单阀与顺序阀切换的实实现

单阀和顺序阀的对比

1、单阀控制方式即所有进入汽轮机的蒸汽都经过几个同时启闭的调节阀后进入第一级喷嘴，也称节流配汽方式。节流配汽的汽轮机在工况变动时第一级的进汽度是不变的，因此可以把包括第一级在内的全部级作为级组，也就是说除了工作原理不同外，调节级与其余各级并无其他区别。采用节流配汽的汽轮机在设计工况下调节阀全开，机组的理想焓降到最大值；低负荷时调节阀关小，减少汽轮机的进汽量，主蒸汽受到节流作用使第一级级前压力下降，其值与蒸汽流量成正比。此时，汽轮机的理想焓降减小但并不是很多，可见节流配汽主要是通过减少蒸汽流量来降低负荷。当然，理想焓降的减少虽然不是很多，但仍然使机组的相对内效率降低，且负荷越低，节流损失越大，机组效率也就越低。因此，节流配汽方式的应用范围不太广泛，一般用于小功率机组和带基本负荷的机组。高参数、大容量机组在启动初期为使进汽部分的温度分布均匀，在负荷突变时不致引起过大的热应力和热变形，也经常使用节流配汽方式。

2、顺序阀控制方式即蒸汽经过几个依次启闭的调节阀后再通向第一级喷嘴，也称喷嘴配汽方式。这种配汽方式在运行当中只有一个调节阀处于部分开启状态，而其余的调节阀均处于全开(或全关)状态，蒸汽只在部分开启的调节阀中受到节流作用，因此，在部分负荷时喷嘴配汽方式比节流配汽方式效率高，所以被广泛应用。

采用喷嘴配汽方式时，第一级喷嘴的通流面积随着调节阀的开启数目不同而变化。调节级的变工况特性也和其余各级有很大区别。当调节级通流面积改变时，蒸汽流量将发生变化，达到调节机组负荷的目的。同时，在部分开启的调节阀中蒸汽流量受到节流作用，改变了理想焓降，但因流经该阀的蒸汽流量只占总流量的一部分，因此蒸汽

焓降的改变对机组功率的影响较小。

采用喷嘴配汽方式时，在第一只调节阀刚刚全开时调节级的压力比为最小，调节级的理想焓降为最大，此时，通过第一组喷嘴的蒸汽流量也达到最大值，故第一组喷嘴蒸汽流量和焓降的乘积也达到最大值，工作在其后的动叶片所承受的应力也达到最大值。可见，调节级的危险工况并不是在最大工况下，而是在第一只调节阀刚刚全开时。

3、单阀、顺序阀控制方式的应用

实际生产中，汽轮机在部分负荷下运行时喷嘴配汽方式比节流配汽方式的效率高，且较稳定。但在变工况下采用喷嘴配汽方式会使汽轮机高压部分的金属温度变化较大，调节级所对应的汽缸壁产生较大的热应力，从而降低了机组快速改变负荷的能力。为了发挥两种不同配汽方式的优点，我们采取了节流配汽——喷嘴配汽联合调节的方式，即第一只喷嘴和第二只喷嘴同时开启，使汽缸均匀受热。待第一、二只调节阀全开后再根据机组负荷需要依次开启其他调节阀。这样，就同时发挥了节流配汽和喷嘴配汽两者的优点。

电厂汽轮机单阀/顺序阀切换的实现

作者：

时间： 2010 年 2 月

电厂汽轮机单阀/顺序阀切换的实现

摘要：汽轮机单阀/顺序阀切换的逻辑，是电厂节能降耗的手段之一，本文主要针对汽轮机的单阀/顺序阀切换逻辑的分析、存在问题的提出、分析以及解决过程，及切换功能的实现进行全过程论述。

