周淑珍+王富美

摘 要：文章提出了一種壓力閥位抽氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)引入調(diào)節(jié)閥位信號(hào)，使抽氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度更高，系統(tǒng)更穩(wěn)定，大大提高供熱汽輪機(jī)的供熱品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：供熱電站；抽汽汽輪機(jī)；壓力閥位抽汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)

前言

供熱電站的抽汽汽輪機(jī)既要向電網(wǎng)輸出電功率，又要向熱用戶(hù)供熱。為了保證供電和供熱的質(zhì)量，電網(wǎng)要求汽輪機(jī)保持一定的轉(zhuǎn)速和功率輸出，熱網(wǎng)則要求汽輪機(jī)保持一定的抽汽壓力、溫度和抽汽量。而抽汽溫度決定于抽汽壓力，不可調(diào)節(jié)。這就要求抽汽式電站汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)既能控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率，又能控制抽汽壓力和抽汽量。

在機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，對(duì)于冷凝式汽輪機(jī)，采用速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。對(duì)于抽汽式汽輪機(jī)，還設(shè)有壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)依靠速度信號(hào)來(lái)感知電網(wǎng)頻率的變化，參與一次調(diào)頻，不能對(duì)功率進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)依靠壓力信號(hào)來(lái)感知抽汽壓力變化，對(duì)抽汽壓力和抽汽量進(jìn)行調(diào)節(jié)。不能對(duì)功率和抽汽量直接進(jìn)行調(diào)節(jié)。在數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，采用了功頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)，大大提高了對(duì)功率頻率的調(diào)節(jié)質(zhì)量。但是對(duì)抽汽式汽輪機(jī)，仍采用壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，存在調(diào)節(jié)質(zhì)量問(wèn)題。文章通過(guò)對(duì)壓力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度進(jìn)行分析，提出壓力閥位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

1 壓力抽汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析

1.1 壓力抽汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)解偶方程的建立

對(duì)于抽汽機(jī)組的數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，除了功頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)外，同機(jī)械液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)一樣，抽汽調(diào)節(jié)仍采用壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。例如，某公司提供的技術(shù)資料，提出：

HP=K11S+K12P1+K13P2+K14 （1）

IP=K21S+K22P1+K23P2+K24 （2）

LP=K31S+K32P1+K33P2+K34 （3）

式中

S： 速度信號(hào)（負(fù)荷）

P1： 一抽壓力控制信號(hào)（一抽相對(duì)抽汽流量）

P2： 二抽壓力控制信號(hào)（二抽相對(duì)抽汽流量）

HP： 高壓閥位（高壓閥流量）

IP： 中壓閥位（中壓閥流量）

LP： 低壓閥位（低壓閥流量）

同機(jī)械液壓系統(tǒng)一樣，通過(guò)給出四個(gè)典型工況的功率、抽汽量和各調(diào)節(jié)閥流量，計(jì)算出12個(gè)系數(shù)Kij，建立高、中、低壓油動(dòng)機(jī)方程。調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)這一方程，根據(jù)壓力控制信號(hào)，來(lái)確定各油動(dòng)機(jī)升程。那么，用依據(jù)四個(gè)典型工況建立的方程來(lái)確定所有工況的各油動(dòng)機(jī)升程，肯定會(huì)有誤差。誤差有多大，調(diào)節(jié)系統(tǒng)能否允許，下面通過(guò)五萬(wàn)千瓦雙抽機(jī)組的變工況計(jì)算來(lái)驗(yàn)證一下。

首先建立油動(dòng)機(jī)方程。

表1 典型工況數(shù)據(jù)表

由此得到閥門(mén)流量方程：

HP=0.447S+0.23P1+0.062P2+0.03 （4）

IP=0.847S-0.343P1+0.111P2+0.051 （5）

LP=1.145S-0.488P1-0.465P2+0.073 （6）

1.2 以相對(duì)抽汽量為調(diào)節(jié)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度的影響

應(yīng)該注意到，上述方程是以P1、P2作為相對(duì)抽汽量建立的。所以首先以相對(duì)抽汽量為調(diào)節(jié)信號(hào)來(lái)檢驗(yàn)由公式（1）、（2）、（3）求得的閥門(mén)流量與熱力計(jì)算得到的閥門(mén)流量的相對(duì)偏差，這一偏差影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。通過(guò)計(jì)算，可以得到以下結(jié)論：

