摘要：通過對月亮灣燃機(jī)電廠5號機(jī)在不同工況下起動過程轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)品質(zhì)差的現(xiàn)象進(jìn)行分析，找出了原因，并對控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后起動轉(zhuǎn)速得到正?？刂啤?br>深圳月亮灣燃機(jī)電廠vega206型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組由法國alstom公司引進(jìn)。汽輪機(jī)是法國rateautea-blissement公司制造，型號為tc363 fv140，單缸、沖動、純凝汽式。1992年9月投入運(yùn)行。
2002年2月由于控制系統(tǒng)老化，對其進(jìn)行了改造，改造中液壓系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測量裝置保留原設(shè)備，數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（deh）改用abb貝利公司symphony系統(tǒng)。汽輪機(jī)經(jīng)多次起動試驗(yàn)驗(yàn)證，起動轉(zhuǎn)速得到正常控制，取得較好的成效。
一、轉(zhuǎn)速晃動
該機(jī)組為每日起停的調(diào)峰機(jī)組。控制系統(tǒng)改造完成后，在汽輪機(jī)停機(jī)（1～12）h內(nèi)和停機(jī)48h以上重新起動時(shí)，轉(zhuǎn)速控制良好，初始沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速在200r/min以內(nèi)；當(dāng)達(dá)到300r/min初期，轉(zhuǎn)速晃動值在±5r/min以內(nèi)，穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速晃動在±1r/min以內(nèi)，這種運(yùn)行狀況稱為正常工況。在汽輪機(jī)停機(jī)（24～36）h重新起動時(shí)，沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速升至（400～500）r/min和升速到3000r/min定速時(shí)，轉(zhuǎn)速控制質(zhì)量較差，轉(zhuǎn)速晃動值達(dá)±20r/min，該運(yùn)行狀況稱為問題工況。
二、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)存在問題
該機(jī)組起動時(shí)采用兩個(gè)同步的主蒸汽調(diào)節(jié)閥（調(diào)門）進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路與其它典型汽輪機(jī)deh系統(tǒng)相似，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)邏輯框架如圖1所示。
當(dāng)汽輪機(jī)開始沖轉(zhuǎn)時(shí)，deh調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入，轉(zhuǎn)速設(shè)定值開始按給定斜率上升，但此時(shí)調(diào)節(jié)尚未打開，會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速設(shè)定值與測量值偏差。轉(zhuǎn)速比例積分微分調(diào)節(jié)算法（轉(zhuǎn)速pid）輸出逐步按計(jì)算結(jié)果上升，通過流量-升程曲線計(jì)算得到調(diào)門閥位命令輸出也逐步上升，然后通過伺服閥比例積分微分調(diào)節(jié)算法（伺服閥pid）計(jì)算命令輸出，使得調(diào)門逐步打開，汽輪機(jī)開始沖轉(zhuǎn)，通過pid調(diào)節(jié)，逐步達(dá)到與轉(zhuǎn)速設(shè)定值一致。
伺服閥指令輸出為電液伺服閥線圈偏移量，即為調(diào)門的啟閉速度。在本系統(tǒng)中，使用abb貝利公司的hss03電液驅(qū)動模件，配置fc55功能塊。fc55功能塊的輸出范圍為-112～112，其負(fù)值表示調(diào)門為關(guān)閉過程，正值表示調(diào)門為開啟過程，值越大，調(diào)門開或關(guān)的速度越快。
