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确立汽轮机调节阀开关时间的合格标准十分必要,本文介绍影响汽轮机调节阀正常开关时间的因素,讨论了调节阀正常关闭时间与汽轮机转速飞升的定量关系,给出了合理确定汽轮机调节阀开关时间标准的方法,结合当前实际情况,确定了汽轮机调节阀开关时间的合格标准,具体为:设备厂家无明确要求时,300MW及以下容量机组,调节阀正常开关时间不宜大于5s;300MW到600MW(包括600MW)容量机组,调节阀正常开关时间不宜大于4s;600MW以上容量机组,调节汽门正常开关时间不宜大于3s。
汽轮机调节阀是控制汽轮机转速与机械功率的关健设备,其动作特性直接影响到机组的控制性能与安全性能。就其动作方式而言,可分为快速关闭动作与正常开关动作:前者是出于保护的目的,而后者的目的是用于调节。国家标准《固定式发电用汽轮机规范》(GBT5578)明确指出,设计的调节器和蒸汽阀门的操纵机构应做到,在额定参数或规定的非正常工况下,即使甩去能达到的最大负荷的任何负荷,都不应引起能导致汽轮机跳闸的瞬时超速。为了达到这一目标,不同型式的汽轮机根据自身情况分别采用了甩负荷预测(LDA)、功率-负荷不平衡(PLU)或负荷瞬时中断(KU)等防超速控制功能,实现在甩负荷的瞬间,所有调节阀快关,从而抑制汽轮机转速的飞升。
需要指出的是,上述各功能是通过汽轮机调节阀快关实现的,它们是否能达到抑制转速飞升的目的,还取决于各调节阀快关过程的时间,为此,行业标准《汽轮机电液调节系统性能验收导则》(DL/T 824- 2002)根据机组容量的大小对汽轮机高、中压调节阀的快关时间要求给出了相关建议:高、中压调节阀油动机动作过程时间t为动作延迟时间t1和关闭时间t2之和,快速关闭动作过程时间建议值为:100MW及以下机组,小于0.6s;100MW~200MW机组,小于0.5s;200MW以上机组,小于0.3s。不同型式的汽轮机的调节阀通过快关电磁阀或超速控制(OPC)电磁阀动作,使油动机快速泄油,实现各自的快速关闭[1]。
从多台机组实际情况看,汽轮机调节阀快关时间满足上述要求时,机组外部电网故障或甩负荷时,LDA功能、KU功能或PLU功能正常启动的情况下,汽轮机的转速飞升一般均能控制在3300r/min以下。但从实际情况看,因不同的原因,机组甩负荷时上述功能没有正常启动、调节阀没有快速关闭、汽轮机的转速只能靠转速调节回路进行控制的情况偶有发生[2,3],此时完全依靠调节阀的正常关闭来首先抑制汽轮机的转速飞升,调节阀的正常关闭时间就显得尤为重要。但遗憾的是,到目前为止,相关标准中仍未看到对汽轮机调节阀正常开关时间的具体要求。
1 汽轮机调节阀正常开关时间的影响因素
一般说来,在无外界人为速率限制的情况下,汽轮机调节阀正常开关时间受以下几方面的影响较为明显:(1)调节阀油动机的时间常数,它表示在油口开度最大时,油动机活塞在最大油量下走完工作行程所需的时间,它综合反映了油动机的滞后时间和关闭时间,一般在0.1~0.3s左右;(2)伺服阀的特性参数,其中额定流量、零偏、内漏等特性均会对调节阀的开关时间有显著影响;(3)汽轮机电液控制(DEH)系统伺服卡的控制参数设定,其中影响较大的为比例常数与积分时间;(4)控制油的压力与温度,其中压力会影响到伺服阀的流量,进而影响到调节阀的开关速度;压力过低时,调节阀可能无法开启。
工程经验表明,上述因素中,伺服阀的特性参数与DEH系统伺服卡控制参数的设定对汽轮机调节阀开关时间的影响最大。表1是几台典型汽轮机调节阀开关时间的实际测量结果。
表1可见,不同汽轮机调节阀正常的开关时间差异很大,即使同一台汽轮机,高调阀与中调阀之间也会存在着较大的差别。机组正常运行时,这种开关时间的差异会造成汽轮机功率响应快慢的差别,但异常工况时,调节阀关闭时间过长,就极可能导致汽轮机超速。
调节阀关闭时间与转速飞升之间的关系
就同一只汽轮机调节阀而言,其正常开关时间基本一致,并且实际工程中,从抑制汽轮机转子飞升的角度,调节阀关闭时间更值得研究。正如前所述,在防超速控制功能失效的情况下,调节阀的正常关闭时间决定了汽轮机转速飞升的最终值。上汽-西门子超超临界汽轮机厂家提供的说明书中明确要求调节阀的正常开关时间应在1.5~1.8s之间,但其它类型的汽轮机对此并没有具体要求。
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