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浅谈汽轮机阀门控制

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浅谈汽轮机阀门控制

叶茂顾晓华

（安徽铜陵发电有限公司热工机控班244012）

摘要：DEH系统的主要功能就是阀门的管理，本文通过对我厂所使用的300MW哈汽机组、

新华DEH控制系统的分析，简单描述阀门控制信号的形成原理及其过程。同时对单阀多阀

的切换及其切换的时间、单阀多阀切换时阀门的参数设置作个简单的介绍。

关键词：DEH，阀门管理，单阀，多阀

一、前言

现代发电厂组中汽轮机均采用数字电液控制系统即DEH进行控制，各进汽阀门是由电

信号控制、高压油动机驱动。其中进汽阀门的管理显然是DEH系统的重要功能，汽轮机从

开始的启动冲转到同期再到并网带负荷，都是通过控制汽轮机的阀门开度来实现，为了使管

理程序更为准确更为科学，我们就迫切需要很好地了解阀门控制过程当中指令的形成变换过

程，掌握阀门控制当中各个参数的整定调试方法；在此基础上去调整各参数使阀门的控制更

稳定，下面我就我厂新华DEH的基本情况作个简单的介绍。

二、DEH阀门控制方式

2.1阀门控制方式

DEH阀门控制方式可以分为两种：单阀控制和顺序阀控制，单阀控制即我们平常所说的

节流调节方式；顺序阀即我们平常说的喷嘴调节方式。在单阀控制方式下，所有阀门被当成

一个阀门来调节，所以各个阀门的开度是一致的，都处于调节状态。这样就不可避免的存在

很大的节流损失。新建机组在试运期间一般采取全周进汽的单阀运行方式，这种方式下汽缸、

转子加热很均匀，使得转子和定子的温差较小，有利于机组初期的磨合。另外在机组启动过

程中，也同样需要采用单阀控制，以便更好地给转子、定子加热，减少加热不均给机组造成

的损害。机组在正常运行中都采用顺序阀控制方式，在顺序阀门控制方式下，只有一个高压

调节阀进行流量调节，其余的阀门处于全开或全关位置，这样减少了节流损失，有利于提高

机组热效率。图1是单阀跟顺序阀方式下的热效率曲线，可见两者的效率在低负荷时差距好

大。

2.2单阀多阀的切换

平时机组每个星期都必须做一次汽门的活动实验，此时就需要在这两种控制方式之间进

行切换（因为平常都是顺序阀控制方式，新华DEH要求做实验时必须切到单阀）；它们之

间的切换是通过单阀多阀切换系数STRAN来实现的。单阀时STRAN=1，顺序阀时

图2切换系数逻辑图STRAN=0。当阀门控制方式进行切换时，通过让STRAN按设定的速率从1→0（或者从0

→1）来实现控制方式的切换。图2是新华DEH逻辑中切换系数的变化过程。最左边的模

块起切换时间的设定作用，图上显示是180，即说明是通过180次的计算累加来使STRAN

从0→1（或者从1→0）。具体的切换时间还要看本页的执行周期，如果本页的执行周期是1s，那么图示的STRAN切换时间就是180S，如果本页执行周期是500ms，即一秒钟执行两

