技术领域本发明涉及一种过载补汽节流配汽汽轮机流量特性试验方法，属汽轮发电机组运行技术领域。
背景技术：
近年来，以外高桥三期为代表的第二代节流配汽超(超)临界汽轮机组在我国电力市场大量投产。根据西门子和阿尔斯通等公司的设计特点,第二代节流配汽汽轮机组首次采用了过载补汽技术。过载补汽技术是从某一工况开始从主汽阀后、主调节汽阀前引出一股新蒸汽(进汽量的5％～10％),经过载补汽阀节流后低参数(蒸汽温度约降低30℃)进入高压缸某级动叶后汽室,与主流蒸汽混合后在以后各级继续膨胀做功的一种措施。在实际运行过程中，总体而言，该类型机组在电力生产过程中具有较为理想的变工况热经济性和运行灵活性；但也暴露出汽轮机配汽函数偏离于实际流量特性，过载补汽阀与主调节阀之间未设置重叠度等设备缺陷及隐患。有别于喷嘴配汽汽轮机组和第一代无过载补汽节流配汽汽轮机组流量特性试验，第二代过载补汽节流配汽汽轮机流量特性试验有着自身的特点，特别是在其进汽流量的数学表征、“过载补汽流量——发电机功率”数值关系非线性及过载补汽阀重叠度设置等方面的差异尤为突出。截止当前，业内尚无一种完善、成熟、标准化的过载补汽节流配汽汽轮机组流量特性试验方法。因此，如何进行过载补汽节流配汽汽轮机组流量特性现场整定，消除设备缺陷及隐患，是生产现场亟待解决的迫切问题。
技术实现要素：
本发明的目的是，为实现汽轮机进汽流量的精确控制，本发明提供一种过载补汽节流配汽汽轮机流量特性试验方法。本发明的技术方案是，在初参数一定且去除调节阀重叠度状态下，进行汽轮机流量特性试验；联立高压缸第二级组的弗留格尔公式及1号高压加热器的热交换公式，构建汽轮机组的进汽流量数学表征方程；通过无重叠度状态下的“汽轮机进汽流量——主调节阀阀位指令及过载补汽阀阀位指令”直接数值映射和过载补汽阀阀位指令的功率修正，获取无重叠度配汽函数；通过设定“每单位进汽流量指令增幅下的调门开度限幅”和数值量化“主调节阀节流损失对于汽轮机组热耗的影响程度”双重手段进行调节阀重叠度精细化整定，进而得到与汽轮机实际流量特性相符的有重叠度配汽函数，实现汽轮机进汽流量的精确控制，以提升电站和电网的运行经济性和安全性。所述过载补汽阀阀位指令的功率修正是针对“过载补汽流量——发电机功率”数值关系非线性，依据过载补汽阀开启后的单位汽轮机进汽流量增长幅度下的发电机功率增量，对过载补汽阀阀位指令进行相应的修正。本发明一种过载补汽节流配汽汽轮机流量特性试验方法，包括以下步骤：步骤1：现场试验，汽轮机流量特性试验项目需完成初参数一定且去除调节阀重叠度状态下的相关数据测试；试验前，机组退出自动发电控制系统(AGC)及DCS/DEH一次调频，以避免受电网频率波动的干扰；由运行人员将机组负荷升至90％额定负荷左右，并将主调节阀及过载补汽阀全部滑开，待参数稳定后，以当前主蒸汽压力/温度作为试验初始值。试验时，退出协调控制系统(CCS)自动，锅炉主控及汽机主控均置手动。炉侧按一定速率手动减少负荷指令(或总煤量)，机侧视机前主汽压力变化，手动减小总阀位指令(或流量指令)，直至主调节阀阀位指令减小至40％左右(最小阀位指令应确保主调节阀进入其流量线性区域)。试验过程中，锅炉入炉煤种稳定，且需通过机炉手动配合，以维持主蒸汽压力、主蒸汽温度维持在试验初始值附近(尽量做到主蒸汽压力不偏离初始值±0.2MPa、主蒸汽温度不偏离初始值±5℃)。