田軍讓

(江蘇國(guó)信靖江發(fā)電有限公司，江蘇 靖江 214513)

0 引言

江蘇國(guó)信靖江發(fā)電有限公司一期工程建設(shè)2臺(tái)660MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)西門子技術(shù)生產(chǎn)的高中壓分缸HMN型模塊機(jī)，汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用西門子公司的數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(SPPA－R3000型)。通過汽輪機(jī)子組可自動(dòng)完成汽輪機(jī)掛閘、沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)、負(fù)荷控制和危急遮斷等功能。

1 汽輪機(jī)子組應(yīng)用

1．1 汽輪機(jī)應(yīng)力控制

汽輪機(jī)控制中設(shè)有汽輪機(jī)應(yīng)力控制器，通過控制裕度來間接控制汽輪機(jī)受熱情況，同時(shí)兼顧啟動(dòng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。汽輪機(jī)應(yīng)力控制模式有3種方式可以選擇:慢速、正常、快速。選擇的控制方式不同，裕度控制范圍也發(fā)生變化:慢速即裕度控制的范圍小，暖機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，啟動(dòng)時(shí)間也長(zhǎng)，相對(duì)經(jīng)濟(jì)性差;相反，選擇快速能使溫度裕度控制范圍大，暖機(jī)時(shí)間短，啟動(dòng)快，經(jīng)濟(jì)性好，但汽輪機(jī)的使用壽命會(huì)因加熱過快而縮短。選擇哪種方式，主要由運(yùn)行操作人員依據(jù)實(shí)際情況手動(dòng)選擇。

1．2 自動(dòng)判斷汽輪機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)

西門子汽輪機(jī)子組可自動(dòng)判斷出汽輪機(jī)的冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)和極熱態(tài)，可依據(jù)汽輪機(jī)所處的狀態(tài)對(duì)汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)需滿足的參數(shù)、暖機(jī)時(shí)間等做出具體要求。汽輪機(jī)狀態(tài)判斷是以高壓轉(zhuǎn)子溫度來區(qū)分的，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子溫度無法直接測(cè)量，而是根據(jù)高壓內(nèi)缸100%溫度測(cè)點(diǎn)來計(jì)算高壓轉(zhuǎn)子溫度，若軸溫度高于400℃，則認(rèn)為是熱態(tài)啟動(dòng)，要求主蒸汽質(zhì)量流量大于108 kg/s，否則要求主蒸汽質(zhì)量流量大于72 kg/s即可。

1．3 自動(dòng)選擇汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)

西門子HMN型660MW汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)主、再熱汽溫的要求，主要是由汽輪機(jī)主、再熱蒸汽溫度的保護(hù)來決定的，高壓轉(zhuǎn)子的軸溫對(duì)應(yīng)不同的主、再熱蒸汽溫度保護(hù)值，如圖1所示。

圖1 主、再熱蒸汽溫度變量保護(hù)

主、再熱蒸汽溫度低定值保護(hù)均為370℃。高保護(hù)值為定－變－定，即:軸溫低于100℃時(shí)，汽溫高保護(hù)值為450℃;軸溫高于295℃時(shí)，汽溫高保護(hù)值為620℃;軸溫為100～295℃時(shí)，汽溫高保護(hù)值在450～620℃呈線性變化。

(1)汽輪機(jī)由盤車轉(zhuǎn)速升速至暖機(jī)轉(zhuǎn)速(360 r/min)前，要求主、再熱汽溫都高于380℃，過熱度大于30K，X4，X5，X6準(zhǔn)則滿足。

(2)汽輪機(jī)由暖機(jī)轉(zhuǎn)速升至3 015 r/min前，要求主、再熱汽溫都高于380℃，X7A，X7B準(zhǔn)則滿足。

(3)汽輪機(jī)定速，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前，要求2個(gè)高壓主蒸汽門前主蒸汽溫度都高于440℃，X8準(zhǔn)則滿足。

機(jī)組在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，要求主、再熱汽溫為380～450℃，對(duì)汽溫控制提出較高的要求。在實(shí)際應(yīng)用中若能嚴(yán)格按汽輪機(jī)子組每一步序中的等待時(shí)間、參數(shù)要求來執(zhí)行，機(jī)組啟動(dòng)的每個(gè)環(huán)節(jié)都是安全的。

