一种定功率模式汽轮机组调门流量特性试验方法
技术领域
本发明涉及一种定功率模式汽轮机组调门流量特性试验方法，属汽轮机组运行技术领域。
背景技术
现代汽轮机组已广泛采用DEH(Digital Electro-Hydraulic Control System)数字电液控制系统实施调门阀序管理。调门流量特性是指当汽轮机组变负荷定参数运行时，其在既定配汽结构和阀序方式下进汽流量与调门开度之间的数值对应关系。运行中，调门流量特性是汽轮机组配汽方式的外在表现；DEH系统配汽函数须遵循机组的固有流量特性，才能实现进汽流量的线性精确调节。汽轮机流量特性试验是现场精确整定或验证汽轮机DEH配汽函数的有效手段。对于快开型调节阀而言，其流量特性具有非线性特征。试验过程中，能否采集足量的代表性样本并准确地反映出这一特性是整定DEH系统配汽函数正确与否的关键之一。
常规试验是在初参数和调门阀序一定条件下,维持主汽压力不变，按一定的试验阀位(总阀位指令或调门开度)间隔，离散测取100％最大总阀位指令至最小总阀位指令范围内的相关试验参数(此过程中，机组负荷随总阀位指令的下降而逐渐下降)，并据此对DEH配汽函数进行整定。实践显示，常规试验存在以下几方面的不足：其一，试验阀位的设定呈离散分布，且存在较大的人为因素，难以准确把握调门流量特性的非线性特征信息。其二，试验要求退出CCS(Coordinate Control System)协调控制系统的协调方式，燃烧调整和磨组停运均需在手动方式下完成，与正常运行方式和运行习惯有较大区别；因此，汽水参数难免出现较大波动，对试验质量产生一定的干扰。其三，一部分机组受DEH系统功能所限，总阀位指令需手动赋值，存在误操作导致机组非停的安全风险；同时，为增加试验样本数量，现场手动赋值次数往往达到300-400次(若总阀位指令间隔取0.1％)。不仅工作强度大，而且，由于在调门预启阶段和空行程阶段，调门的流量调节能力弱，阀位升降变化迅速；手工赋值往往跟不上系统状态的变化，无法保障汽水参数的稳定控制和调门开度的连续取样。其四，由于试验过程中机组负荷下降幅度较大(例如600MW等级机组，最高负荷与最低负荷相差约250MW)、试验周期较长且试验过程复杂，不适于现场安排多次测试；试验的系统误差和随机误差往往无法通过重复测试而得到有效消除。因此，常规试验方法难以有效捕获并采集到数量充足的代表性试验样本，给后期的调门流量特性整定以及重叠度设定带来诸多不确定性，使得试验效率低下且质量不良。
运行中，在某一固定负荷下投入协调方式时，可通过设定压力偏置，令汽轮机组主汽压力按一定速率连续递增，调门开度必然随之缓慢连续递减。在此过程中，调门阀位密集且连续分布，非常适于采集到足量的代表性试验样本，充分反映出快开型调节阀流量特性的非线性特征；同时，倚赖协调自动控制，更符合运行习惯；而且，就试验条件而言，维持机组负荷稳定不变相比大幅度改变机组负荷而言更为宽松，现场可重复开展，这将有利于降低试验系统误差和随机误差。实践中，需注意的是，这一过程与常规试验有两点不同：其一，常规试验是一个在主汽压力不变条件下，机组负荷随总阀位指令的下降而下降的过程；而在上述过程中，机组负荷维持不变，总阀位指令随主汽压力的递增而递减。经仿真验算和现场对比验证，此差异可以通过原始数据的归一修正来消除。其二，常规试验一次性完成了100％总阀位指令至试验最小总阀位指令的测试；而上述定负荷过程受某一固定负荷所对应的可行滑压区间的限制，对应的可行阀位区间也有限，故仅能测试部分总阀位指令区域；因此，需设定多个不同大小的负荷点，令不同负荷下的可行阀位区间出现适当的交叠；然后，通过串接多个不同负荷下的试验数据，绘制出完整的汽轮机组流量特性非线性特征信息。
发明内容
本发明的目的是，针对常规流量特性试验存在样本数量少、测试误差大以及安全风险高等诸多弊端，提出一种定功率模式汽轮机组调门流量特性试验方法。
本发明实现的技术方案如下，一种定功率模式汽轮机组调门流量特性试验方法，所述方法在单元机组CCS协调控制系统中投入协调方式，退出AGC(Automatic GenerationControl)自动发电控制功能和CCS/DEH双侧的一次调频功能；维持机组负荷不变，以0.1MPa/min速率连续递增主汽压力的设定偏置，令调门开度随同主汽压力的连续递增而连续递减；按1次/秒频次同步记录并采集多个不同负荷试验工况下的相关热力参数，经原始数据归一修正及相关计算，得出汽轮机组的调门流量特性，进而开展汽轮机组DEH系统配汽函数的整定或验证工作。