试验过程中，需覆盖主调节阀开度100％～40％阀位指令及过载补汽阀100％～0％阀位指令的测试；需记录的试验参数有发电机功率、主蒸汽参数、一段抽汽参数、高压缸排汽参数、1号高加进/出/疏水温度、总阀位指令及主调节阀/过载补汽阀阀位指令等。由于试验过程中，主蒸汽参数难免有所波动，因此，有必要对试验数据进行归一修正。以试验主蒸汽压力与主蒸汽温度的平均值为归一基准值，将不同总阀位指令下的主蒸汽压力试验值与一段抽汽压力、高压缸排汽压力试验值分别代入式(1)，逐一计算得到一段抽汽压力、高压缸排汽压力的修正值；按固定阀位下级组效率近似不变为准则，相应逐一修正一段抽汽温度和高压缸排汽温度，整理得到若干组配汽计算所需的一段抽汽参数、高压缸排汽参数、总阀位指令及各主调节阀补汽阀阀位指令等相关参数。p1*=p1p*p‾]]>或p2*=p2p*p‾]]>式(1)式中：p为主蒸汽压力试验值；为主蒸汽压力平均值；分别为一段抽汽压力和高压缸排汽压力的修正值。步骤2：联立高压缸第二级组的弗留格尔公式及1号高压加热器的热交换公式，构建该类型机组的进汽流量数学表征方程；以VWO工况数据为基准值，得出汽轮机组的进汽流量标幺值；汽轮机流量特性配汽计算的精确度离不开进汽流量的准确表征。有别于喷嘴配汽汽轮机组和第一代无过载补汽节流配汽汽轮机组，第二代过载补汽节流配汽汽轮机组进汽流量的数学表征有其特殊之处。过载补汽节流配汽汽轮机组不设专门的调节级，全周进汽，第一级为面积不变的压力级，主调节阀后的第一级级前压力即为汽轮机通流部分的入口压力。过载补汽阀的补汽口布置在高压缸第一级级后，第五或第六级级前。对于第一级级前压力与汽轮机进汽流量，在过载补汽阀开启之前，满足弗留格尔公式的应用条件；但在过载补汽阀开启之后，不再满足弗留格尔公式的应用条件；同时，某些机组未在高压缸过载补汽口处(第五或第六级级前)布置热工测点。因此，需要合理利用现场已有监视段热工测点，以高压缸第二级组(一段抽汽至高压缸排汽)和1号高加为研究对象，联立式(2)—式(6)，来实现汽轮机进汽流量的间接表征。首先，以VWO工况下的一段抽汽后通流流量为基准值，依据式(2)得到变工况下的一段抽汽后通流流量的相对值。G1G10=p12-p22(p102-p202)*p20ν20p2ν2]]>式(2)式中：G1、G10分别为汽轮机变工况和VWO工况下的一段抽汽后通流流量；p1、p10为汽轮机变工况和VWO工况下的一段抽汽压力；p2、p20为汽轮机变工况和VWO工况下的高压缸排汽压力；ν2、ν20为汽轮机变工况和VWO工况下的高压缸排汽比容。其次，如图1所示，建立1号高加热平衡方程，得到一段抽汽系数α；进而，联立式(3)—式(5)计算得到汽轮机进汽流量相较一段抽汽后通流流量的相对值。α=(Hcs-Hjs)(H1-Hss)]]>式(3)G＝αG+G1式(4)G=G1(1-α)]]>式(5)最终，依据式(6)，可计算得到变工况下的进汽流量相较VWO工况下的进汽流量的标幺值。GG0=G1G10*(1-α01-α)]]>式(6)为验证联立式(2)—式(6)，构建汽轮机进汽流量数学表征方程的准确性，以制造厂设计参数验算如表1所示。