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技術(shù)文章

針對采用數(shù)字電液控制系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中出現(xiàn)的調(diào)節(jié)閥門波動的問題

　　1 DEH-ⅢA型系統(tǒng)工作原理
　　該機(jī)組的10個閥門（2個高壓主汽門、2個中壓主汽門、4個高壓調(diào)節(jié)閥門、2個中壓調(diào)節(jié)閥門）除2個中壓主汽門屬于開關(guān)型外，其余均采用伺服閥控制閉環(huán)回路。DEH控制系統(tǒng)包括2個閉環(huán)回路：一是伺服閥控制回路，對閥門進(jìn)行定位控制，采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律；另一是轉(zhuǎn)速、功率控制回路，對轉(zhuǎn)速和功率進(jìn)行閉環(huán)控制，也是采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律。（如圖1）

　　　　　　　　　　　　　　　圖1 DEH-ⅢA型系統(tǒng)控制回路原理
　　2 可能引起調(diào)節(jié)閥門波動的原因
　　能造成調(diào)節(jié)閥門波動的原因有許多種,伺服閥控制回路中任一環(huán)節(jié)的設(shè)備出現(xiàn)問題，都會引起調(diào)節(jié)閥門的波動，一般出現(xiàn)以下幾方面的問題：（1）控制器本身出現(xiàn)故障引起計算機(jī)的指令不穩(wěn)而使調(diào)節(jié)閥門波動，此問題可通過對主控制器進(jìn)行檢查，監(jiān)視其輸出點(diǎn)信號是否波動便能確定是否有問題。（2）閥門特性曲線不正確引起的調(diào)節(jié)閥門波動，這主要出現(xiàn)在順序閥控制方式下后續(xù)調(diào)節(jié)閥門主閥即將開啟時刻。（3）伺服閥卡澀或其濾網(wǎng)堵塞造成的調(diào)節(jié)閥門波動，此問題可通過檢查伺服控制卡（VCC卡）的輸出電壓信號（范圍是0～5V）即可判斷。一般在閥門開度不變的情況下，為克服伺服閥機(jī)械零偏，此電壓約為0.2～0.3V之間。如果該電壓值在增大過程中，其閥門不隨之開大或有明顯的滯后現(xiàn)象，則很可能是伺服閥卡澀或其濾網(wǎng)堵塞。（4）油動機(jī)引起的調(diào)節(jié)閥門波動，油動機(jī)引起的調(diào)節(jié)閥門波動主要體現(xiàn)在兩方面，一是油動機(jī)卡澀造成的調(diào)節(jié)閥門波動、另一是油壓造成的調(diào)節(jié)閥門波動。（5）閥位反饋環(huán)節(jié)引起的調(diào)節(jié)閥門的波動，該故障大部分出現(xiàn)在位移傳感器（LVDT）上。（6）閥門卡澀或其與油動機(jī)連接的連接塊中有空行程造成的調(diào)節(jié)閥門波動。
　　3 閥門特性曲線（電氣凸輪）
　　改造前的電-液并存型中壓抗燃油控制系統(tǒng)是將轉(zhuǎn)速（功率）信號通過與汽輪機(jī)同軸的徑向鉆孔泵轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動油壓，脈動油壓控制錯油門、通過錯油門來控制中壓抗燃油油動機(jī)活塞下油壓、使油動機(jī)開大、關(guān)小，油動機(jī)驅(qū)動機(jī)械凸輪的旋轉(zhuǎn)，凸輪的旋轉(zhuǎn)帶動調(diào)節(jié)閥門開大、關(guān)小。而純電調(diào)高壓抗燃油系統(tǒng)是將轉(zhuǎn)速（功率）信號變?yōu)殡娦盘枺缓笏偷街骺刂破魃希骺刂破鞲鶕?jù)閥門特性曲線（如圖2示）經(jīng)過計算，將各調(diào)節(jié)閥門開度指令信號輸出到控制該閥門的VCC卡上，轉(zhuǎn)換為閥位指令，然后經(jīng)過功放輸出去控制伺服閥油動機(jī)。
　　　　　　　

