鄭玲紅

(國電泰州發(fā)電有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

采用二次再熱可進一步提高機組的熱效率，滿足機組低壓缸最終排汽濕度的要求[1]。由熱力學可知，采用再熱循環(huán)還可提高朗肯循環(huán)的效率，一般一次再熱可使機組效率提高2%～3%，中間二次再熱相比一次再熱可使機組效率提高2%左右[2]。當溫度達到 650～720℃、壓力超過30MPa、采用二次再熱，電站的效率將進一步提高，可以獲得與IGCC和PFBC發(fā)電技術相當?shù)膬?yōu)良經濟性。首臺1000MW超超臨界二次再熱機組成功投運，將會使二次再熱技術得到快速推廣，成為我國火電行業(yè)下一步發(fā)展的主流方向。適用于二次再熱超超臨界機組的運行與控制技術等相關技術將得到廣泛應用。

1 二次再熱機組DEH系統(tǒng)控制難點

DEH系統(tǒng)控制和一次再熱相比，二次再熱機組的啟動參數(shù)更高，由于增加了一級再熱，啟動過程以及旁路系統(tǒng)系統(tǒng)配置更復雜，穩(wěn)定汽輪機轉速的難度更大[3]。二次再熱機組啟動及控制過程中重點和難點問題就是二次再熱機組的啟動方式、啟動控制過程中各個閥門的開啟關閉順序、溫度準則等限制條件的設置，以及二次再熱機組在啟動及運行過程中高壓排汽溫度和機組甩負荷的控制方案等。

1.1 二次再熱機組啟動控制

汽輪機安全可靠的啟動是機組穩(wěn)定運行的基礎。二次再熱機組啟動的難點在于：啟動階段流量低，需要控制排汽溫度(超高排高排低排)不因鼓風發(fā)熱，使溫度升高，損壞葉片；相比一次再熱機組，多一組主汽門及調門，轉速控制更困難。在綜合考慮熱力系統(tǒng)及汽輪機本體因素之后，機組冷態(tài)啟動采用超高/高/中壓缸聯(lián)合啟動方式。汽輪機控制系統(tǒng)控制VHP/HP/IP的進汽閥門，和一次再熱啟動類似，VHP超高壓缸首先開啟，控制汽輪機沖轉[4]。當流量指令大于>4%，高中壓調門按照4-70的曲線開啟。當轉速達到2000r/min，高壓中壓調門關小，重新按照20-70的曲線開啟。閥門開啟順序見圖1。在啟動階段，旁路控制器控制旁路閥門保持超高壓蒸汽、高壓蒸汽壓力在設定的啟動壓力。在熱態(tài)極熱態(tài)啟動時，考慮到超高壓缸流量較小，排汽溫度超溫的可能性較大，直接將超高壓缸切除，超高壓逆止閥關閉，超高壓排汽通風閥打開將超高壓缸抽真空，由高中壓缸進行沖轉。根據汽輪機啟動時的熱狀態(tài)，設計了機組帶超高壓缸及不帶超高壓缸兩套自啟動程序，在機組在熱態(tài)極熱態(tài)啟動時，選擇不帶超高壓缸啟動。這兩種啟動方式由運行人員在操作員站手動選擇[5]。當機組帶上一定負荷，汽輪機的進汽流量達到一定值后，開啟VHP超高壓缸，完成超高壓缸/高壓缸/中壓缸的流量重新分配。

圖1 閥門開啟順序

二次再熱機組的啟動由汽輪機自啟動系統(tǒng)控制完成。在自啟動系統(tǒng)的作用下，汽輪機能夠安全的，在一個合適的時間內完成啟動，使汽輪機和所有需要啟動的輔助系統(tǒng)安全、可靠地從停機狀態(tài)轉換到發(fā)電運行狀態(tài)。啟動過程如下：

1.1.1 啟動前準備

鍋爐點火、旁路閥門打開、維持旁路壓力，機組盤車投入、自動啟動程序處于初始狀態(tài)，主氣門前疏水打開、暖主蒸汽管道及主氣門，啟動程序打開各調門前疏水閥。

1.1.2 打開主汽門,預暖進汽閥門

VHP、HP、IP上下外缸溫差在限制值之內(小于30K)，所有輔助系統(tǒng)(潤滑油、頂軸油、真空、汽封系統(tǒng)等)運行正常，各主汽門前疏水閥打開，X1、X2溫度準則滿足，蒸汽品質滿足要求之后運行人員手動確認。

