【摘 要】 针对采用数字电液控制系统的汽轮发电机组在运行中出现的调节阀门波动的问题，分析了了造成阀门波动的可能原因，并详细介绍了因为阀门流量特性曲线不合理而造成的阀门波动现象，提出了解决方案。
【关键词】 高压调节阀门 波动 分析
　　　华能德州电厂#1～4机组系东方汽轮机厂生产的D42型300MW机组，汽轮机控制系统采用的是上海新华控制工程有限公司的DEH-Ⅲ型控制系统，机组于 1991年—1993年相继投产。由于机组原DEH-Ⅲ型控制系统设计方面的不合理性及设备本身难以消除的缺陷，在1998年—2001年期间的各机组大修期间先后将DEH-Ⅲ型控制系统改为新华公司的DEH-ⅢA型。即将原来的电-液并存型中压抗燃油控制系统改为纯电调高压抗燃油系统，该液压系统由以下四部分组成，即液压伺服系统、高压遮断系统、低压透平油遮断系统和高压抗燃油供油系统。高压抗燃油系统由新华公司成套供应，低压保安油系统、阀门操纵座由东汽供应。控制系统改造后,四台机组在运行期间曾多次出现变负荷过程中汽轮机调节阀门波动的现象,引起机组负荷、压力等参数的波动，严重影响着机组的安全稳定运行。
　　1 DEH-ⅢA型系统工作原理
　　该机组的10个阀门（2个高压主汽门、2个中压主汽门、4个高压调节阀门、2个中压调节阀门）除2个中压主汽门属于开关型外，其余均采用伺服阀控制闭环回路。DEH控制系统包括2个闭环回路：一是伺服阀控制回路，对阀门进行定位控制，采用PI调节规律；另一是转速、功率控制回路，对转速和功率进行闭环控制，也是采用PI 调节规律。 （如图1）

　　　　　　　　　　　　　　　图1 DEH-ⅢA型系统控制回路原理
　　2 可能引起调节阀门波动的原因
　　能造成调节阀门波动的原因有许多种,伺服阀控制回路中任一环节的设备出现问题，都会引起调节阀门的波动，一般出现以下几方面的问题：（1）控制器本身出现故障引起计算机的指令不稳而使调节阀门波动，此问题可通过对主控制器进行检查，监视其输出点信号是否波动便能确定是否有问题。（2）阀门特性曲线不正确引起的调节阀门波动，这主要出现在顺序阀控制方式下后续调节阀门主阀即将开启时刻。（3）伺服阀卡涩或其滤网堵塞造成的调节阀门波动，此问题可通过检查伺服控制卡（VCC卡）的输出电压信号（范围是0～5V）即可判断。一般在阀门开度不变的情况下，为克服伺服阀机械零偏，此电压约为0.2～0.3V之间。如果该电压值在增大过程中，其阀门不随之开大或有明显的滞后现象，则很可能是伺服阀卡涩或其滤网堵塞。（4）油动机引起的调节阀门波动，油动机引起的调节阀门波动主要体现在两方面，一是油动机卡涩造成的调节阀门波动、另一是油压造成的调节阀门波动。（5）阀位反馈环节引起的调节阀门的波动，该故障大部分出现在位移传感器（LVDT）上。（6）阀门卡涩或其与油动机连接的连接块中有空行程造成的调节阀门波动。
　　3 阀门特性曲线（电气凸轮）
　　改造前的电-液并存型中压抗燃油控制系统是将转速（功率）信号通过与汽轮机同轴的径向钻孔泵转变为脉动油压，脉动油压控制错油门、通过错油门来控制中压抗燃油油动机活塞下油压、使油动机开大、关小，油动机驱动机械凸轮的旋转，凸轮的旋转带动调节阀门开大、关小。而纯电调高压抗燃油系统是将转速（功率）信号变为电信号，然后送到主控制器上，主控制器根据阀门特性曲线（如图2示）经过计算，将各调节阀门开度指令信号输出到控制该阀门的VCC卡上，转换为阀位指令，然后经过功放输出去控制伺服阀油动机。
　　　　　　　
