肖 麗

（國家能源集團九江發(fā)電有限公司，江西九江 332000）

0 引言

自啟動控制系統(tǒng)的作用，是為了汽輪機能夠安全地在盡可能較短的時間內(nèi)啟動，并保證高可用性的經(jīng)濟要求，使得汽輪機和需要啟動的輔助系統(tǒng)達到安全，可靠地從停機狀態(tài)到發(fā)電運行狀態(tài)。DEH（Digital Electric Hydraulic Control System，汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)）廠家配置的說明書內(nèi)只簡單說明每步序的控制對象，但運行人員對具體判斷條件中的反饋信號無從知曉，因此需仔細核實相關(guān)邏輯，包括自啟動控制原則、熱應(yīng)力的判斷準則，對自啟動的過程中允許條件、步序判斷、溫度準則等做出詳細的解析及梳理關(guān)注的重點和要點，從而全面掌握其核心控制思想，保證機組安全、經(jīng)濟、高效地完成機組沖轉(zhuǎn)到并網(wǎng)帶負荷全過程。

1 汽輪機啟動過程的溫度準則解析

機組設(shè)有 TSE（Turbine Stress Evaluator，熱應(yīng)力評估），通過計算汽輪機運行期間閥門、汽缸和轉(zhuǎn)子的最大應(yīng)力，并與設(shè)計的允許限值進行比較，評估出汽輪機啟機時允許的溫升率，確定最佳的主蒸汽、再熱蒸汽參數(shù)及汽輪機的轉(zhuǎn)速和負荷變化率，確保主要部件的應(yīng)力不超限，延長機組的壽命周期。

1.1 溫度準則X2

在開啟高壓調(diào)整門之前，為了避免由于飽和蒸汽溫度的提高而引起高壓調(diào)整門過大的溫度變化，為高壓調(diào)整門的開啟邏輯專門設(shè)置了一個最小溫度差值，并要求滿足判據(jù)條件：θSATMS（飽和主蒸汽溫度）＜θ50%mcv（控制閥的閥體平均溫度）+X2。

1.2 溫度準則X4

在開啟高壓主汽門之前，為了避免汽輪機末級中出現(xiàn)濕蒸汽，設(shè)定了主蒸汽的最小過熱度。此準則能夠確保主汽門前的主蒸汽充分的過熱度：θMS（主蒸汽溫度）＞θSATMS（飽和蒸汽溫度）+X4。

1.3 溫度準則X5

在開啟高壓調(diào)閥前，為了避免高壓缸的冷卻，設(shè)定一個相對于高壓汽輪機的溫度的最小主蒸汽溫度。此準則防止了沖轉(zhuǎn)后汽輪機高壓缸出現(xiàn)不必要的冷卻：θMS（主蒸汽溫度）＞Max（θmHPS（計算的轉(zhuǎn)子平均溫度）；θmHPTCSG（汽缸溫度））+X5。

1.4 溫度準則X6

在開啟中壓調(diào)閥前，為了避免中壓汽輪機的冷卻，設(shè)置相對于中壓汽輪機溫度的最小過熱溫度，溫度準則X6防止沖轉(zhuǎn)后汽輪機中壓缸出現(xiàn)冷卻：θHOTREHT（再熱蒸汽溫度）＞θmIPS（計算的中壓轉(zhuǎn)子的平均溫度）+X6。

1.5 溫度準則X7

在機組加速到額定轉(zhuǎn)速之前，為了使高壓汽輪機充分暖機，主蒸汽溫度和高壓汽輪機的溫度相匹配，設(shè)定相對于主蒸汽溫度的高壓汽輪機溫度。分X7a/X7b兩個準則。

（1）θMS（高壓主蒸汽溫度）＜θmHPS（計算的整個轉(zhuǎn)子的平均溫度）+X7a。

（2）θMS＜θmHPTCSG（汽缸溫度）+X7b。

1.6 溫度準則X8

在汽輪發(fā)電機并網(wǎng)前，為了保證中壓汽輪機充分暖機，保證再熱蒸汽溫度和中壓轉(zhuǎn)子的暖機程度十分匹配：θHOTREHT（熱再熱蒸汽溫度）＜θmIPTS（中壓轉(zhuǎn)子的平均溫度）+X8。