1．4 X準(zhǔn)則的應(yīng)用

1．4．1 X1，X2開始暖閥、暖管準(zhǔn)則

(1)X1準(zhǔn)則:tms＞tmmsv/mcv+X1，主蒸汽溫度應(yīng)高于主蒸汽門/調(diào)閥閥體初始溫度一定值，以防冷卻閥體。

(2)X2準(zhǔn)則:tmsats＜tmmcv+X2，主蒸汽飽和溫度應(yīng)比由調(diào)節(jié)閥算出的界限曲線數(shù)值低一定值，在初始加熱階段(凝結(jié)放熱)，可防止高壓閥體因熱應(yīng)力大(加熱過快)而損壞閥體。1．4．2 X4，X5，X6沖轉(zhuǎn)準(zhǔn)則

(1)X4準(zhǔn)則:tms＞tmsats+X4，主蒸汽溫度應(yīng)比相同壓力下的飽和溫度高一定值，以防濕蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)。

(2)X5準(zhǔn)則:tms＞tmHPS/HPC+X5，主蒸汽溫度應(yīng)高于汽輪機(jī)部件(高壓軸 /高壓外缸)溫度一定值，以防冷卻高壓缸。

(3)X6準(zhǔn)則:tRHT＞tmEPS+X6，再熱蒸汽溫度應(yīng)比中壓軸溫高一定值，以防冷卻中壓缸。1．4．3 X7升速準(zhǔn)則

(1)X7A準(zhǔn)則:tms＜tmHPS+X7A，主蒸汽溫度應(yīng)低于高壓軸50%測(cè)點(diǎn)溫度曲線數(shù)值一定值，以防高壓軸加熱過快。

(2)X7B準(zhǔn)則:tms＜tmIPS+X7B，主蒸汽溫度應(yīng)低于中壓軸50%測(cè)點(diǎn)溫度曲線數(shù)值一定值，以防中壓軸加熱過快。

1．4．4 X8帶負(fù)荷準(zhǔn)則

tRHT＜tmIPS+X8，再熱蒸汽溫度應(yīng)比中壓軸溫度計(jì)算界限值曲線數(shù)值低一定值，以防中壓軸超溫。1．4．5 X9高壓缸再帶負(fù)荷準(zhǔn)則

tms＜tmHPS+X9，主蒸汽溫度應(yīng)比高壓軸溫計(jì)算出的界限值曲線數(shù)值低一定值，以防高壓軸超溫。

2 汽輪機(jī)子組啟動(dòng)時(shí)機(jī)

運(yùn)行操作人員啟動(dòng)汽輪機(jī)子組來進(jìn)行汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)一般有2種情況:一種是當(dāng)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)條件已經(jīng)具備，蒸汽參數(shù)和品質(zhì)合格后的啟動(dòng);另一種是當(dāng)鍋爐點(diǎn)火后，主、再熱蒸汽具有一定的壓力和溫度后就啟動(dòng)。在熱態(tài)或極熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，適用于第1種情況;當(dāng)冷態(tài)或溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)，盡早啟動(dòng)汽輪機(jī)子組比較好，可利用汽輪機(jī)子組對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行暖管、暖閥。

在邏輯條件滿足后，汽輪機(jī)子組第11步至第19步構(gòu)成一個(gè)循環(huán)步序，運(yùn)行操作人員利用該循環(huán)步序?qū)ζ啓C(jī)進(jìn)行暖管暖閥工作。汽輪機(jī)子組第11步到第19步的內(nèi)容如下:

第11步:在開主蒸汽門前判斷一下蒸汽的參數(shù)，包括流量、過熱度、X1/X2準(zhǔn)則以及鍋爐是否已經(jīng)點(diǎn)火。如果高壓主蒸汽閥(2個(gè))與左側(cè)高調(diào)閥50%測(cè)點(diǎn)溫度3取2小于100℃，汽輪機(jī)子組判斷為全冷態(tài)啟動(dòng)，僅需滿足鍋爐已點(diǎn)火與 X2準(zhǔn)則即可。