本发明一种定功率模式汽轮机组调门流量特性试验方法，具体步骤如下：
(1)依据制造厂说明书和现场实际，选定高、中、低三个不同负荷试验工况。
(2)前期试验准备：试验前根据试验目的，解除或投入调门重叠度；在单元机组CCS协调控制系统中投入协调方式，退出AGC自动发电控制功能和CCS/DEH双侧的一次调频功能。在机组负荷升至目标值后，令其保持不变；通过减小主汽压力的设定偏置，令主汽压力降低至该负荷试验工况下可行滑压区间的下限值；此时的总阀位指令对应该负荷试验工况下可行阀位区间的上限值，以此作为试验起始状态；
(3)正式试验阶段：各负荷试验工况下，分别维持机组负荷不变，自该工况的可行滑压区间的下限值起始，按一定速率连续递增主汽压力的设定偏置，令调门开度随同主汽压力的连续递增而连续递减，直至主汽压力达到该工况的可行滑压区间的上限值；此时的总阀位指令对应该负荷试验工况下可行阀位区间的下限值；
(4)同步记录并采集各负荷试验工况下的相关热力参数；
(5)原始数据的归一修正：以设计主汽压力与设计主汽温度为参照基准，对原始数据进行归一修正；将各负荷试验工况每一记录点下的试验调节级压力和试验高压缸排汽压力分别乘以设计主汽压力和试验主汽压力的比值，得到归一调节级压力和归一高压缸排汽压力；认为相同总阀位下调节级效率和高压缸效率在数据归一修正前、后均保持不变，通过迭代计算分别得到归一调节级温度和归一高压缸排汽温度；由归一后的压力和温度参数，调用水和水蒸汽热力性质函数，得到对应的归一调节级比容和归一高压缸排汽比容；
(6)汽轮机流量特性的计算过程：对于具备调节级温度测点的机组选择式(a)，对于不具备调节级温度测点的机组选择式(b)，依次计算出各负荷试验工况每一时刻点下的流量因子：
式中，为归一调节级压力；为归一高压缸排汽压力；为归一调节级比容；为归一高压缸排汽比容；
(7)将高负荷试验工况下所有调门均全开时对应的流量因子作为标幺值，将各负荷试验工况每一记录点下的流量因子与之相除，得到相应总阀位指令下的实际流量百分比；将各负荷试验工况的总阀位指令、调门开度和实际流量百分比整理并汇集，即可得到试验机组的调门流量特性。
高、中、低三个不同负荷试验工况按如下原则进行选择：首先，根据各负荷试验工况下主汽压力的可行滑压区间，确定出各负荷试验工况下总阀位指令的可行阀位区间，即总阀位指令的上限值和下限值；其中，高负荷试验工况下总阀位指令的上限值为100％，对应所有调门全开状态。低负荷试验工况下总阀位指令的下限值应小于试验机组在实际调峰运行过程中的最小总阀位指令2％～5％；同时，将高、中、低三个不同负荷试验工况下的可行阀位区间进行串接后，高负荷试验工况下可行阀位区间的下限与低负荷试验工况下可行阀位区间的上限应能交叠2％～5％，且二者的可行阀位区间应能涵盖中负荷试验工况下的可行阀位区间。
当试验目的是为了整定DEH系统配汽函数时，则应在试验前解除调门重叠度；当试验目的是为了验证DEH系统配汽函数时，则应在试验前投入调门重叠度。
由于高、中、低三个不同负荷试验工况下的可行阀位区间被预先设置了必要的交叠，因此可有针对性在调门预启阶段和空行程阶段，通过不同负荷之间的横向比较或是相同负荷的重复测试，准确地把握调门流量特性的非线性特征信息，以有效降低调门流量特性测试过程中的系统误差和随机误差。
本发明既可应用于DEH系统配汽函数的离线整定或验证，也可应用于DEH系统配汽函数的在线验证。
本发明的有益效果是，本发明借助单元机组协调控制系统的协调方式，采用定功率变压力变阀位模式，得出汽轮机组调门流量特性；试验过程采用协调自动控制方式，符合运行习惯且降低了误操作安全风险；总阀位指令或调门阀位密集且连续分布，代表性试验样本丰富，可充分反映出快开型调节阀流量特性的非线性特征；同时，可通过不同负荷之间的横向比较或是相同负荷的重复测试，有效降低测试过程中的系统误差和随机误差，显著提升试验效率和试验质量。
附图说明
图1为本实施例试验机组流量特性曲线；
图2为本实施例试验机组600MW工况配汽曲线；
图3为本实施例试验机组480MW工况配汽曲线；