次，那么STRAN的切换时间就变为了：1÷（2×1801）=90s。所以在确定了页的执行周期

的情况下，我们可以通过改变时间设定值的方法来改变单阀顺序阀的切换时间，即上图中的

数字180，我们可以根据机组的具体状况来修改。当然切换时间越长切换过程中扰动越小，

机组也越稳定。但是时间太长了，会受到省调考核（因为切换时一般都切掉CCS至就地控

制），所以应当综合考虑各方面的因素确定一个合适的切换时间，一般来说3分钟比较合适。

阀门切换时总的流量保持不变，在切换的过程当中总的流量=多阀指令*（1-STRAN）+单阀

指令*STRAN，只要阀门阀门修正系数比较准确的话，在其他参数不变的情况下多阀跟单阀

总的流量是一致的。所以在切换当中也无需投功率控制回路，因为切换前后功率偏差不大的，

但是由于许多阀门修正的不是很好，单阀多阀切换功率变化好大，那这时就需要投功率控制

来维持功率的稳定也即是流量的稳定。

三、阀门控制信号

在机组冲转阶段，程序根据实际转速与目标转速的偏差来控制阀门的开度，并网以后则

根据实际功率与目标功率的偏差来控制阀门的开度。无论是在转速控制阶段还是在带负荷

时，阀门管理程序接受的控制信号都是蒸汽流量信号。但是蒸汽流量信号不是直接去控制阀

门开度的，它还必须经过阀门特性转换、背压修正、阀门的比例偏置修正后才形成最终的阀

门开度指令。3.1阀门特性曲线

阀门管理程序流量转换成阀门开度指令，其中流量与阀门开度存在一定的对应关系，这

就是通常所说的阀门特性曲线，在新华DEH中采用折线函数来完成特性计算。图3是我厂300MW机组的阀门特性曲线。

阀门特性曲线是每个阀门的物理特性，由其阀门升程，通流尺寸等因素决定，对于同一

种类型的机组同一个生产厂家的话，由于设计相同，制造工艺相同所以他们所有阀门的流量

特性曲线都是差不多的。也就是说一台机组的所有高调门出厂时的特性曲线都是一样的。但

是机组长期运行之后由于某些阀门经常处于节流状态，造成了阀门的磨损。还有些阀门由于

实际的行程与设计的形成不一致。这些都导致了实际的阀门流量特性与原始的流量特性曲线

不一致，这时就需要去调整阀门的流量特性曲线。

开度100

80

60

40

20

020406080100

图3阀门流量特性曲线

表1阀门流量-开度

3.2背压修正函数

在低负荷工况下，流量和阀门开度成一一对应关系，但是随着负荷的增加，调节门后背

压也升高，同样的阀门开度其流量因为受背压影响将发生改变，因此阀门管理程序先按负荷

修正流量，修正成低负荷下的折算流量，这就是流量一流量系数曲线，最后根据折算流量按

流量一开度特性曲线转换成阀门开度。

流量指令060.01171747986100

背压修正

流量指令060.01171.42874.73280.68690.928122.025

表2300MW机组背压修正函数

流量指令068.8690.06100

背压修正

流量指令068.86103.28137.74

表3125MW机组背压修正函数流量开度

00

0.4911.03

60.32823.71

85.45629.451

90.48932.221

94.51237.228

97.53245.834

100100

背压修正函数由汽轮机厂提供，在平时的机组调试中不需要修改此函数。

3.3阀门流量比例偏置因子

在单阀控制方式时，流量指令直接去控制每个阀门，不需要进行比例偏置的修正。阀门

在顺序阀控制方式下阀门是一个一个按照设计的顺序逐次开启的，这就需要给每个阀门确定

一个偏置，以便阀门按照设计的顺序开启。

我们厂#4机组#1高调门和#2高调门是最先同时开启的，其余的四个高调门按顺序依次

开启。根据表2我们知道经背压修正后总的最大流量是122.025，那么分配到每个高调门的

流量就是122.025÷6=20.3375，即每个阀门承担的流量是20.3375。对于首先开启的两个门

来说他们是同时开启承担的流量是2×20.3375=40.675。流量为0时两个门都是关闭的，当

流量达到40.675时阀门全开，于是可列出下面式子：

解得K=2.4585B=0。

同理我们可以列出第三个开启的阀门的计算式子：

通过上面的式子我们可以解得：K=4.917B=-200。同理我们也可以求得余下的阀门的

比例便置，在此就不再一一计算。