关键词：单阀顺序阀切换逻辑

一．概述

“十一五”规划明确要求，到2010年我国单位GDP的能耗要比“十五”末期下降20%，衡量一个发电厂经济性的好坏，就是要看它的综合指标——发电成本，即对外供1度电所需的成本费用。火力发电厂汽轮机作为能量转换的中间设备，运行方式的优化是节能降耗的主要手段，对保证机组的安全性和经济性起到关键作用。

**发电厂隶属**，电厂的主要设备是：锅炉采用**锅炉厂高温超高压一次中间再热、单汽包自然循环、****蒸汽锅炉（YG—***/13.74—M），汽轮机采用**汽轮机厂的超高压、单轴、双缸双排汽、一次中间再热、凝汽式汽轮机（N***—**.24/***/***型），发电机是**发电设备厂的WX**Z-073LLT。热控系统主网主要采用DCS集散控制方式，辅网采用PLC控制系统。汽轮机采用DEH控制方式，DEH控制系统为纯电调系统，整套系统采用北京ABB贝利控制有限公司的Symphony控制系统(软硬件由北京ABB贝利控制有限公司提供)，液压部分采用常规低压透平油系统。直接由DEH通过电液转换器进行控制调节汽阀油动机，以达到控制汽机转速和负荷的目的。

**积极响应国家的节能降耗的政策，立足于本厂实际，多方面、全方位的实施全厂的节能降耗各项工作。本文重点介绍汽轮机单阀/顺序阀切换功能的实现。

所谓汽机单阀控制方式，是指根据负荷的给定值，经过汽机阀门管理程序的逻辑判断，所有高压调门开启方式相同，且各高调门的开度均一致。因控制汽阀沿汽轮机的径向对称布置，因此这种方式将使汽轮机的高压缸第一级汽室内温度的分布比较均匀，在负荷变化时汽轮机的转子和定子之间的温差最小，减少了机组的热应力，使机组可以承受较大的符合变化率。但是，从机组的运行经济上看，

由于所有控制汽门都处于非全开状态，因而主蒸汽通过控制汽门的节流损失较大，降低了机组的热效率。

顺序阀控制方式，是指根据负荷的给定值，经过汽机阀门管理程序的逻辑判断和计算，按照预先设定的开启顺序开启相应的高压调节阀，各高调门累计流量呈线性变化。这种控制方式只有一个汽阀处于半开启状态，其他的汽门处于全开或全关状态。这样就减少了汽门的节流损失，提高了汽机的热效率。但是存在进汽位置不对称，第一级汽室内的温度分布不均匀，机组的热应力较大，因此承担的符合变化率相对来说比较小。

两种控制方式各有优缺点，机组在不同的运行状态时应采用不同的控制方式。一般机组冷态启动以及机组在承担尖峰负荷时，要求采用全周进汽，即单阀控制方式；机组带部分符合运行时，可以采用部分进汽方式，即顺序阀控制方式。二、单阀/顺序阀切换的控制逻辑分析

我厂汽轮机共有四只高压调节阀，编号为GV1、GV2、GV3以及GV4。每只高调门均有一个独立的伺服控制回路。信号的传递通道为：运行人员设定目标负荷设定值及速率，这两种信号到汽机负荷控制回路，得到GVMOUT信号，即设定负荷时作对应的调门开度总的叠加值。GVMOUT信号到阀门管理回路，经过相应的逻辑计算和判断，送到DEH的I/O端子板，然后通过内部连接电缆到SVP调门卡，SVP调门卡将阀位输出指令以及LVDT（线性位移差动传感器）的反馈信号进行对比计算，得到0～10V DC指令，经过中间端子盒到电液转换器进行调节。信号的传递框图如下所示：

