1000 MW超超臨界機組DEH特點分析

朱曉星，尋新，盛鍇

(湖南省電力公司試驗研究院，湖南長沙410007)

截至2009年9月底，國內已投運的1000 MW超超臨界機組達17臺，其中11臺機組汽輪機為上海汽輪機有限公司引進德國西門子公司技術設計制造的;4臺為東方汽輪機廠引進日立公司技術設計制造的;2臺為哈爾濱汽輪機廠引進東芝技術設計制造的。可見，上汽引進西門子技術生產(chǎn)的1000 MW超超臨界機組汽輪機目前在國內占了絕大多數(shù)市場份額，對其配套提供的DEH系統(tǒng)特點進行深入分析，有助于理解其設計思想，有助于早日實現(xiàn)將其納入DCS、實現(xiàn)國產(chǎn)化。

1 設備概述

徐州彭城電廠三期工程1000 MW機組汽輪機為上汽引進西門子技術生產(chǎn)的N1000-26.25/600/600(TC4F)型超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽汽輪機，采用全周進汽方式，設有2個全開全關型高壓主汽門、2個全行程可調的高壓調節(jié)門、2個全開全關型中壓主汽門、2個全行程可調的中壓調節(jié)門、1個全行程可調的補氣閥，無調節(jié)級。

DEH系統(tǒng)為上汽配套提供，采用西門子SPPA-T3000分散控制系統(tǒng)，包括3對控制器。所有邏輯組態(tài)均為德國西門子公司設計。

2 DEH特點分析

2.1 涵括范圍廣

納入DEH系統(tǒng)控制的設備范圍大大超過一般機組，涵括了控制油、潤滑油、盤車、抽汽、軸封、疏水等汽輪機輔助系統(tǒng)以及ETS功能。這樣有利于汽輪機控制的完整性，但也在一定程度上增加了DEH與DCS接口點的數(shù)量，增加了整個控制系統(tǒng)的復雜性〔1〕。此外，為適應涵括范圍的增多，DEH操作員站也配置了2臺，同時通過通訊將主要畫面數(shù)據(jù)傳送到DCS，以利于操作員監(jiān)視和操作。

2.2 SGC程控啟停機

通過西門子SPPA-T3000分散控制系統(tǒng)提供的子組控制器 (SGC)、步進 (STEP)、分支(BRANCH)等功能塊的組合，以分步程序自動控制的方式實現(xiàn)開疏水門、進行潤滑油泵切換試驗、判斷溫度準則、進行主再熱蒸汽管道暖管、開主汽門、關高排通風閥、開調門沖轉到暖機轉速、沖轉到額定轉速、關疏水門、同期并網(wǎng)的啟機全過程以及降負荷、關閉主汽門、發(fā)電機解列后跳閘汽機、低轉速下啟頂軸油泵、開疏水門的停機全過程。整個啟機過程包括26個步序，只需要操作員進行確認蒸汽品質、確認暖機結束等有限的幾個手動操作，基本實現(xiàn)“一鍵啟機”;整個停機過程包括10個步序。

不足的是沒有設計各步序的幫助畫面。由于啟機步序較多，且完成條件比較復雜，在某條件不滿足時SGC會停止進行到下一步，這時若有各步序的幫助畫面，將有助于運行人員快速發(fā)現(xiàn)不滿足的條件，采取相應措施，有助于縮短啟機時間。此外，部分邏輯設計過于死板，有待進一步優(yōu)化。

2.3 ETS 條件較多

與常規(guī)600 MW超臨界機組相比，該機組ETS條件增加了不少，如發(fā)電機定子冷卻水流量低低、發(fā)電機定子線圈進水溫度高、發(fā)電機A/B側漏液液位高、發(fā)電機冷氫A/B溫度高、發(fā)電機勵磁機熱風溫度高、凝汽器水位高、潤滑油箱油位過低/過高等。此外，軸振大不觸發(fā)ETS，而每塊瓦的2個瓦振均大時將觸發(fā)ETS。

2.4 硬件特點

現(xiàn)場9個閥門沒有設計LVDT，而是由BALLUFF反饋測量單元直接返回4～20 mA電流信號到DEH，以代表閥門實際開度反饋;也沒有設計行程開關，閥門全開全關狀態(tài)由DEH進行判斷:閥門實際開度反饋＞97%則判定為全開，實際開度反饋＜3%則判定為全關;此外，沒有設計總的用于ETS跳閘的AST電磁閥，而是在9個閥門上各自設有2個跳閘電磁閥，以24VDC供電，任一失電則關閉對應閥門。