　　　　　　　　　　　圖2 300MW汽輪機(jī)順序閥控制時閥門特性曲線示意圖
　　4 閥門特性曲線不合適現(xiàn)象及處理
　　閥門特性曲線不合適的現(xiàn)象可分為兩類，分別是在順序閥控制方式下閥門重疊度過大或過小現(xiàn)象。閥門重疊度增大的過程既是一個閥門控制方式由順序閥控制逐漸向單閥控制的轉(zhuǎn)變過程，隨著重疊度的增大，閥門前后的壓差也將增大，調(diào)節(jié)閥門的節(jié)流損失也將增大，重疊度大對機(jī)組控制的穩(wěn)定性有益、但影響經(jīng)濟(jì)性。閥門重疊度過小則會造成閥位（VPOZ）與總流量曲線不平滑，在后續(xù)調(diào)節(jié)閥門主閥開啟的瞬時出現(xiàn)負(fù)荷波動現(xiàn)象，從而引起調(diào)節(jié)閥門的波動。
　　德州電廠#2機(jī)組在2007年2月份就出現(xiàn)過調(diào)節(jié)閥門波動現(xiàn)象，在相同負(fù)荷下,#1高壓調(diào)門開度波動較大,具體見圖3示。
　　　　　

　　　　　　　　　　　圖3 #2機(jī)組閥門特性曲線修改前高壓調(diào)門閥位情況
　　其高壓調(diào)門開度波動原因就是由于閥門特性曲線不合理、重疊度過小的原因造成。具體原因是由于該機(jī)組的四個高壓調(diào)節(jié)閥門其通徑DN及其對應(yīng)的調(diào)節(jié)級的噴嘴數(shù)是不相等的，#1、#2、#3高壓調(diào)節(jié)閥門的通徑為170mm，#4高壓調(diào)節(jié)閥門的通徑為150mm；#1、#2高壓調(diào)節(jié)閥門對應(yīng)的噴嘴數(shù)均為32只，#3高壓調(diào)節(jié)閥門對應(yīng)的噴嘴數(shù)為30只，#4高壓調(diào)節(jié)閥門對應(yīng)的噴嘴數(shù)為27只。原DEH改造時在順序閥控制時，其閥門流量特性曲線是按照先同時開啟#1和#2高壓調(diào)節(jié)閥門、在#1和2高壓調(diào)節(jié)閥門開到24.4mm時開啟#3調(diào)節(jié)閥門、在#1和2高壓調(diào)節(jié)閥門開到39mm時開啟#4調(diào)節(jié)閥門來做的。由于機(jī)組平均負(fù)荷相對較低，為了減少調(diào)節(jié)閥門的節(jié)流損失，在改造時將閥門開啟順序改為先同時開啟#3、#4高壓調(diào)節(jié)閥門，再依次順序開啟#1、#2高壓調(diào)節(jié)閥門，在閥門開啟順序調(diào)整后，閥門流量特性曲線并未修改。由于#3、#4高壓調(diào)節(jié)閥門的通流能力較小，造成其與#1調(diào)節(jié)閥門重疊度太小，在#1調(diào)節(jié)閥門主閥開啟過程中由于閥門前后壓差太大，而出現(xiàn)閥門開度變化不大而流量（負(fù)荷）變化較大的現(xiàn)象，即調(diào)節(jié)閥門波動。
　

　　　　　　　　　　　　　　圖4 #2機(jī)組閥門特性計算曲線（流量擬合曲線）
　　為了保證該機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定，2007年4月份,請GE能源集團(tuán)新華控制公司現(xiàn)場實(shí)際測量閥門流量特性曲線，根據(jù)現(xiàn)在高壓調(diào)節(jié)汽門順序閥控制方式下的開啟順序擬合了閥門流量特性曲線（見圖4#2機(jī)組閥門特性計算曲線所示）、對電氣凸輪進(jìn)行重新修正。曲線修正后，在#1調(diào)節(jié)閥門主閥開啟過程中高壓調(diào)門開度波動現(xiàn)象消失，具體見圖5示。
　　　　　

　　　　　　　　　　　　圖5 #2機(jī)組閥門特性曲線修改后高壓調(diào)門閥位情況
　　5 結(jié) 語
　　高壓調(diào)節(jié)閥門波動現(xiàn)象在現(xiàn)場常會遇到，其原因也有多種，即伺服閥控制回路中任一環(huán)節(jié)的設(shè)備出現(xiàn)問題，都會引起調(diào)節(jié)閥門的波動，具體的故障原因可通過對一些特征參數(shù)及閥門狀況的分析而找到。
　　數(shù)字電液控制系統(tǒng)的閥門流量特性曲線在電廠由于涉及到儀控及機(jī)務(wù)兩個專業(yè)，重視程度相對偏低，需要引起高度重視，合適的特性曲線不僅可以減小高壓調(diào)節(jié)閥門的節(jié)流損失、還可為數(shù)字電液控制系統(tǒng)穩(wěn)定提供一定的保證。

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