1.1.3 沖轉前的檢查

主汽溫度在限制區(qū)之內，以防止高壓轉子驟冷(大于360°)，主蒸汽/再熱蒸汽有足夠的過熱度(大于30K)，溫度裕度大于30K(超高壓缸、超高壓及高、中壓轉子)，再熱汽溫在限制區(qū)之內，以防止中壓轉子驟冷，X4，X5，X6溫度滿足準則，超高排通風閥處于打開狀態(tài)、高排通風閥處于關閉狀態(tài)，超高排/高排逆止門處于關閉狀態(tài)，本體疏水閥打開。

1.1.4 沖轉暖機

汽輪機超高壓調門先打開，隨后高/中壓調門打開，開始沖轉，同時超高壓缸/高壓缸排汽逆止閥電磁閥帶電，使逆止閥處于自由狀態(tài)，啟動程序控制機組升速到暖機轉速(870/min)。

1.1.5 升速到額定轉速

超高壓、高、中壓轉子預暖完成，保證在升速期間轉子不會超過應力，主蒸汽/再熱蒸汽有足夠的過熱度(大于30K)，X7溫度準則滿足。其中，高壓內缸內壁測點溫度低于177℃，中壓內缸內壁測點溫度低于200℃(中壓外內缸內壁測點溫度低于164℃)，X7e、X7f準則才起作用，高/中壓轉子溫度大于脆性轉變溫度大于116℃，作為X7e、X7f準則。溫度裕度大于30K(超高壓缸、超高壓及高、中壓轉子)。

1.1.6 在額定轉速暖機

啟動程序保持機組轉速在額定轉速，進行暖機，直到滿足要求，以防機組在帶負荷期間超過應力?？刂聘邏号牌麥囟炔怀^設定值，通過超高壓、高中壓調門，控制器自動調節(jié)蒸汽流量，以避免汽輪機鼓風發(fā)熱，旁路閥在壓力控制方式以維持蒸汽壓力。溫度裕度大于30K(超高壓缸、超高壓及高、中壓轉子)，滿足X8準則。

1.1.7 同期帶負荷

一旦汽輪機滿足了預暖要求，機組自動同期[6]，控制器將快速增加負荷到初負荷設定值(5%額定負荷)，最大升負荷率為10%/min。應力評估器將根據溫度裕度限制升負荷率，當溫度裕度為零時，停止升負荷。當達到鍋爐負荷，汽輪機可通過全部蒸汽流量，高、中、低旁路關閉。旁路站全關后，啟動程序將汽輪機控制器切回壓力控制方式，在滑壓運行方式下升高鍋爐負荷到設定值[7]。

1.2 排汽溫度控制

為了避免由于流經汽輪機汽缸的蒸汽流量過小，造成VHP及HP排汽區(qū)域溫度過高，在DEH控制系統(tǒng)中設置高排溫度控制器，根據VHP及HP的排汽溫度自動調整各個汽缸的流量分配。同時，在機組運行中，如果發(fā)生非穩(wěn)定狀態(tài)過程，如甩負荷、啟動和停機期間，為了限制葉片的熱應力和差脹，超高壓/高壓葉片排汽區(qū)域蒸汽溫度不能超過最大設定值。如果超高壓缸排汽溫度過高，首先減小中壓調門的開度，減少中壓缸的進汽量，增大超高壓缸的進汽量；如果超高壓缸排汽溫度進一步上升，則關閉超高壓缸調門，超高排通風閥打開，將超高壓缸抽真空，由高中壓缸控制汽輪機的進汽量。如果高壓缸排汽溫度過高，首先減小中壓調門的開度，減少中壓缸的進汽量，增大高壓缸的進汽量；如果高壓缸排汽溫度進一步上升，則先關閉超高壓調門，超高排通風閥打開，將超高壓缸抽真空，中壓調門開度保持不變開大高壓調門；如果高壓缸排汽溫度繼續(xù)上升，則關閉高壓調門，高排通風閥打開，將高壓缸抽真空，由中壓缸控制汽輪機的進汽量，如圖2所示。