阀门管理的基本功能框图如下所示：

汽机的单阀/顺序阀之间的切换的允许条件反映在内部逻辑中，主要有以下几个方面：

（1）、DEH控制系统处于“AUTO”控制方式。自动控制方式是通过CRT画面操作，改变转速/负荷设定值，对DEH输出进行闭环控制

（2）、安全油压建立，汽机已复位挂闸

（3）、主油开关闭合，是指我厂发变组220KV断路器处于合闸位置。

（4）、系统不在ADS控制方式。

（5）、高压调门不在“试验”位。

（6）、中压调门不在“试验”位。

（7）、主汽门试验不在“试验”位。

（8）、单/顺阀切换状态按钮投入。内部标签名为“Transfer”，是在单阀/顺序阀切换前需要将切换状态置“1”,信号类型是一种5秒触发延时的单脉冲定时器。（9）、单/顺阀切换指令给出。内部标签名是顺序阀“SEQ INPB”，单阀“SIG INPB”。当此信号为逻辑“1”时，与“Transfer”信号进行“与”逻辑判断，得到切换指令，指令信号为3秒触发延时的单脉冲，因此，操作顺序必须是先将状态按钮置“1”状态，5秒内给出阀切换指令信号。输出到阀门管理程序中（如简图所示）。

顺序阀指令

切换状态

单阀指令

“SEQPB”或“SIGPB”信号到阀门管理程序内，还得经过二次判断，如果切换条件全部允许，则输出阀切换指令，若以上条件任一条件不满足，阀门控制则仍处于原控制方式。

然后，需要分析汽机高调门的阀门特性曲线。

GVMOUT的函数运算关系是：

高调门1的阀门特性曲线：

高调门2的阀门特性曲线：

高调门3的阀门特性曲线：

高调门4的阀门特性曲线

根据高调门的特性曲线可以看出：GV1与GV2的阀门特性一致，GV3与GV4的特性一致。并且，GV3与GV4在阀门逐渐开启的过程中的进汽流量要比其他两个高调门要高些。GV1与GV2在0％～72.28％时，曲线接近于线性关系。

在进行阀门方式切换时，为了保证机组功率及主汽压力不会发生大范围内的波动，必须保证DEH算法逻辑的合理性。以GV1为例，我厂的逻辑计算可以写成如下算法： GV1SPT=(GVMOUT`*A+GVMOUT`*B)F(GV1)

其中，GV1SPT：＃1高压调节门输出指令，％；

GVMOUT：经过阀门管理程序的计算得到的总的阀门开度指令，％；

A：在单阀控制方式下指令系数，0～1；

B：在顺序阀控制方式下的指令系数，0～1；

)：＃1高压调节门的阀门特性函数，％。

F(

GV1

当阀位控制方式处于单阀控制方式时，A＝1，B=0；当顺序阀控制方式下时，A=0,B=1；两者之间的切换时，将受到速率限制器的作用，速率设置为0.05/秒，按照以上速率计算，0和1之间的切换时间应该为20秒左右。因此，切换过程中不会引起负荷及主汽压力大范围内的波动。

按照以上所述，热工人员进行了切换演算：根据135MW时的数据，GVMOUT=95.874，GV1开度是43.15；GV2开度是43.15；GV3开度是49.25；GV4开度是49.25。假设此时将阀位控制方式切成顺序阀，切换瞬间为无扰切换。由于功能码FC8限速器的作用，高调门逐渐下降，直至内部运算值为3.42，经过阀门特性曲线的分段线性函数块，最终GV1的开度将在15%稳定住；GV2开度28％；GV3开度100％，GV4开度100％。假设此时要求负荷下降，GVMOUT开度下降至80，则F(x)=65.45,阀位控制仍在顺序阀控制方式，则会出现GV1全关，GV2开度18.8％，GV3全开，GV4全开。假设机组满负荷运行， GVMOUT=95.874,阀位管理方式为顺序阀控制，这时切换成单阀控制，则F(x)=91.307，切换瞬间，阀位值不变，为无扰切换，切换后，功能码FC8限速器的值由顺序阀时的0逐渐增加到1，速率限制为0.05/秒，这时阀位内部计算值由-1逐渐变化成0，阀位值慢慢增加至91.307，完成单阀时的阀位控制。