（1）大部分工況，由公式求得的閥門(mén)流量與熱力計(jì)算得到的閥門(mén)流量的偏差小。

（2）以相對(duì)抽汽量為調(diào)節(jié)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度的影響很小，可以用相對(duì)抽汽量作為調(diào)節(jié)信號(hào)。

1.3以相對(duì)抽汽壓力為調(diào)節(jié)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度的影響

在壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，實(shí)際上是以相對(duì)抽汽壓力作為調(diào)節(jié)信號(hào)的。抽汽量變化時(shí)，會(huì)引起抽汽壓力變化。但是，可以證明，當(dāng)時(shí)的抽汽量與額定抽汽量的比值和抽汽壓力與額定抽汽壓力比值有一定關(guān)系，但不成正比。1.2已經(jīng)說(shuō)明了用相對(duì)抽汽量作為調(diào)節(jié)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度的影響很小，而實(shí)際系統(tǒng)中是用相對(duì)抽汽壓力（實(shí)際抽汽壓力/額定抽汽壓力）代替相對(duì)抽汽流量作為調(diào)節(jié)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度的影響就會(huì)很大。只有當(dāng)抽汽量接近額定抽汽量時(shí)，影響才可能較小。以相對(duì)抽汽壓力為調(diào)節(jié)信號(hào)來(lái)檢驗(yàn)由公式（4）、（5）、（6）求得的閥門(mén)流量與熱力計(jì)算得到的閥門(mén)流量的相對(duì)偏差，這一偏差影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。通過(guò)計(jì)算，可以得到以下結(jié)論：

（1）大部分工況，由公式求得的閥門(mén)流量與熱力計(jì)算得到的閥門(mén)流量的偏差很大。

（2）以相對(duì)抽汽壓力為調(diào)節(jié)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度的影響很大，不宜用相對(duì)抽汽壓力作為調(diào)節(jié)信號(hào)。

1.4 以相對(duì)抽汽壓力為調(diào)節(jié)信號(hào)影響系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度的原因

1.4.1 解耦方程（1）、（2）、（3）是以相對(duì)抽汽流量作為調(diào)節(jié)信號(hào)建立的。在壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，實(shí)際上是以相對(duì)抽汽壓力作為調(diào)節(jié)信號(hào)的。前文已經(jīng)說(shuō)明，相對(duì)抽汽量和相對(duì)抽汽壓力有一定關(guān)系，但不成正比。以相對(duì)抽汽壓力作為調(diào)節(jié)信號(hào)會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)精度產(chǎn)生很大的影響。

1.4.2 主汽量、抽汽量和功率的關(guān)系復(fù)雜，都不是成正比。試圖用四個(gè)典型工況來(lái)求解解耦方程（1）、（2）、（3）的12個(gè)系數(shù)建立的方程來(lái)求解所有可能的工況，也會(huì)產(chǎn)生較大的偏差。

由于上述原因，實(shí)際調(diào)節(jié)過(guò)程中，某一參數(shù)的變化，會(huì)使得各閥門(mén)產(chǎn)生過(guò)調(diào)，甚至產(chǎn)生反調(diào)，引起系統(tǒng)波動(dòng)，降低供電和供汽的質(zhì)量。

2 壓力閥位抽汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)的提出

在數(shù)字電調(diào)出現(xiàn)之后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有了強(qiáng)大的運(yùn)算和管理功能，為實(shí)現(xiàn)更精確、平穩(wěn)、快速的調(diào)節(jié)要求提供了廣闊的空間。

單抽機(jī)組可以看成由兩個(gè)汽輪機(jī)組成。雙抽機(jī)組可以看成由三個(gè)汽輪機(jī)組成。所以抽汽供熱機(jī)組是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。它是由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，每個(gè)子系統(tǒng)又有不同的控制目標(biāo)。試圖用一組方程來(lái)描述一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，只要其中任一子系統(tǒng)描述有偏差，都會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)很大的偏差。所以壓力抽汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)除了解決問(wèn)題的方法存在缺陷外，其設(shè)計(jì)思想也有值得商榷之處。endprint