表1设计工况验算表参数名称单位VWO工况TMCL工况THA工况85％工况75％工况50％工况发电机功率MW665640600510450300设计进汽流量kg/s545.55519.56475.58393.82342.70222.63设计汽耗率kg/(kW.h)2.952.922.852.782.742.67一段抽汽流量kg/s37.9935.2730.8123.4619.2310.47一段抽汽后级流量设计值kg/s507.56484.29444.77370.36323.47212.16主蒸汽压力MPa24.2024.2024.2020.5418.0211.94主蒸汽温度℃566.00566.00566.00566.00566.00566.00一段抽汽压力MPa7.927.556.905.825.143.44一段抽汽温度℃392.30385.00369.50370.40372.70379.10高压缸排汽压力MPa5.355.124.723.983.502.34高压缸排汽度℃338.10332.10319.30320.40322.80329.401号高加出水温度℃293.89290.57284.51273.38265.40241.601号高加进水温度℃266.24263.46258.47248.22240.83218.961号高加疏水温度℃271.84269.06264.07253.82246.43224.56一段抽汽系数6.966.796.485.965.614.70一段抽汽后级流量相对值％100.0095.4287.5673.0763.9042.01一段抽汽后级流量计算值kg/s507.56484.29444.43370.88324.35213.21进汽流量相对值％106.96102.2094.0479.0369.5246.71进汽流量计算值kg/s545.55519.56475.21394.37343.64223.73进汽流量相对误差％0.000.00-0.080.140.270.50由表1可以看出，联立式(2)—式(6)得到的汽轮机进汽流量计算值与制造厂设计值偏差小于1％，满足汽轮机流量特性工程计算的要求。步骤3：无重叠度配汽函数计算，依据去除调节阀重叠度状态下的试验数据，由所述步骤2可整理得出“以VWO工况数据为基准值的汽轮机进汽流量标幺值——主调节阀阀位指令及过载补汽阀阀位指令”的数值对应关系；依据过载补汽阀开启后的单位汽轮机进汽流量增长幅度下的发电机功率增量，对过载补汽阀阀位指令进行相应的修正；将“汽轮机进汽流量标幺值”等同为“总阀位指令/流量指令”，即可得到该类型汽轮机组的无重叠度配汽函数。无重叠度配汽函数计算步骤如下：(1)依据去除调节阀重叠度状态下的试验数据，由所述步骤2可整理得出“以VWO工况数据为基准值的汽轮机进汽流量标幺值——主调节阀阀位指令及过载补汽阀阀位指令”的数值对应关系；(2)相对效率较高的第一级全周进汽汽流而言，过载补汽汽流是一股低效率的流程，其单位流量增长幅度下的发电机功率增量同比低于单位第一级全周进汽汽流流量增长幅度下的发电机功率增量。同时，受过载补汽的排挤作用，在汽轮机进汽流量增长的情况下，第一级全周进汽汽流占比会减小得比较快。汽轮机流量特性试验不仅是为了实现汽轮机进汽流量的精确控制，更为了实现发电机功率的精确控制；因此，应依据过载补汽阀开启后的单位汽轮机进汽流量增长幅度下的发电机功率增量，对过载补汽阀阀位指令进行相应的修正；即将(1)得到的主调节阀完全开启、过载补汽阀尚处于关闭状态之后的“汽轮机进汽流量标幺值——过载补汽阀阀位指令”的数值对应关系，按现场试验数据采集到的“汽轮机进汽流量标幺值——发电机功率标幺值”进行数值映射，对过载补汽阀阀位指令进行相应的修正。