经过以上推算，我们得到以下结论：

1、汽机单阀/顺序阀之间的切换为无扰切换，即切换过程中不会出现阀位瞬大范围的开关现象。

2、切换后，在保证汽机实际阀位-流量特性曲线与出厂设定曲线一致的情况下，汽机调门瞬时变化幅度较小，能够稳定在一个特定的阀位值上。

3、由于阀门重叠度的设置，开启顺序应该为4-3-2-1。即：

到此，阀切换之间的软件部分已经具备条件，汽机硬件方面的问题需要热工专业及汽机专业进行确认。首先，需要检查高调门的布置方式，按照汽机厂家提供的图纸资料，汽机管路的布置走向以及调门物理位置应如下所述：

汽机管路走向及调门物理位置示意图

汽机上半缸

汽机调门侧

发电机侧

结合上图，从控制方面来讲，按照汽机的顺序阀GV4-GV3-GV2-GV1的步序，可以保证汽机对称进汽，减少对汽机各参数的影响。但是，实际的调门方式，与上图存在分歧，

100%

100%

蒸汽流量指令

GV4-3

GV2

GV1

单/顺阀切换

更改前的汽机调门布置方式

汽机上半缸

汽机调门侧

发电机侧

从上图可以看出，若按照现在的高调门布置方式进行，会造成汽机左侧全开进汽，而右侧调门开度低于40％的情况，进汽方位不对称，极易造成振动值超限等危险情况，引起跳机，对汽轮机的安全构成隐患，因此需要更改阀门的布置方式。

利用停机机会，按照厂家资料，完成了阀门布置方式的更改工作，这样，全开的两个高调门对称进汽，提高了机组的安全性。同时，由于信号传递通道的改变，热工专业重新对SVP 调门卡进行了标定，通过模拟试验的验证，保证了阀门调节的快速性和准确性。

三、单阀/顺序阀间切换功能的实现

准备工作一切就绪后，**于20**年9月23日进行了＃1机组的单阀/顺序阀切换，切换过程基本为无扰切换，负荷变化幅度小于2MW 。各项经济指标有显著下降。切换过程是：

1、打开DEH 画面“DEH OVERVIEW ”;

2、单击“VLV MODE ”按钮，在弹出画面中，先将TRANSFER 信号置为“1”，然后5秒内单击“SEQV ”键完成切换动作。

3、单阀切顺阀过程中，各调门开度应相应变化；

4、整个切换过程结束后，画面显示为顺序阀状态，单阀切顺阀操作结束。

5、待机组各参数稳定后，重复以上步骤，进行顺序阀切单阀的操作。

机组在单阀、顺序阀控制方式下的参数对比：

四、阀切换时的注意事项

1、单/顺阀切换过程中应密切注意负荷、主汽压、汽包水位的变化，应尽量保持以上参数保持不变。

2、单阀切顺阀后，汽机高压缸调节级由全周进汽变为部份进汽，应注意汽机本体各缸温及机组TSI各参数（包括轴振，轴向位移等）的变化。

3、单/顺阀切换过程中，调门开度、油动机行程及DEH系统的动态变化过程应有人在就地监视,观察调门动作情况。

4、在切换过程中，不得进行任何有影响锅炉和汽轮机工况的操作。

5、汽轮机在拟进行“单阀/顺序阀”切换前，维持稳定运行时间不少于30分钟；阀位控制方式切换后，应维持运行时间30分钟。

6、借鉴其他电厂经验，负荷大于100MW，各温度测点及传感器测量处于稳定阶段时，方可进行试验。

7、参考其他电厂经验，珠江国产300MW机组在进行阀切换时，出现负荷大幅度变化，吸取经验教训，热工专业应尽量保证原阀门特性曲线与实际流量特性曲线保持一致。

参考资料：

《电厂热工自动控制与保护》王付生中国电力出版社*