文章提出一種分散調(diào)節(jié)，集中控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。對(duì)于汽輪機(jī)的每一個(gè)調(diào)節(jié)閥只有一個(gè)控制參數(shù)。它感受到參數(shù)被擾動(dòng)時(shí)，僅控制本閥門(mén)向給定參數(shù)靠近，不去試圖調(diào)整其它閥門(mén)。這樣，每個(gè)子系統(tǒng)（高、中、低壓部分）都能穩(wěn)定，整個(gè)系統(tǒng)也就是穩(wěn)定的。再者，調(diào)整的結(jié)果都是要求它控制一定的流量，以達(dá)到汽輪機(jī)輸出給定的功率和抽汽量。本系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法是根據(jù)當(dāng)前的壓力和閥位計(jì)算出當(dāng)前流量，再按給定壓力或功率計(jì)算出需要的流量，輸出閥位，以達(dá)到汽輪機(jī)輸出給定的功率和抽汽量的目的。

2.1 抽汽調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)

當(dāng)抽汽量發(fā)生變化，閥位未動(dòng)作時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量變化使抽汽壓力偏離抽汽整定壓力。按當(dāng)前閥位h0，在‘額定壓力閥位流量曲線查出當(dāng)前閥位相應(yīng)的額定流量Gr?？梢宰C明，閥位不變時(shí)，閥前壓力基本上與通過(guò)閥門(mén)的流量成正比。輸入當(dāng)前壓力P和給定壓力Pe，折算出額定壓力的當(dāng)量流量Ge=Gr/Pe*P，再?gòu)摹~定壓力流量閥位曲線查出給定閥位he。邏輯流程如圖1。

2.2 高壓調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)

高壓調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)思路是抽汽量發(fā)生變化，閥位未動(dòng)作時(shí)，電功率會(huì)偏離給定功率。由于存在抽汽量，汽耗率不同于冷凝工況的汽耗率，所以，不能按冷凝功率閥位曲線來(lái)確定閥位。求出當(dāng)時(shí)的汽耗率是調(diào)整閥位的關(guān)鍵。首先，按閥門(mén)升程查‘額定壓力閥位流量曲線求出當(dāng)前閥位對(duì)應(yīng)的額定壓力流量Gr，除以當(dāng)前功率Ne，乘以給定功率N，得到相應(yīng)給定功率對(duì)應(yīng)的額定壓力流量Ge，再?gòu)摹~定壓力流量閥位曲線查出給定閥位he。邏輯流程如圖2。

2.3 中壓調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)

汽輪機(jī)一般有三種啟動(dòng)模式。一是高壓缸啟動(dòng)。二是中壓缸啟動(dòng)。三是高中壓聯(lián)合啟動(dòng)。高壓缸啟動(dòng)模式，中壓調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，不參與調(diào)節(jié)。中壓缸啟動(dòng)模式，高壓缸不進(jìn)汽，中壓調(diào)節(jié)閥可以按高壓調(diào)節(jié)閥邏輯調(diào)節(jié)。切換到高壓缸進(jìn)汽后，按切換的高壓缸啟動(dòng)模式或高中壓聯(lián)合啟動(dòng)模式參與調(diào)節(jié)。高中壓聯(lián)合啟動(dòng)模式，在啟動(dòng)時(shí)參與調(diào)節(jié)，它的調(diào)節(jié)思路是保證中壓流量與高壓流量一致（成一定比例k，例如300MW機(jī)組，k=0.871）。首先求出高壓流量，然后計(jì)算出相應(yīng)的中壓流量，求出中壓閥閥位。（見(jiàn)圖3）

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，壓力閥位調(diào)節(jié)系統(tǒng)利用數(shù)字電調(diào)的強(qiáng)大運(yùn)算能力，適時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算出各閥的開(kāi)度，可以實(shí)現(xiàn)更精確、快速的調(diào)節(jié)，保證汽輪機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]倪維斗，徐基豫.自動(dòng)調(diào)節(jié)原理與透平機(jī)械自動(dòng)調(diào)節(jié)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