(3)将经(2)修正后的“汽轮机进汽流量标幺值”等同为“总阀位指令/流量指令”，即可得到该类型汽轮机组的无重叠度配汽函数。步骤4：调节阀重叠度精细化整定。去除调节阀重叠度状态下维持机组负荷不变，以0.1MPa/min为步率，连续变化主蒸汽压力，主调节阀及过载补汽阀阀位开度随之发生变化，在主调节阀和过载补汽阀前/后衔接区间内，实测随阀门开度变化下的高压缸有效焓降的变化趋势，并数值量化调节阀节流损失对于汽轮机组热耗的影响程度；随后，以“每单位进汽流量指令增/减1％，单个阀门开度指令变化不超5％”为安全原则，并依照调节阀节流损失对于机组热耗的影响程度，通过主调节阀和过载补汽阀的流量特性的反向映射(实施过程中，应当维持调节阀重叠区域的流量特性的线性平滑)，得到有重叠度配汽函数。本发明的有益效果是，本发明基于汽轮机原理，对过载补汽节流配汽汽轮机流量特性试验原理、步骤、要点以及调节阀重叠度设定依据进行了分析和总结，提出的一种过载补汽节流配汽汽轮机流量特性试验方法，实现了过载补汽节流配汽汽轮机组流量特性的现场整定，消除设备缺陷及隐患。本发明也为过载补汽节流配汽机组流量特性整定工作以及配汽端运行方式综合优化控制提供理论参考依据，实践指导意义突出。附图说明图1为高压缸示意图；图1中：G为汽轮机进汽流量；G1为一段抽汽后级流量；α为1号高加抽汽系数；H1为一段抽汽焓；Hjs为1号高加进水焓；Hcs为1号高加出水焓；Hss为1号高加疏水焓；图2为本发明的具体实施方式中,某厂2号汽轮机组应用本发明得到的主调节阀阀位指令与机组热耗率关系曲线；图3为本发明的具体实施方式中,某厂2号汽轮机组应用本发明得到的汽轮机流量特性及配汽曲线；图3中，a为设计配汽函数流量特性曲线；b为流量特性应达基准线；c为主调节阀设计配汽曲线；d为补汽阀设计配汽曲线；e为修正重叠度主调节阀配汽曲线；f为修正重叠度补汽阀配汽曲线；g为无重叠度主调节阀配汽曲线；h为无重叠度补汽阀配汽曲线。具体实施方式本发明实施例一种过载补汽节流配汽汽轮机流量特性试验方法，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述：某电厂2号汽轮机为北重阿尔斯通(北京)电气装备有限公司制造的N600-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压凝汽式汽轮机。该汽轮机配汽机构采用节流配汽方式，高压缸采用单流程设计，共布置20个压力级；不设专门的调节级，全周进汽，第一级为面积不变的压力级，高调门后的第一级级前压力即为汽轮机的进汽压力。为避免因调频功能过多增加主调节阀的进汽节流损失并提高额定及部分负荷下的运行经济性，2号汽轮机增设了两个过载补汽阀，补汽口布置在高压缸第五级级前]，一段抽汽口布置在高压缸第十五级级后。该机组阀控方式首先同步开启主调节阀，然后再开启过载补汽阀，制造厂未设置调节阀重叠度。自江西电网严格“两个细则”监管以来，由于该机组的配汽函数偏离于汽轮机的实际流量特性，尤其是过载补汽阀与主调节阀之间未设置必要的重叠度，因而，使得该机组的AGC及一次调频特性均难以满足电网调频需求，连续受到调度考核，给机组与电网正常运行带来安全隐患。因此，有必要对该机组的流量特性与重叠度重新进行现场整定，实现汽轮机组进汽流量的精确控制。步骤1：现场试验。现场流量特性试验需进行初参数一定且去除调节阀重叠度状态下的相关数据测试及数据整理。