第12步:關(guān)閉高調(diào)閥及過負(fù)荷閥前疏水閥。

第13步:升啟動(dòng)裝置，機(jī)掛閘，開主蒸汽門，防止主蒸汽門開后，閥體加熱過快而提前關(guān)閉疏水閥。

第14步:保持主蒸汽門開10 s以使閥體短暫地接觸到蒸汽。

第15步:保持主蒸汽門開5min(全冷態(tài)啟動(dòng)時(shí))或高壓轉(zhuǎn)子槽溫度大于250℃(汽輪機(jī)子組判斷為溫態(tài)啟動(dòng))并再次判斷蒸汽的參數(shù)。

第16步:將主蒸汽門前管道疏水拉開并將調(diào)閥前疏水閥開至30%，進(jìn)行暖管、暖閥，時(shí)間為3min，通過調(diào)閥的漏汽進(jìn)行暖缸、暖軸。

第17步:將高調(diào)門前疏水進(jìn)一步開至70%，進(jìn)行暖閥。

第18步:沖轉(zhuǎn)前再次判斷汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)(油系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、上/下缸溫差、軸封等)是否工作正常。

第19步:等待蒸汽品質(zhì)子回路的手動(dòng)釋放，或當(dāng)所有的主蒸汽門已經(jīng)關(guān)閉且蒸汽品質(zhì)子回路釋放5 s后汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速小于360 r/min時(shí)返回第11步。

汽輪機(jī)子組邏輯中，主蒸汽門開后，滿足下列任一條件，主蒸汽門會(huì)重新關(guān)閉:

(1)調(diào)門未開而汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于360 r/min;

(2)主蒸汽門開后5min，主蒸汽壓力大于2 MPa，主蒸汽品質(zhì)子回路無釋放，高壓內(nèi)缸100%測(cè)點(diǎn)溫度大于180℃;

(3)主蒸汽門開后15min，主蒸汽壓力大于2 MPa，主蒸汽品質(zhì)子回路無釋放，高壓內(nèi)缸100%測(cè)點(diǎn)溫度小于180℃。

以上3個(gè)關(guān)主蒸汽門的條件是防止汽輪機(jī)發(fā)生意外事件:

第(1)條是防止調(diào)閥泄漏量過大而造成飛車;

第(2)條是防止高壓缸預(yù)暖過快，熱應(yīng)力大而縮短使用壽命;

第(3)條是防止高壓缸預(yù)暖慢，啟動(dòng)時(shí)間加長(zhǎng)而不經(jīng)濟(jì)。

機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)汽輪機(jī)子組執(zhí)行到第19步時(shí)，運(yùn)行操作人員可以檢查主蒸汽門關(guān)閉后再釋放蒸汽品質(zhì)子回路，5 s以后，汽輪機(jī)子組將返回第11步，然后再手動(dòng)將蒸汽品質(zhì)子回路退出自動(dòng)。利用這樣的循環(huán)，逐漸將轉(zhuǎn)子溫度及閥體溫度提高到脆性轉(zhuǎn)變溫度以上，汽輪機(jī)就可以沖轉(zhuǎn)了。具備沖轉(zhuǎn)條件，到第19步，直接釋放蒸汽品質(zhì)子回路，汽輪機(jī)將升速至暖機(jī)轉(zhuǎn)速360 r/min。

機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，如果高壓內(nèi)缸溫度超過了180℃，在汽輪機(jī)子組執(zhí)行到第14步時(shí)就可釋放蒸汽品質(zhì)子回路，這樣，關(guān)主蒸汽門的信號(hào)就發(fā)不出來，到第19步汽輪機(jī)就開始升速;如果高壓轉(zhuǎn)子槽的平均溫度已大于250℃，則子組在第15步不等待5min而直接向下執(zhí)行，可在第19步再釋放蒸汽品質(zhì)子回路，同樣可以沖轉(zhuǎn)至暖機(jī)轉(zhuǎn)速。

運(yùn)行操作人員必須清楚主蒸汽門開后又關(guān)閉的條件，根據(jù)缸溫及軸溫就可合適地選擇釋放蒸汽品質(zhì)子回路的時(shí)機(jī)。在實(shí)際應(yīng)用中，操作人員熟練掌握這一過程，可大大縮短汽輪機(jī)從沖轉(zhuǎn)到并網(wǎng)的時(shí)間，提高機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。