图4为本实施例试验机组360MW工况配汽曲线。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如图所示。下面将结合本发明实施例中的附图1-4,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本实施例机组为超超临界660MW等级汽轮机组，其在顺序阀方式下，调门开启顺序为GV2/4(同步)→CV3→CV1。
本实施例定功率模式汽轮机组调门流量特性试验方法，包括以下步骤：
(1)依据制造厂说明书和现场实际，选定诸如90％铭牌功率、70％铭牌功率以及50％铭牌功率等高、中、低不同负荷工况作为试验工况；根据各负荷试验工况的可行滑压区间，确定出其相应的可行阀位区间；确保串接汇总后的各负荷试验工况的可行阀位区间涵盖了试验机组调峰运行的实际变化范围；同时，高负荷工况的可行阀位区间下限与低负荷工况的可行阀位区间上限应交叠2％以上，且二者的可行阀位区间应涵盖中负荷工况的可行阀位区间。案例机组的高、中、低负荷试验工况分别为600MW工况、480MW工况以及360MW工况。
(2)前期试验准备：本实施例的试验目的是为了整定DEH系统配汽函数，故在汽轮机既定调门开启顺序下解除调门重叠度。试验前，在单元机组CCS协调控制系统中投入协调方式，退出AGC自动发电控制功能和CCS/DEH双侧的一次调频功能。机组负荷升至目标值并保持不变，通过减小主汽压力的设定偏置，将主汽压力降低至各负荷试验工况的可行滑压区间的下限值，对应该工况下可行阀位区间的总阀位指令上限；
(3)正式试验阶段：各负荷试验工况下，分别维持机组负荷不变，自该工况的可行滑压区间的下限值起始，以0.1MPa/min速率连续递增主汽压力的设定偏置，令调门开度随同主汽压力的单向连续递增而单向连续递减，直至主汽压力达到该工况的可行滑压区间的上限，对应该工况的可行阀位区间下限；
(4)按1次/秒频次分别采集所有试验工况每一时刻点下的相关热力参数；
(5)原始数据的归一修正：首先，以设计主汽压力P0与设计主汽温度T0为参照基准，对原始数据进行归一修正；将各负荷试验工况每一时刻点下的试验调节级压力和试验高压缸排汽压力分别乘以设计主汽压力和试验主汽压力的比值，得到归一调节级压力P1和归一高压缸排汽压力P2；同时，认为相同总阀位下调节级效率和高压缸效率在数据归一修正前、后均保持不变，通过迭代计算分别得到归一调节级温度T1和归一高压缸排汽温度T2；进而，由归一后的压力和温度参数，调用水和水蒸汽热力性质函数，得到对应的归一调节级比容v1和归一高压缸排汽比容v2。
(6)汽轮机流量特性的计算过程：对于具备调节级温度测点的机组选择式(a)，对于不具备调节级温度测点的机组选择式(b)，依次计算出各负荷试验工况每一时刻点下的流量因子Y：
(7)将高负荷工况下所有调门均全开时对应的流量因子作为标幺值，将各负荷试验工况每一时刻点下的流量因子与之相除，得到各负荷试验工况每一总阀位指令下的实际流量百分比；将各负荷试验工况的总阀位指令、调门开度和实际流量百分比整理并汇集，即可得到试验机组的调门流量特性。图1所示为本实施例试验机组流量特性曲线；图2为本实施例试验机组600MW工况配汽曲线；图3为本实施例试验机组480MW工况配汽曲线；图4为本实施例试验机组360MW工况配汽曲线。
由于高、中、低三个不同负荷试验工况下的可行阀位区间被预先设置了必要的交叠，因此可有针对性在调门预启阶段和空行程阶段，通过不同负荷之间的横向比较或是相同负荷的重复测试，准确地把握调门流量特性的非线性特征信息，以有效降低调门流量特性测试过程中的系统误差和随机误差。以实施例机组为例，图3(对应480MW工况)和图4(对应360MW工况)均包含了CV3空行程阶段的流量特性；由图可知二者趋势一致，重复性较好(可将CV3在480MW工况和360MW工况下的流量特性绘制在同一坐标图中)。由此，通过不同负荷之间的横向比较，可认为试验准确获得了CV3空行程阶段的非线性信息。图2(对应600MW工况)和图3(对应480MW工况)均包含了CV1预启阶段的流量特性；由图可知二者趋势和拐点近乎一致，重复性较好(可将CV1在600MW工况和480MW工况下的流量特性绘制在同一坐标图中)。由此，通过不同负荷之间的横向比较，可认为试验准确获得了CV1预启阶段的非线性信息。
以上对本发明所提供的一种定功率模式汽轮机组调门流量特性试验方法进行了详细介绍,本实施例中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