　　　　　　　　　　　图2 300MW汽轮机顺序阀控制时阀门特性曲线示意图
　　4 阀门特性曲线不合适现象及处理
　　阀门特性曲线不合适的现象可分为两类，分别是在顺序阀控制方式下阀门重叠度过大或过小现象。阀门重叠度增大的过程既是一个阀门控制方式由顺序阀控制逐渐向单阀控制的转变过程，随着重叠度的增大，阀门前后的压差也将增大，调节阀门的节流损失也将增大，重叠度大对机组控制的稳定性有益、但影响经济性。阀门重叠度过小则会造成阀位（VPOZ）与总流量曲线不平滑，在后续调节阀门主阀开启的瞬时出现负荷波动现象，从而引起调节阀门的波动。
　　德州电厂#2机组在2007年2月份就出现过调节阀门波动现象，在相同负荷下,#1高压调门开度波动较大,具体见图3示。
　　　　　
　　　　　　　　　　　图3 #2机组阀门特性曲线修改前高压调门阀位情况
　　其高压调门开度波动原因就是由于阀门特性曲线不合理、重叠度过小的原因造成。具体原因是由于该机组的四个高压调节阀门其通径DN及其对应的调节级的喷嘴数是不相等的，#1、#2、#3高压调节阀门的通径为170mm，#4高压调节阀门的通径为150mm；#1、#2高压调节阀门对应的喷嘴数均为32只，#3高压调节阀门对应的喷嘴数为30只，#4高压调节阀门对应的喷嘴数为27只。原DEH改造时在顺序阀控制时，其阀门流量特性曲线是按照先同时开启#1和#2高压调节阀门、在#1和2高压调节阀门开到24.4mm时开启#3调节阀门、在#1和2高压调节阀门开到39mm时开启#4调节阀门来做的。由于机组平均负荷相对较低，为了减少调节阀门的节流损失，在改造时将阀门开启顺序改为先同时开启#3、#4高压调节阀门，再依次顺序开启#1、#2高压调节阀门，在阀门开启顺序调整后，阀门流量特性曲线并未修改。由于#3、#4高压调节阀门的通流能力较小，造成其与#1调节阀门重叠度太小，在#1调节阀门主阀开启过程中由于阀门前后压差太大，而出现阀门开度变化不大而流量（负荷）变化较大的现象，即调节阀门波动。
　
　　　　　　　　　　　　　　图4 #2机组阀门特性计算曲线（流量拟合曲线）
　　为了保证该机组调节系统的稳定，2007年4月份,请GE能源集团新华控制公司现场实际测量阀门流量特性曲线，根据现在高压调节汽门顺序阀控制方式下的开启顺序拟合了阀门流量特性曲线（见图4 #2机组阀门特性计算曲线所示）、对电气凸轮进行重新修正。曲线修正后，在#1调节阀门主阀开启过程中高压调门开度波动现象消失，具体见图5示。
　　　　　
　　　　　　　　　　　　图5 #2机组阀门特性曲线修改后高压调门阀位情况
　　5 结 语
　　高压调节阀门波动现象在现场常会遇到，其原因也有多种，即伺服阀控制回路中任一环节的设备出现问题，都会引起调节阀门的波动，具体的故障原因可通过对一些特征参数及阀门状况的分析而找到。
　　数字电液控制系统的阀门流量特性曲线在电厂由于涉及到仪控及机务两个专业，重视程度相对偏低，需要引起高度重视，合适的特性曲线不仅可以减小高压调节阀门的节流损失、还可为数字电液控制系统稳定提供一定的保证。
　　6 参考文献
　　[1] 陆燕荪，周鹤良，杨锦山等.火力发电设备技术手册 [M]. 北京：机械工业出版社,1998.
　　[2] 沈鸿，周建南，王道涵等.机械工程手册 [M]. 北京：机械工业出版社,1997.
　　[3] 郑晓舟, 王刚，王哲等. 大型汽轮机组DEH系统伺服阀的应用及维护 [J].中国电力，1999，32 (7)：12-13，37.