2 啟動初始條件解析

自啟動前的檢查是非常重要的工作，在走程控步序前對整臺機組的工況必須進行全面的檢查，方可進入下一步。初始的條件匯總?cè)缦隆?/p>

（1）ST CONTROLLER畫面中的TSE開關(guān)應(yīng)投入（狀態(tài)為紅色）。

（2）轉(zhuǎn)速/負荷控制開關(guān)切為第2模式即負荷控制模式 。注意雖然進行的是轉(zhuǎn)速控制，但選擇的為負荷控制模式，原因是原設(shè)計處于對于大、小網(wǎng)的區(qū)分，分為負荷、轉(zhuǎn)速控制模式，而負荷控制模式下又分有1（轉(zhuǎn)速控制）、2（負荷控制）兩種模式，因為大部分電廠無大小網(wǎng)切換，因此選擇的是負荷控制模式下的轉(zhuǎn)速控制。

（3）未進行 ATT（Automatic Turbine Trip，汽輪機自動跳閘試驗），即TURBINE AUTO畫面中ATT試驗開關(guān)未投入。

（4）FIRST OUT畫面中無汽輪機跳閘條件，所有的TRIP SIGNAL信號燈全為綠色且ADD TURBINE PROTECTION燈為綠色（特別注意的是要確保首出的燈中一定至少一個是亮紅燈，即未對汽輪機跳閘信號復(fù)位過，否則會造成步序進行到步序11時會自動對汽輪機進行打閘）。

（5）ST CONTROLLER畫面中 S/UP DEVICE即TAB（Turbine Automatic Base，啟動升程限制器）＜0.1%。

（6）轉(zhuǎn)速/負荷控制器輸出指令＜0.5%。

（7）FM458控制器正常且控制器輸入信號無異常，檢查中CONTROLLER NOT OK燈為綠色。如果曾經(jīng)發(fā)過報警在檢修人員檢修恢復(fù)正常后，運行人員除了對報警進行確認外，對于故障安全型卡件還必須使用REINTEGRATION按鈕進行復(fù)位。如果未復(fù)位會造成負荷和轉(zhuǎn)速的閉鎖，如果正好轉(zhuǎn)速在臨界區(qū)則沖轉(zhuǎn)失敗打閘歸零。

3 啟動步序指令動作及檢查反饋（空步序為預(yù)留接口在此忽略）

3.1 步序1

（1）啟動抽氣逆止門控制子環(huán)，即為TURB EXTRATION畫面中的抽氣逆止門聯(lián)鎖開關(guān)自動投入。

（2）抽氣逆止門、高、中壓聯(lián)合汽門、補汽閥、冷再逆止門等7個聯(lián)鎖SLC（Subroutine Lock Control，子程序聯(lián)鎖控制）已投入。

（3）高、中壓主汽、調(diào)門、補汽閥、冷再逆止門均在關(guān)位（各門位置反饋信號＜3%）。

3.2 步序2

投入高壓葉片級壓力限制控制器、高壓排汽溫度控制器（判斷是否投入）。

3.3 步序3

投入汽輪機疏水控制子環(huán)（判斷是否投入）。

3.4 步序5

（1）打開高、中壓調(diào)門、補氣閥前左右疏水閥（判斷是否到位）。

（2）打開中壓調(diào)門前左右疏水閥（判斷是否到位）。

3.5 步序8

（1）啟動汽輪機油泵自檢控制子環(huán)（根據(jù)實際情況，在啟機前運行人員已經(jīng)手動進行油系統(tǒng)試驗，因此步序允許條件不會滿足，從而不會自動進行油系統(tǒng)試驗自檢，因此自檢控制子環(huán)不會自動投入，需要運行人員手動滿足該步條件）。

（2）TURBINE LUBE/LIFT OIL畫面中左上角的油泵自檢試驗SGC（Sequence Control，順序控制系統(tǒng)）已投入。

（3）所有主汽門已關(guān)閉（各門位置反饋信號＜3%）。

3.6 步序11

（1）允許釋放蒸汽品質(zhì)按鈕（不閉鎖該按鈕，允許操作）。

（2）復(fù)位汽輪機跳閘首出（注意：如果在順控啟動前運行人員復(fù)位了跳閘首出，則進行到該步會重新打閘，步序從頭開始）。

（3）油系統(tǒng)正常：油泵自檢試驗SGC已退出且無故障（如故障會顯示黃色。該開關(guān)在步序8時被手動操作投入，到步序11時必須手動退出）。

（4）汽缸無嚴重變形檢查：高壓缸殼體上下50%處的溫度信號無故障而且兩點溫度偏差值≤30℃，中壓缸殼體上下50%處的溫度信號無故障且兩點溫度偏差值≤45℃。

（5）輔助系統(tǒng)條件滿足（EH油及潤滑油系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)均正常）。