过上面对新华DEH的分析我们知道，在单阀时流量信号经过背压修正后直接去阀门，然

后经流量-开度转化输出阀门指令。顺序阀时流量经过背压修正到各个阀门，经过各个阀门

的比例偏置修正，确定各个阀门的开启顺序再经过流量-开度修正输出阀门指令。

四、单阀多阀流量信号的探讨

从上面的分析我们可以看出新华DEH控制系统不论是在单阀还是在多阀控制方式下，到

阀门去的流量信号都是经过背压修正以后的。笔者认为在单阀控制方式下到阀门去的流量信

号不需要经过背压修正，可以直接用FDEM信号去控制。

图5单阀流量信号示意图

如上图所示，单阀时流量信号先经过背压修正，然后与最佳阀位系数相乘得到单阀流量

指令，我们知道最佳阀位常数是按背压修正算出来的：VLVPT1=025.122100=0.8195（以前面

300MW机组为例）看起来上面的逻辑图好像是对的。但是我们知道背压修正是个非线性的修

正，如果统统都是乘上最佳阀位系数来还原那肯定与原来信号有很大的偏差的。拿上面我们

300MW的数据举例来说当FDEM是50%流量时，经过背压修正以后还是50%，此时我们再乘上

最佳阀位系数后就得到40.975，它与原来的流量就有很大的差距了。我们还不如用未经修

正的流量信号来直接作为单阀时阀门的控制指令，见图6。

图6单阀流量指令

我们知道我们前面所讲的背压修正其实是考虑顺序阀时，随着负荷的增加调节门后背压

也升高，后开启的阀门同样的阀门开度其流量因为受背压影响将发生改变，为了减少这个的

影响才将高负荷时对应的流量折算成低负荷时对应的流量。而对于单阀来说就不需要这个背

压的修正，因为单阀时所有阀门当作一个阀门来控制，我们阀门的特性曲线就是考虑了背压

的影响而得到的曲线，如果我们还在前面进行背压得修正那相当于多做了一次背压修正那显

然是不准确的。下图7是我厂阀门单阀多阀切换前后的趋势图。

多阀控制

FDEM

GVFLOW

图7流量趋势图

从上图可以看出，顺序阀切换到单阀时切换后为了保持功率的稳定GVFLOW慢慢变成

了切换前FDEM的数值，所以我们可以看出如果直接用FDEM去作为单阀时的流量指令就

不存在GVFLOW大幅变化的现象了。

五、结束语

汽轮机数字电液调节系统中的阀门管理是一个重要的的环节，它直接关系到机组运行

的稳定跟效率的提高。我们必须熟悉阀门管理系统中的各参数的计算原理和计算方法才能更

好的确定各阀门的参数。从而使汽轮机控制更趋于精确和稳定。本文是根据作者的经验总结

出来的，难免有考虑不周、叙述欠妥之处，希望各位同仁不吝指教。

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汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响与控制

汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响与控制

汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响与控制

摘要：随着科学技术的全面发展，汽轮机阀门流量体系也逐步得到健全。在对电力系统进行初步维护的过程中，需要采用多种不同的方式让汽轮机的运转效率得到明显的提高。本文主要针对汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制策略进行分析，并提出了相应的优化措施。

关键词：汽轮机阀门；流量特性；电力系统；影响；控制

一、汽轮机阀门流量特性的分析

汽轮机的机组在处于顺阀的运行状态时，一般使用的都是喷嘴的配汽方式，通常来说，汽轮机设备的一级是调节级别，而调节级主要是由多个喷嘴组成的，当系统中的蒸汽经过了汽门装置之后，调节汽门装置会依次开启，蒸汽经过这些汽门之后最终到达调节级。一般情况下，调节级汽门与喷嘴组是相互匹配的，一个汽门搭配一个喷嘴组合。在一个汽轮机系统中，通常配备的喷嘴组数量为6组左右。如果系统的负荷较小。那么一般只会开启一个汽门，只有一个喷嘴组进行喷气，此时的喷汽量处于最小值。当系统的负荷逐渐增大，汽门的开启角度接近全开的时候，系统会开启第二级别的汽门，然后蒸汽进入到与第二级别喷嘴相互匹配的喷嘴组中，之后的蒸汽运行轨迹则可以以此类推。由此可见，当第一个汽门中的蒸汽流量达到最大的时候，其他汽门中的蒸汽流量就会趋于减少，这也是喷嘴配汽方式的主要特征。