為確保調(diào)門關(guān)閉嚴(yán)密，機(jī)組在沖轉(zhuǎn)前通常使用伺服命令閥輸出為112。在閥位命令輸出從0開始增加時(shí)，伺服閥信號命令輸出才從112開始減小，直到減小到小于0之前，但實(shí)際調(diào)門閥位不會產(chǎn)生任何變化。在此期間，由于轉(zhuǎn)速設(shè)定值是按一定的斜率上升，而實(shí)際上調(diào)門卻未打開，轉(zhuǎn)速也未上升，造成轉(zhuǎn)速設(shè)定值與測量值的差值不斷加大，再加上轉(zhuǎn)速pid的積分效果，轉(zhuǎn)速pid回路的調(diào)門閥位命令輸出將迅速地加大。這樣，在汽輪機(jī)剛開始沖轉(zhuǎn)時(shí)，必然產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速擾動，出現(xiàn)較大的瞬間轉(zhuǎn)速，然后才逐步與設(shè)定值保持一致。
轉(zhuǎn)速設(shè)定值從按一定斜率上升速變?yōu)槎ㄋ?，因汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)升速過程所需要的蒸汽量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)速保持一定時(shí)所需要的蒸汽量，因此，在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升到3000r/min定速時(shí)，調(diào)門需要關(guān)小，而調(diào)門動作存在一定的遲滯，則對轉(zhuǎn)速造成一定的擾動。
一般來講，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，將伺服閥pid的比例常數(shù)設(shè)定為較大值，提高調(diào)門反應(yīng)的靈活性；并在接近3000r/min時(shí)，將轉(zhuǎn)速設(shè)定值升速斜率改為一個(gè)相對較小的值，采取這兩項(xiàng)措施能提高機(jī)組沖轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速控制水平。
三、原因分析
經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，該聯(lián)合循環(huán)的汽輪機(jī)在問題工況下起動時(shí)，轉(zhuǎn)速控制不穩(wěn)與汽輪機(jī)組調(diào)門的流量-升程曲線特點(diǎn)和調(diào)門的布置位置有關(guān)。
（1）根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，特別是在沖轉(zhuǎn)的初始升速階段和升速至定速時(shí)，deh系統(tǒng)對電液伺服閥發(fā)出的命令，在普通工況和問題工況下有些不同。在普通工況下沖轉(zhuǎn)初始升速階段，調(diào)門開度基本在0.5%，而在問題工況下為1.5%甚至更大。電液伺服閥的命令輸出在普通工況下基本為-20左右；而在問題工況下，輸出達(dá)到—45，此時(shí)，汽輪機(jī)已經(jīng)沖轉(zhuǎn)，甚至在調(diào)門已經(jīng)關(guān)嚴(yán)并不能再關(guān)閉的情況下，fc55的命令還要求調(diào)門繼續(xù)關(guān)閉。
（2）在沖轉(zhuǎn)前，普通工況和問題工況下的線性差動變送器（lvdt）反饋的調(diào)門初始狀態(tài)的閥位不同。在普通工況下調(diào)門閥位反饋信號基本在-0.4%～0%之間，而在問題工況下為0.4%～0.5%。
（3）比較本機(jī)組與其它機(jī)組的調(diào)門流量-升程曲線發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)組調(diào)門位于小開度時(shí)，可通過較大的流量，相對其它機(jī)組流量偏大，且該調(diào)門不象其它機(jī)組調(diào)門在開度小于1%以下時(shí)，存在一個(gè)流量為0的流量死區(qū)。該調(diào)門只要實(shí)際閥位有一定開度，就有一定的蒸汽量通過。本機(jī)組按400r/min的升速率加速時(shí)，調(diào)門開度僅需在1%～1.5%，在3000r/min定速時(shí)的調(diào)門開度要小于1%。本汽輪機(jī)組調(diào)門的流量-升程曲線和一臺某型汽輪機(jī)組調(diào)門流量-升程曲線比較如圖2所示。