圖2 排汽溫度控制

1.3 甩負荷控制

DEH通過對機組甩負荷的識別，快關調門后，將機組從負荷控制切為轉速控制，既預防了汽輪機超速，又能在轉速穩(wěn)定后，維持汽輪機空負荷或帶廠用電運行。

1.3.1 甩負荷識別LAM

負荷識別模件LAW是把甩負荷分為兩個階段，第一階段是瞬時負荷中斷KU，機組的功率信號出現(xiàn)以下這二種情況，即可認為機組發(fā)生瞬時負荷中斷KU。瞬時降低的負荷量超過甩負荷識別極限值GPLSP(約為70%)728MW，機組出力較低，此時瞬時降低的負荷量可能不會超過GPLSP(728MW)，但同時滿足以下四個條件：發(fā)電機出口開關和主變高壓側開關閉合(正常運行時GLSE=1)；實際負荷低于兩倍廠用電負荷的限值GP2EB(104MW)；實際負荷高于逆功率值GPNEG(-26MW)；有效負荷設定值PSW-實際負荷PEL的差值大于兩倍廠用電負荷的限值GP2EB。

1.3.2 甩負荷識別LAM第二階段

第二階段是瞬時負荷中斷信號KU發(fā)出一定時間后(2s)，機組負荷還是很低(發(fā)生KU的條件二依然滿足)，則發(fā)出甩負荷信號LAW?？刂浦品绞角袚Q到轉速調節(jié)器調節(jié)轉速或者負荷的狀態(tài)。KU和LAW都送至轉速/負荷調節(jié)器NPR，另外LAW還送至轉速設定功能頁。

1.3.3 甩負荷后的DEH控制分析

由于甩負荷，實際轉速肯定會有所上升，在調節(jié)器在負偏差的作用下，輸出快速減到零。而調門的閥位控制回路會作用使其快速關閉。在調節(jié)和硬件回路雙管作用下，確保機組甩負荷后調門能迅速關閉，機組轉速不超速。為避免在短時間內反復出現(xiàn)快關動作，系統(tǒng)設置了一個7s的閉鎖時間，期間閥門只能執(zhí)行一次快關動作?？礻P動作時間保持150ms，150ms后閥門恢復到正常調節(jié)狀態(tài)。在汽輪機甩負荷后，考慮到蒸汽參數(shù)較高，維持機組轉速需要的蒸汽量很小，考慮直接將超高壓缸切除，由高壓/中壓調門控制機組維持機組轉速，待并網后再開啟超高壓缸。在機組并網后帶上一定負荷，程序自動啟動開啟超高壓缸、高壓缸順控，將超高壓、高壓調門打開，同時關閉超高壓/高壓通風閥，恢復正常運行。負荷大于100MW(10%)，重啟高壓缸，負荷大于150MW(15%)，重啟超高壓缸。

2 調試運行過程中的問題處理及優(yōu)化

2.1 逆止門、主汽門

超高排逆止門、高排逆止門電磁閥的控制指令是由FDO卡件控制，F(xiàn)DO卡件屬于自供電類型卡件，并自帶開路自檢功能，當回路短路或開路時，卡件通道會報故障，故障的通道將不會供電。但是由于電磁閥電阻較大，導致卡件自檢為開路，導致閥門不能打開。后將整個供電回路24V電壓提高了2V后解決[8]。在汽輪機啟機過程中主汽門不能正常打開關閉。經檢查為所有主汽門的方向閥電阻偏小，導致電流較大,而設計的保險容量偏小，與實際工作電流相當，導致電磁方向閥由于保險動作而失電[9]。將所有的電磁方向閥的斷路器容量由1A改為2A后，主汽門開關正常。