汽轮机系统的喷嘴组装置之间隔有部分距离，在各个汽门组合全部开启的情况下，调节级的蒸汽流量仍然会受到部分阻碍，也就是说，即使汽轮机到达了最大的功率，蒸汽在流动化过程中还是会损失一部分，其他调节级的汽门直径通常会大于第一个汽门，因此蒸汽流动的余速不能被继续利用。通常情况下，调节级汽门匹配四个喷嘴组，当第一第二调节级汽门处于全面开启状态的时候，第三调节级的汽门处于半开启的状态，此时第四级别的汽门处于完全关闭的状态。

一般情况下，调节级汽门后方的环形空间是连通结构，各调节级的压力值是相同的，当两股初级压力值不同的蒸汽进入到汽门中时，逐渐流进第一压力级别。为了将这两股蒸汽均匀的融合在一起，通常会加大蒸汽室的容积。此时不会利用蒸汽的余速，以避免两股气流在混合的时候部位气流进入到第一压力级的汽门中，影响蒸汽流动的速度和效率。

汽轮机单阀顺阀控制

汽轮机单阀顺阀控制

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。 7;ZSeQ yC xfZ9 &g

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。 +

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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。 ' ! >t( Sa . ,( uoK{

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。 (sSMH6iCif 7cQHR M+1

汽轮机阀门流量特性对电力系统影响及其控制分析

汽轮机阀门流量特性对电力系统影响及其控制分析

汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制分析

摘要：对于整个电力系统产生稳定性因素的就是汽轮机阀门流量的特性，通过电网的建立以及相关的机械设备系统的模型，可以了解和研究关于汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响。通过详细的数学分析和研究发现，汽轮机阀门流量特性不稳定的时候，将会导致原动机周期的波动。 对于这种情况，要及时的调整并制定出新的汽轮机系统控制策略，新指定的策略必须要对于微分的控制器的进行合理的调节，这样对于系统的阻力有大幅度的增加。

关键词：汽轮机阀门流量特性?调速系统 控制策略

中图分类号：tk26 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2012）09（c）-0076-01

在当今发电厂里大多采用deh系统对汽轮机进行控制，擅长管理和控制各种汽阀门是deh系统中最优质的用途，在deh系统中必须将指令由流量转化为阀门的开度，所以流量和阀门的开度有着相当密切的关系，也就是阀门流量的特性曲线。若汽轮机阀门实际流量和原来流量特性曲线并没达到一致时，就会出现大的控制偏差。将会对整个机组的安全及变负荷的能力产生一定的影响，最为严重的是使系统发生强烈的振荡，发生这样的现象对于正在高速运转的汽轮机来说是很不安全的。而事实上，因为制作安装的工艺都不一致、阀门长期的磨损，甚至是阀门设计行程和实际行程不一样，这些原因都可以使阀门流量和原来流量的特性曲线不一样，这就要去对阀门流量的特性曲线进行调整，使得汽轮机运行自身的稳定性和经济性有一定的提高和发展。

1 汽轮机阀门流量特性的分析

汽轮机流通部分根据经济功率而设计的，机组用喷嘴配汽的方式进行顺阀的运行，汽轮机第一级为调节级，调节级为喷嘴组，当蒸汽经过主汽门以后才可以开启汽门慢慢的通向调节级。所以说，嘴配汽的特点就是部分负荷的时候自身的经济性能比较好较好。因为各个喷嘴之间都会存在一定的间壁，各个调节的汽门已开还是会有一部分进汽，即使在最大的功率下进行调节级还是会损失。假设调节级为四个喷嘴组，将一、二调节汽门打开。

汽机阀门特性及控制知识

汽机阀门特性及控制知识

大唐三门峡发电有限公司设备部 学习、怀疑、思考、交流、受益

三人行必有我师焉！ 仅供参考，期待您的意见！ 汽门（主汽门，调门） ................................................................................................................... 1

300MW汽轮机高压调节阀门波动的原因分析 ..................................................................... 1

前言 ................................................................................................................................... 1

1 DEH-ⅢA型系统工作原理 .......................................................................................... 2

2 可能引起调节阀门波动的原因 ................................................................................... 2

3 阀门特性曲线（电气凸轮） ....................................................................................... 2

4 阀门特性曲线不合适现象及处理 ............................................................................... 3