（6）蒸汽品質(zhì)確認按鈕已按下或高壓調(diào)門殼體50%溫度＞350℃。注意：在開啟主汽門前，鍋爐的蒸汽品質(zhì)由運行人員手動確認，判斷是否合格，避免汽輪機由于蒸汽污染產(chǎn)生雜質(zhì)及沉淀物。如果在步序11未能在步序等待時間內(nèi)按下蒸汽品質(zhì)確認按鈕，且其他條件滿足步序自動進行下去，則系統(tǒng)默認為蒸汽品質(zhì)不合格，使得步序在11～20循環(huán)，從而讓主汽門開啟又關(guān)閉。所以在該步前運行人員必須考慮好是否按下確認按鈕。

3.7 步序12

（1）開左、右中壓主汽門前疏水閥。

（2）主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度＞360℃或左、右中壓主汽門前疏水閥開位。

3.8 步序13

（1）主汽壓力信號無故障、主汽溫度過熱度＞10 K（左右取小值判斷）。

（2）中壓主汽門前壓力信號無故障、再熱汽溫度過熱度＞10 K（左右取小值判斷）。

（3）高壓暖管完成，再熱壓暖管完成DCS（Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng)）來信號。

（4）X2準則滿足（WARM UP VALVES/TSE中顯示紅燈為條件滿足，負值越大表示裕量越大）。

3.9 步序14

開左、右中壓主汽前疏水閥（同步序12，再次確認）。

3.10 步序15

（1）設(shè)置負荷控制＞15%（為保證帶負荷，消除汽輪機無負荷或低負荷時高壓缸鼓風(fēng)的危險，并能實現(xiàn)可靠的同期，必須設(shè)定最小負荷值，同時考慮到汽輪機熱應(yīng)力的要求、機組參數(shù)，該值不能過大，運行人員在并網(wǎng)前預(yù)估熱應(yīng)力的裕量，否則造成汽缸嚴重變形。因此將初始負荷設(shè)置為合理的值。系統(tǒng)默認設(shè)置為100 MW）。

（2）TAB置數(shù)＞62%。高、中壓主汽門開位即閥門開度＞97%（如果TAB被限制未達到62%以上，則主汽門無法開啟，DCS維護人員查找TAB被限制原因）。

（3）高排通風(fēng)閥關(guān)到位，可以在TURBINE AUTO TESTRE畫面中檢查到位信號。

3.11 步序16

（1）判斷條件以選擇是否執(zhí)行關(guān)閉主汽門。

（2）下列任一條件滿足則關(guān)閉主汽門后執(zhí)行步序17：①蒸汽品質(zhì)未確認，主汽壓力＞2 MPa、高壓調(diào)門殼體50%溫度＜210℃、主汽門已全開，延時30 min（汽壓＞3 MPa的時候，延時15 min判斷）；②蒸汽品質(zhì)未確認，主汽壓力＞2 MPa、高壓調(diào)門殼體50%溫度＞210℃、主汽門已全開；③蒸汽品質(zhì)未確認，主汽壓力＞4 MPa、主汽門已全開；④16～20步序在60 min未完成（或沖轉(zhuǎn)在臨界區(qū)）。

（3）無關(guān)閉主汽門的觸發(fā)條件直接執(zhí)行步序17：高壓主汽門開位，通風(fēng)閥關(guān)位且無開位。

3.12 步序20

（1）判斷條件選擇執(zhí)行步序21還是返回步序11。

（2）執(zhí)行步序21條件（下列條件均滿足）：①真空正常、液壓油正常、凝泵運行、閉式水正常、軸封投入自動、盤車無故障、汽機轉(zhuǎn)速＞9.6 r/min、潤滑油溫正常（該條件類似第11步的輔助系統(tǒng)條件，這是為了保證開啟調(diào)門前為確保輔助系統(tǒng)正常進行的再一次檢查）；②高壓主汽門開位、TAB＞62%、限壓模式未動作、高壓缸保護未動作；③避免汽輪機進濕蒸汽，防止汽缸嚴重變形：主蒸汽溫度過熱度、再熱蒸汽過熱度均＞30 K；高壓主汽門殼體50%上下溫差＜45℃、中壓主汽門殼體50%上下溫差＜45℃；④TSC（Thermal Stress Cracking，熱應(yīng)力龜裂）裕度＞30 K，可以在WARM UP VALVES/TSE畫面中監(jiān)視該值（30 K是最低溫度裕度，在加速到額定轉(zhuǎn)速過程中，如果因為TSC裕度不夠，造成升速率受到限制，從而引發(fā)機組重新打閘）；⑤X4，X5，X6準則滿足；⑥蒸汽品質(zhì)確認。