[2]郭鈺鋒，徐志強(qiáng)，于達(dá)仁.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010.endprint

文章提出一種分散調(diào)節(jié)，集中控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。對(duì)于汽輪機(jī)的每一個(gè)調(diào)節(jié)閥只有一個(gè)控制參數(shù)。它感受到參數(shù)被擾動(dòng)時(shí)，僅控制本閥門(mén)向給定參數(shù)靠近，不去試圖調(diào)整其它閥門(mén)。這樣，每個(gè)子系統(tǒng)（高、中、低壓部分）都能穩(wěn)定，整個(gè)系統(tǒng)也就是穩(wěn)定的。再者，調(diào)整的結(jié)果都是要求它控制一定的流量，以達(dá)到汽輪機(jī)輸出給定的功率和抽汽量。本系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法是根據(jù)當(dāng)前的壓力和閥位計(jì)算出當(dāng)前流量，再按給定壓力或功率計(jì)算出需要的流量，輸出閥位，以達(dá)到汽輪機(jī)輸出給定的功率和抽汽量的目的。

2.1 抽汽調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)

當(dāng)抽汽量發(fā)生變化，閥位未動(dòng)作時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量變化使抽汽壓力偏離抽汽整定壓力。按當(dāng)前閥位h0，在‘額定壓力閥位流量曲線查出當(dāng)前閥位相應(yīng)的額定流量Gr?？梢宰C明，閥位不變時(shí)，閥前壓力基本上與通過(guò)閥門(mén)的流量成正比。輸入當(dāng)前壓力P和給定壓力Pe，折算出額定壓力的當(dāng)量流量Ge=Gr/Pe*P，再?gòu)摹~定壓力流量閥位曲線查出給定閥位he。邏輯流程如圖1。

2.2 高壓調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)

高壓調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)思路是抽汽量發(fā)生變化，閥位未動(dòng)作時(shí)，電功率會(huì)偏離給定功率。由于存在抽汽量，汽耗率不同于冷凝工況的汽耗率，所以，不能按冷凝功率閥位曲線來(lái)確定閥位。求出當(dāng)時(shí)的汽耗率是調(diào)整閥位的關(guān)鍵。首先，按閥門(mén)升程查‘額定壓力閥位流量曲線求出當(dāng)前閥位對(duì)應(yīng)的額定壓力流量Gr，除以當(dāng)前功率Ne，乘以給定功率N，得到相應(yīng)給定功率對(duì)應(yīng)的額定壓力流量Ge，再?gòu)摹~定壓力流量閥位曲線查出給定閥位he。邏輯流程如圖2。

2.3 中壓調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)

汽輪機(jī)一般有三種啟動(dòng)模式。一是高壓缸啟動(dòng)。二是中壓缸啟動(dòng)。三是高中壓聯(lián)合啟動(dòng)。高壓缸啟動(dòng)模式，中壓調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，不參與調(diào)節(jié)。中壓缸啟動(dòng)模式，高壓缸不進(jìn)汽，中壓調(diào)節(jié)閥可以按高壓調(diào)節(jié)閥邏輯調(diào)節(jié)。切換到高壓缸進(jìn)汽后，按切換的高壓缸啟動(dòng)模式或高中壓聯(lián)合啟動(dòng)模式參與調(diào)節(jié)。高中壓聯(lián)合啟動(dòng)模式，在啟動(dòng)時(shí)參與調(diào)節(jié)，它的調(diào)節(jié)思路是保證中壓流量與高壓流量一致（成一定比例k，例如300MW機(jī)組，k=0.871）。首先求出高壓流量，然后計(jì)算出相應(yīng)的中壓流量，求出中壓閥閥位。（見(jiàn)圖3）

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，壓力閥位調(diào)節(jié)系統(tǒng)利用數(shù)字電調(diào)的強(qiáng)大運(yùn)算能力，適時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算出各閥的開(kāi)度，可以實(shí)現(xiàn)更精確、快速的調(diào)節(jié)，保證汽輪機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]倪維斗，徐基豫.自動(dòng)調(diào)節(jié)原理與透平機(jī)械自動(dòng)調(diào)節(jié)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

[2]郭鈺鋒，徐志強(qiáng)，于達(dá)仁.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010.endprint

