(diào)節(jié)級效率、上下缸溫差等的影響。因此我們建議選擇開啟順序#2+#3#1#4作為首選方案（以下簡稱方案A）。選擇開啟順序#1+#4#2#3作為備選方案（以下簡稱方案B）。方案A與原設(shè)計方案相比，汽流力顯著減小，對軸系的影響也大大降低。圖10-圖11為方案A與原設(shè)計方案附加汽流力對比。圖10 方案A與原設(shè)計方案的#1瓦汽流力的比較圖11 方案A與原設(shè)計方案的#2瓦汽流力的比較3.2重疊度的設(shè)計重疊度的設(shè)計主要受到以下幾個因素的影響：（1）調(diào)節(jié)級的效率；（2）總的流量特性的線性度；（3）閥門的提升力一般而言，重疊度越大，則調(diào)節(jié)級的節(jié)流損失越大，因此希望重疊度更小些，但是如果重疊度太小會使調(diào)門總的流量特性的線性度變差，并使閥門的提升力增加，影響系統(tǒng)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，因此綜合考慮上述各個因素對重疊度的影響，重疊度設(shè)為60左右比較合理。3.3 切換負荷的選擇改用對角進汽方式后，為了減少單閥順序閥切換前后對軸系的影響，建議切換的負荷點可以降低到300350MW左右，從而使得在切換前后均進汽均為對稱的，以減少對軸系的影響。圖12 優(yōu)化的閥桿升程曲線4. 實施方案在現(xiàn)場實施中需要根據(jù)機組的運行狀況，調(diào)節(jié)汽門的實際流量特性等進行校核，實施的要點：1. 校核機組的調(diào)門的流量特性，通過試驗掌握準確的閥門特性，對特性曲線進行修正；2. 修改DEH的單、多閥切換邏輯和參數(shù)，和多閥函數(shù)；3. 校核1#、2#軸承的載荷，不同的負荷下軸承的溫度、以及軸振、瓦振的數(shù)值；4. 根據(jù)閥門的準確流量特性，嚴格設(shè)計流量匹配設(shè)計，設(shè)置合理的重疊度，保證連續(xù)穩(wěn)定的切換；5. 進行機組冷態(tài)單閥切順序閥試驗，校核閥門的開啟順序和時間；6. 進行機組單閥切順序閥試驗，校核閥門的切換過程中的穩(wěn)定性和可靠性，以及軸系的穩(wěn)定性；7. 為了保證機組切換過程的穩(wěn)定性，機組在切換過程中應(yīng)保證機組運行穩(wěn)定，機前壓力的波動應(yīng)保證95C，或者軸振95um，應(yīng)立即中止試驗，并切換回單閥運行；10. 進行經(jīng)濟性考核實驗時，應(yīng)采用定壓運行方式運行，以保證測量結(jié)果的準確性；11. 進行實驗結(jié)果分析，校核系統(tǒng)的經(jīng)濟性和安全性，為長期投運準備5. 報價5.1 #3機配汽優(yōu)化參考報價序號項目金額 單價（元）數(shù)量總價（元）1分析機組現(xiàn)有配汽方式對于機組經(jīng)濟性和安全性的影響20,000.00 120,000.00 2設(shè)計機組的噴嘴配汽（多閥）規(guī)律，設(shè)置合理的重疊度100,000.00 1100,000.00 3新方案下機組經(jīng)濟性和安全性分析20,000.00 120,000.00 4機組閥門管理程序設(shè)計10,000.00 110,000.00 5在投入正常運行后作對比性試驗,包括經(jīng)濟性分析和安全性校核20,000.00 120,000.00 6咨詢費20,000.00 120,000.00 7差旅費 40,000.00 8管理費10,000.00合計￥240,000.005.2 #4、#5機配汽優(yōu)化參考報價序號項目金額 單價（元）數(shù)量總價（元）1設(shè)計機組的噴嘴配汽（多閥）規(guī)律，設(shè)置合理的重疊度75,000.00 2150,000.0