2.2 甩負荷邏輯優(yōu)化

西門子超超臨界機組DEH邏輯中“帶負荷下的轉速控制運行方式”的邏輯即為帶廠用電孤島運行的典型設計。若機組未設計帶廠用電孤島運行的方式，當 “長甩負荷”信號LAW被觸發(fā)后，汽輪機控制方式切換到“帶負荷下的轉速控制運行方式”，機組在此控制方式下且未與電網解列，只能維持3000轉/分運行無法正常帶負荷，易觸發(fā)發(fā)電機逆功率保護動作。在電網功率信號出現(xiàn)畸變時極易引起機組保護誤動作。對KU功能加上轉速限制，即只有在轉速大，才會觸發(fā)甩負荷信號，優(yōu)化后的KU保護邏輯圖見圖3。

圖3 優(yōu)化后的KU保護邏輯圖

2.3 ETS保護邏輯優(yōu)化

邏輯優(yōu)化修改建議：取消汽輪機超速保護通道自動檢測功能，對超速保護在線試驗功能進行手動試驗，提高超速保護的可靠性。

DEH系統(tǒng)中該邏輯情況如下：控制油泵母管壓力曾經大于150bar(靠RS觸發(fā)器記憶)，與A控制油泵壓力小105bar且B控制油泵壓力小于105bar延時5s且EH母管油壓低于105bar觸發(fā)ETS。此項邏輯看似兩臺泵出口壓力測點二選二邏輯，實則單點保護，因為泵出口壓力測點取自逆止閥之前，當泵停運時壓力值時很低的，接近0(逆止閥嚴密情況下)，測點信號必然低于10.5MPa，此條件已經滿足，而機組正常運行時是單臺油泵運行。一旦運行泵出口壓力測點干擾波動或故障會導致跳閘條件發(fā)出，ETS動作。邏輯優(yōu)化修改建議：在EH油母管上增加2個壓力測點，對母管壓力低三取二動作ETS。若暫不具備增加測點條件，修改邏輯為：控制油泵母管壓力曾經大于150bar(靠RS觸發(fā)器記憶)，與A控制油泵壓力小105bar且B控制油泵壓力小于105bar延時5s且EH母管油壓低于105bar觸發(fā)ETS。由于機組正常運行中停運一臺泵，因而形成運行泵出口壓力信號和母管壓力信號二選二邏輯。

軸向位移信號是在DEH2號控制柜邏輯判斷后經DEH下層通訊至1號控制柜安全型容器觸發(fā)保護動作，不符合電力25項反措要求重要的主機保護信號必須通過硬接線實現(xiàn)不允許使用通訊連接的規(guī)定。邏輯優(yōu)化修改建議：在原邏輯基礎上將軸向位移保護信號增加一路至2號柜“ADD TURBINE PROTECTION”，通過“ADD TURBINE PROTECTION”保護的硬接線送至1號柜安全型卡件實現(xiàn)該保護，使之符合電力25項反措要求。

超高壓缸切缸保護動作原邏輯為超高壓缸排汽溫度高(三取一)&超高壓缸排汽溫度高或通道故障(三取二)，或者高壓缸排汽溫度高(三取一)&高壓缸排汽溫度高或通道故障(三取二)；高壓缸切缸保護動作原邏輯為高壓缸排汽溫度高(三取一)&高壓缸排汽溫度高或通道故障(三取二)。存在溫度信號故障，引起保護誤動作的風險。邏輯優(yōu)化修改建議：考慮到超高排、高排溫度保護定值為超高壓內缸金屬90%溫度的相關函數(shù)，因此對實際溫度與定值函數(shù)的差值增加速率判斷，溫升速率小于20℃/s。當三個差值質量正常則進行三取二判斷，且只在機組并網前起作用，當機組并網成功后屏蔽該切缸邏輯。

3 結語

泰州公司3、4號1000MW超超臨界二次再熱燃煤機組DEH系統(tǒng)的成功運用，驗證了本文提出的總體方案設計和全程控制策略的合理性。同時根據機組的實際運行狀況，吸取同類型機組運行的經驗，優(yōu)化了機組ETS保護邏輯，使保護邏輯與機組運行情況有機結合，確保保護系統(tǒng)不拒動、不誤動，提高機組保護的可靠性。1000MW超超臨界二次再熱燃煤機組在泰州公司機組二次工程的首次運用，對同類機組DEH系統(tǒng)的應用提供了參考。