文章提出一種分散調(diào)節(jié)，集中控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。對(duì)于汽輪機(jī)的每一個(gè)調(diào)節(jié)閥只有一個(gè)控制參數(shù)。它感受到參數(shù)被擾動(dòng)時(shí)，僅控制本閥門(mén)向給定參數(shù)靠近，不去試圖調(diào)整其它閥門(mén)。這樣，每個(gè)子系統(tǒng)（高、中、低壓部分）都能穩(wěn)定，整個(gè)系統(tǒng)也就是穩(wěn)定的。再者，調(diào)整的結(jié)果都是要求它控制一定的流量，以達(dá)到汽輪機(jī)輸出給定的功率和抽汽量。本系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法是根據(jù)當(dāng)前的壓力和閥位計(jì)算出當(dāng)前流量，再按給定壓力或功率計(jì)算出需要的流量，輸出閥位，以達(dá)到汽輪機(jī)輸出給定的功率和抽汽量的目的。

2.1 抽汽調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)

當(dāng)抽汽量發(fā)生變化，閥位未動(dòng)作時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量變化使抽汽壓力偏離抽汽整定壓力。按當(dāng)前閥位h0，在‘額定壓力閥位流量曲線查出當(dāng)前閥位相應(yīng)的額定流量Gr。可以證明，閥位不變時(shí)，閥前壓力基本上與通過(guò)閥門(mén)的流量成正比。輸入當(dāng)前壓力P和給定壓力Pe，折算出額定壓力的當(dāng)量流量Ge=Gr/Pe*P，再?gòu)摹~定壓力流量閥位曲線查出給定閥位he。邏輯流程如圖1。

2.2 高壓調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)

高壓調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)思路是抽汽量發(fā)生變化，閥位未動(dòng)作時(shí)，電功率會(huì)偏離給定功率。由于存在抽汽量，汽耗率不同于冷凝工況的汽耗率，所以，不能按冷凝功率閥位曲線來(lái)確定閥位。求出當(dāng)時(shí)的汽耗率是調(diào)整閥位的關(guān)鍵。首先，按閥門(mén)升程查‘額定壓力閥位流量曲線求出當(dāng)前閥位對(duì)應(yīng)的額定壓力流量Gr，除以當(dāng)前功率Ne，乘以給定功率N，得到相應(yīng)給定功率對(duì)應(yīng)的額定壓力流量Ge，再?gòu)摹~定壓力流量閥位曲線查出給定閥位he。邏輯流程如圖2。

2.3 中壓調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)

汽輪機(jī)一般有三種啟動(dòng)模式。一是高壓缸啟動(dòng)。二是中壓缸啟動(dòng)。三是高中壓聯(lián)合啟動(dòng)。高壓缸啟動(dòng)模式，中壓調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，不參與調(diào)節(jié)。中壓缸啟動(dòng)模式，高壓缸不進(jìn)汽，中壓調(diào)節(jié)閥可以按高壓調(diào)節(jié)閥邏輯調(diào)節(jié)。切換到高壓缸進(jìn)汽后，按切換的高壓缸啟動(dòng)模式或高中壓聯(lián)合啟動(dòng)模式參與調(diào)節(jié)。高中壓聯(lián)合啟動(dòng)模式，在啟動(dòng)時(shí)參與調(diào)節(jié)，它的調(diào)節(jié)思路是保證中壓流量與高壓流量一致（成一定比例k，例如300MW機(jī)組，k=0.871）。首先求出高壓流量，然后計(jì)算出相應(yīng)的中壓流量，求出中壓閥閥位。（見(jiàn)圖3）

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，壓力閥位調(diào)節(jié)系統(tǒng)利用數(shù)字電調(diào)的強(qiáng)大運(yùn)算能力，適時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算出各閥的開(kāi)度，可以實(shí)現(xiàn)更精確、快速的調(diào)節(jié)，保證汽輪機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]倪維斗，徐基豫.自動(dòng)調(diào)節(jié)原理與透平機(jī)械自動(dòng)調(diào)節(jié)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

[2]郭鈺鋒，徐志強(qiáng)，于達(dá)仁.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010.endprint