（3）執(zhí)行返回步序11條件（下列條件均滿足）：①汽輪機轉(zhuǎn)速＜390 r/min。TAB＜35%；②高中壓主汽門關(guān)閉；③蒸汽品質(zhì)確認（到20步時不論要怎么執(zhí)行，都必須確認蒸汽品質(zhì)按鈕了）。

3.13 步序21

（1）開啟高、中壓調(diào)整門。

（2）升速到暖機轉(zhuǎn)速 360 r/min（判斷轉(zhuǎn)速＞330 r/min）。

（3）轉(zhuǎn)速/負荷控制回路指令＞0.5%。

3.14 步序22

退出蒸汽品質(zhì)子環(huán)。

3.15 步序23

（1）凝汽器壓力＜0.12 bar（0.012 MPa）abs。

（2）TSC裕度＞30 K（高壓缸殼體100%溫度二選計算得來，中壓缸殼體100%溫度三選計算得來的，2個計算值取?。?。

（3）X7準則滿足，可以在WARM UP VALVES/TSE畫面中監(jiān)視，紅燈為滿足條件，數(shù)值為負，負值越大表示裕量越大。

（4）中壓轉(zhuǎn)子溫度＞20℃（中壓缸殼體100%溫度三取中后計算得來的）。

（5）運行人員在ST CONTROLLER畫面中手動釋放轉(zhuǎn)速。

3.16 步序25

升速到同步轉(zhuǎn)速3009 r/min（超出額度轉(zhuǎn)速9 r/min，適合發(fā)電機在這個速度達到同步）。

3.17 步序26

關(guān)閉高、中壓主汽門、補氣閥前疏水閥及高、中壓調(diào)整門前疏水閥（判斷關(guān)位信號）。

3.18 步序27

釋放轉(zhuǎn)速子環(huán)已退出。

3.19 步序28

電氣調(diào)壓器在自動模式（電氣來信號）。

3.20 步序29

（1）TSC裕度＞30 K（同23步，并網(wǎng)前的再次檢查）。

（2）X8準則滿足，可以在WARM UP VALVES/TSE畫面中監(jiān)視，紅燈為滿足條件，數(shù)值為負，負值越大表示裕量越大。

（3）無勵磁故障（電氣來信號）。

3.21 步序30

判斷勵磁已投入、同期運行。

3.22 步序31

準備并網(wǎng)信號送電氣。

3.23 步序32

（1）已并網(wǎng)。

（2）TAB指令＞99%。

3.24 步序33

高壓旁路已關(guān)閉（DCS來信號）。

3.25 步序34

切換為初壓控制模式，在ST CONTROLLER畫面中，該操作窗口顯示2為初壓控制模式，即調(diào)門交由汽壓來控制，壓力設(shè)定值由運行人員在DCS側(cè)的協(xié)調(diào)畫面給定。當運行人員切回外部負荷控制模式時，壓力控制回路回到限壓控制模式。

4 結(jié)束語

由于西門子SPPA-T3000控制系統(tǒng)的模塊化管理各個子功能模式，類似積木搭建，這樣針對不同的機型，不同電廠的要求以實現(xiàn)不同的功能，正是這樣，所以在啟動步序中有些空步序，都是預(yù)留的接口，歸納出主要的節(jié)點，從圖1可以直觀地看出步序關(guān)鍵所在。在溫度準則中有1～8個準則，而大部分類似機組中未涉及X1，X3準則。對于蒸汽品質(zhì)的判斷是運行人員需要著重注意的點，確認、不確認以及在哪步確認都是決定步序進行的關(guān)鍵要點。

圖1 流程

通過對該類汽輪機啟動過程的流程梳理和數(shù)據(jù)規(guī)劃，在較好掌握了自動啟動過程的相關(guān)機組信息后，運行人員可依據(jù)本文自啟動步序的相關(guān)解析，結(jié)合機組本身特性順利完成啟動工作，縮短機組啟動時間。同時DCS維護人員可以參考本文在沖轉(zhuǎn)過程故障時快速判斷問題所在，并及時反饋結(jié)果，有利于早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患及缺陷，保證了機組安全經(jīng)濟高效地實現(xiàn)從零轉(zhuǎn)速到并網(wǎng)帶負荷的全過程。