试验前，机组退出自动发电控制系统(AGC)及DCS/DEH一次调频，以避免受电网频率波动的干扰；由运行人员将机组负荷升至90％额定负荷左右，并将主调节阀及过载补汽阀全部滑开，待参数稳定后，以当前主蒸汽压力/温度作为试验初始值。试验时，退出协调控制系统(CCS)自动，锅炉主控及汽机主控均置手动。炉侧按一定速率手动减少负荷指令(或总煤量)，机侧视机前主汽压力变化，手动减小总阀位指令(或流量指令)，直至主调节阀阀位指令减小至45％左右。试验过程中，锅炉入炉煤种稳定，且需通过机炉手动配合，以维持主蒸汽压力、主蒸汽温度维持在试验初始值附近(尽量做到主蒸汽压力不偏离初始值±0.2MPa、主蒸汽温度不偏离初始值±5℃)。记录的试验参数有发电机功率、主蒸汽参数、一段抽汽参数、高压缸排汽参数、1号高加进/出/疏水温度、总阀位指令及主调节阀/过载补汽阀阀位指令等。以试验主蒸汽压力与主蒸汽温度的平均值为归一基准值，将不同总阀位指令下的主蒸汽压力试验值与一段抽汽压力、高压缸排汽压力试验值分别代入式(1)，逐一计算得到一段抽汽压力、高压缸排汽压力的修正值；按固定阀位下级组效率近似不变为准则，相应逐一修正一段抽汽温度和高压缸排汽温度，整理得到若干组配汽计算所需的一段抽汽参数、高压缸排汽参数、总阀位指令及各主调节阀补汽阀阀位指令等相关参数。步骤2：由于该机组未在高压缸过载补汽口处布置热工测点，故须联立式(2)—式(6)，构建该类型机组的进汽流量数学表征方程；以VWO工况数据为基准值，得出汽轮机组的进汽流量标幺值。步骤3：无重叠度配汽函数计算。3.1依据去除调节阀重叠度状态下的试验数据，由所述步骤2可整理得出“以VWO工况数据为基准值的汽轮机进汽流量标幺值——主调节阀阀位指令及过载补汽阀阀位指令”的数值对应关系；3.2将3.1得到的主调节阀完全开启、过载补汽阀尚处于关闭状态之后的“汽轮机进汽流量标幺值——过载补汽阀阀位指令”的数值对应关系，按现场试验数据采集到的“汽轮机进汽流量标幺值——发电机功率标幺值”进行数值映射，对过载补汽阀阀位指令进行相应的修正。3.3将经3.2修正后的“汽轮机进汽流量标幺值”等同为“总阀位指令/流量指令”，即可得到该类型汽轮机组的无重叠度配汽函数。步骤4：调节阀重叠度精细化整定。去除调节阀重叠度状态下维持机组负荷不变，以0.1MPa/min为步率，连续变化主蒸汽压力，主调节阀及过载补汽阀阀位开度随之发生变化，在主调节阀和过载补汽阀前/后衔接区间内，实测随阀门开度变化下的高压缸有效焓降的变化趋势，并数值量化调节阀节流损失对于汽轮机组热耗的影响程度；随后，以“每单位进汽流量指令增/减1％，单个阀门开度指令变化不超5％”为安全原则，并依照调节阀节流损失对于机组热耗的影响程度，通过主调节阀和过载补汽阀的流量特性的反向映射(实施过程中，应当维持调节阀重叠区域的流量特性的线性平滑)，得到有重叠度配汽函数。图2所示为本发明的具体实施方式中,某厂2号汽轮机组应用本发明得到的主调节阀阀位指令与机组热耗率关系曲线；图3所示为本发明的具体实施方式中,某厂2号汽轮机组应用本发明得到的汽轮机流量特性及配汽曲线。依据图2所得数值量化后的主调节阀节流损失对于汽轮机组热耗的影响程度，再结合设定“每单位进汽流量指令增幅下的调门开度限幅不大于5％”，得出如图3中曲线e和f所示的汽轮机配汽函数。整定后的配汽函数遵循该汽轮机的实际流量特性，进汽流量调节品质较整定前有明显改善。