3 汽輪機(jī)子組斷點(diǎn)設(shè)置

汽輪機(jī)子組執(zhí)行步序中設(shè)置4個(gè)斷點(diǎn)，目的是使運(yùn)行操作人員能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況控制汽輪機(jī)組啟動(dòng)進(jìn)程。

斷點(diǎn)1:子組執(zhí)行至第19步，汽輪機(jī)子組判斷是否滿足沖轉(zhuǎn)條件，若沖轉(zhuǎn)條件滿足，是否沖轉(zhuǎn)還需運(yùn)行操作人員決定。操作人員檢查各條件具備，汽輪機(jī)子組判斷條件也均滿足，則運(yùn)行操作人員手動(dòng)在畫面上釋放蒸汽品質(zhì)子回路，汽輪機(jī)將自動(dòng)沖轉(zhuǎn)至暖機(jī)轉(zhuǎn)速360 r/min。

斷點(diǎn)2:子組執(zhí)行至第23步，汽輪機(jī)在暖機(jī)轉(zhuǎn)速下定速暖機(jī)，汽輪機(jī)子組判斷是否滿足升速條件，是否升速還需運(yùn)行操作人員決定。操作人員檢查各條件具備，汽輪機(jī)子組判斷條件也均滿足，則運(yùn)行操作人員在畫面上釋放正常轉(zhuǎn)速子回路，汽輪機(jī)將自動(dòng)升速至3015 r/min。

斷點(diǎn)3:子組執(zhí)行至第28步，汽輪機(jī)子組判斷是否滿足發(fā)電機(jī)啟勵(lì)條件，若發(fā)電機(jī)啟勵(lì)條件滿足，發(fā)電機(jī)是否加勵(lì)磁還需運(yùn)行操作人員決定。操作人員檢查各條件具備，汽輪機(jī)子組判斷條件也均滿足，則運(yùn)行操作人員手動(dòng)在畫面上投入同期裝置子回路，進(jìn)行發(fā)電機(jī)啟勵(lì)。在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)電機(jī)組定速達(dá)3000 r/min后，常常因某些原因不能立即并網(wǎng)，發(fā)電機(jī)啟勵(lì)后空轉(zhuǎn)時(shí)間過長(zhǎng)，所以，設(shè)置一個(gè)人為手動(dòng)釋放同期塊顯得尤為必要，操作人員可根據(jù)實(shí)際情況確定發(fā)電機(jī)啟勵(lì)時(shí)機(jī)。

斷點(diǎn)4:子組執(zhí)行至第31步，汽輪機(jī)子組判斷是否滿足發(fā)電機(jī)并網(wǎng)條件，若發(fā)電機(jī)并網(wǎng)條件滿足，運(yùn)行操作人員檢查各條件具備，則操作人員手動(dòng)在畫面上將同期裝置切為“自動(dòng)”，汽輪機(jī)子組方可向下執(zhí)行后續(xù)步序進(jìn)行發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。

由此看來，汽輪機(jī)子組步序執(zhí)行過程中設(shè)置4個(gè)斷點(diǎn)是非常恰當(dāng)且十分必要的。一方面可避免操作人員由于某種原因誤啟動(dòng)汽輪機(jī)子組，造成設(shè)備損壞;另一方面，4個(gè)斷點(diǎn)的設(shè)置，可保證操作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作情況控制汽輪機(jī)的沖轉(zhuǎn)、升速及并網(wǎng)。

4 結(jié)束語

西門子公司開發(fā)設(shè)計(jì)的汽輪機(jī)子組控制系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的操作性和實(shí)用性，考慮十分周全。汽輪機(jī)子組邏輯設(shè)置將一些較為模糊的條件具體化和數(shù)量化，使得操作人員容易接受和操作。運(yùn)行操作人員經(jīng)過認(rèn)真學(xué)習(xí)并熟練掌握汽輪機(jī)子組邏輯條件和步序后，可縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，保證機(jī)組安全、順利啟動(dòng)。