在問題工況下，由于調(diào)門初始閥位反饋值已經(jīng)在0.4%，故機(jī)組沖轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)門閥位命令輸出須達(dá)到0.4%之后，伺服閥的命令輸出才從112開始減小，從而使得遲滯時(shí)間延長，沖轉(zhuǎn)時(shí)的過沖量增大，沖轉(zhuǎn)初始階段的擾動也相應(yīng)加大。更嚴(yán)重的是，一旦實(shí)際轉(zhuǎn)速超過設(shè)定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速pid的命令輸出將迅速下降，在擾動較大的情況下，閥位命令輸出達(dá)到流量-升程曲線的下限值0。此時(shí)，增加調(diào)門開度在0.4%時(shí)實(shí)際已經(jīng)關(guān)嚴(yán)，無法繼續(xù)關(guān)閉，故伺服閥pid命令輸出將增加，而不是保持在0附近。一旦實(shí)際轉(zhuǎn)速偏低，雖然轉(zhuǎn)速pid的命令輸出開始上升，而伺服閥pid命令輸出無法隨之迅速上升，會產(chǎn)生一定的遲滯，造成伺服閥命令輸出開始上升時(shí)，上升過快又造成調(diào)門開度過大。因此，在沖轉(zhuǎn)時(shí)就出現(xiàn)調(diào)門時(shí)而過開、時(shí)而又*關(guān)閉使轉(zhuǎn)速發(fā)生較大幅度波動的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象，在轉(zhuǎn)速升到3000r/min定速時(shí)，由于升速率變化的擾動也存在。
如果調(diào)門開度小于1%時(shí)，因存在流量死區(qū)則不會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速較大幅度波動的現(xiàn)象。因?yàn)榻?jīng)過流量-升程曲線計(jì)算之后的輸出zui小值在1%附近，不會因沖轉(zhuǎn)初始升速階段lvdt反饋位置的偏差出現(xiàn)調(diào)節(jié)遲滯的現(xiàn)象。
在不同工況下沖轉(zhuǎn)前存在lvdt反饋值偏差達(dá)到1%左右的原因分析中，排除了lvdt性能不穩(wěn)定，安裝固定不好等其它因素?；菊J(rèn)定lvdt的反饋值偏差是由于調(diào)門閥體和閥桿的脹縮不一致造成。本機(jī)組主蒸汽調(diào)節(jié)閥的布置如圖3所示。
本機(jī)組的調(diào)門lvdt一端固定在油動機(jī)的外殼上，另一端固定在閥桿的中部，而調(diào)門布置在汽輪機(jī)缸體的側(cè)面，閥體和汽缸體直接連接。機(jī)組停運(yùn)后，調(diào)門的閥體散熱較慢，而油動機(jī)散熱較快，在停機(jī)（0～12）h內(nèi)起動時(shí)，閥體和油動機(jī)溫差不大，lvdt指示不會出現(xiàn)正的偏差；停機(jī)（24～36）h內(nèi)重新起動時(shí)，因油動機(jī)溫度已下降較多，在調(diào)門仍然嚴(yán)密關(guān)閉的情況下，lvdt兩端距離縮小，指示就出現(xiàn)上述正的偏差；在停機(jī)48h以上，調(diào)門的閥體散熱較充分，被其包裹的閥桿下部也冷卻縮短，從而lvdt兩端的距離有所伸長，使lvdt指示的正偏差有所減小，轉(zhuǎn)速得到較正?？刂啤?br>四、處理措施
在問題工況下，本機(jī)組起動過程中發(fā)生轉(zhuǎn)速晃動的根本原因是由于調(diào)門閥體和閥桿受溫度影響，脹縮不一致所致。
為了使改進(jìn)措施簡單易行，采取從控制邏輯方面進(jìn)行改進(jìn)，即對汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)記憶沖轉(zhuǎn)前l(fā)vdt反饋的調(diào)門開度，在流量-升程曲線上作相應(yīng)的平移修正，這樣可使每次起動時(shí)流量- 升程曲線都和調(diào)門當(dāng)前的實(shí)際開度相符合。
控制邏輯系統(tǒng)采用上述改進(jìn)措施后，經(jīng)多次停機(jī)（12～24）h后起動工況的驗(yàn)證，效果良好。