應該指出的是，由于沒有LVDT和行程開關，用于代表閥門實際開度的4～20 mA模擬量信號就顯得尤為重要，不僅用于DEH軟伺服以控制閥門，而且用于判斷閥門全開全關狀態(tài)并據(jù)此構成多項重要保護，如送電氣的“主汽門全關”信號。如此重要的信號沒有設計冗余備用，很可能由于接線松動、現(xiàn)場元件老化損壞等原因而誤發(fā)信號，影響機組安全。

2.5 臨界轉速區(qū)較寬

由于汽輪機軸系較長，且各段轉子臨界轉速區(qū)不完全一樣，取并集后臨界轉速區(qū)為660～840 r/min及1 020～2 910 r/min，范圍較寬。

應該指出的是，DEH組態(tài)中并不禁止將轉速目標值設在臨界轉速區(qū)內，但定速臨界轉速區(qū)內會引起實際轉速升速率＜預設值而造成SGC程控啟機步序直接退回第0步，要求重新啟機。調試中應對此邏輯進行完善，禁止將轉速目標值設在臨界轉速區(qū)內。

2.6 沖轉升速快，調節(jié)品質好

沖轉時升速率是DEH系統(tǒng)根據(jù)應力計算而自動設定的，運行人員無法手動設定。轉速自動調節(jié)回路硬件上采用FM458快速處理卡件，處理周期達16 ms，可顯著提高調節(jié)品質。多次統(tǒng)計從860 r/min暖機轉速沖到3 009 r/min定速轉速，其實際升速率都超過600 r/min2，且定速迅速準確，轉速自動調節(jié)品質非常好。

2.7 無ETS在線試驗

目前一般機組均設計有ETS在線試驗功能，以防止?jié)櫥?、EH油、凝汽器真空等進ETS保護的重要壓力開關拒動，為此還特意增設了ETS在線試驗組件。而本機組除“發(fā)電機A/B側漏液液位高”外，其他由現(xiàn)場信號構成的ETS保護均采用模擬量信號在DEH中判斷后構成 (包括瓦振大、軸向位移大保護也是由TSI送出模擬量信號到DEH中判斷后構成)，故無需進行在線試驗，也沒有在線試驗組件，降低了系統(tǒng)復雜度。

2.8 超速保護設計特點

機組沒有設計機械超速，也沒有飛錘、OPC電磁閥等設備。僅在DEH機柜中設有2組超速模塊，每組3個轉速監(jiān)測設備組成三取二超速保護，任一組超速保護動作均觸發(fā)ETS執(zhí)行停機。超速模塊帶定時自檢功能，自檢時自動依次將各轉速監(jiān)測設備的輸入信號模擬為3 350 r/min，檢測對應跳閘繼電器是否動作;再模擬為3 250 r/min，檢測跳閘繼電器是否復位。

此外，DEH系統(tǒng)沒有設計常規(guī)的超速試驗功能和3 090 r/min快關調門的OPC功能，運行人員可設的轉速目標值也不能超過3 050 r/min，故超速試驗只能通過將超速模塊跳閘定值改為低于3 050 r/min的方法模擬完成，因此可在并網(wǎng)前直接進行超速試驗甚至不進行超速試驗。

2.9 高壓缸補氣技術

補汽技術是與全周進汽、滑壓運行配套的西門子公司特有技術。在原高主門后、高調門前接入全行程可調的補汽閥，從額定 (TMCR)工況以上開始通過補氣閥引出一些新蒸汽 (額定進汽量的5%～10%)，經(jīng)節(jié)流降低參數(shù) (蒸汽溫度約降低30℃)后進入高壓第5級動葉后空間，相當于在高主門后連接的第3個調節(jié)閥，可使滑壓運行機組在額定流量下進汽壓力達到額定值，避免了全周進汽滑壓運行模式?jīng)]有用足蒸汽壓力的能力。補氣技術使機組不必通過高調門的節(jié)流就具備調頻功能，可以避免節(jié)流損失，而且調頻反應速度快，鍋爐側壓力波動小;對經(jīng)濟工況與最大工況流量相差大的機組還可明顯提高經(jīng)濟性，在補汽閥開啟前工況可降低熱耗 20 ～35 kJ/kWh〔2〕。

2.10 溫度準則制約快速啟動

汽輪機設計為快速啟動，冷態(tài)沖轉到帶滿負荷只需4～5 h，溫態(tài)為2～3 h，熱態(tài)約為2 h，極熱態(tài)僅約1 h〔3〕。但這個過程受到DEH邏輯中的7個溫度準則的限制。這些溫度準則包括判斷主汽溫、主汽壓是否滿足暖閥條件;主汽溫、再熱汽溫是否滿足沖轉條件;主汽溫是否滿足低速暖機完成條件;主汽溫是否滿足并網(wǎng)條件等?？梢娭髌麥卦谄渲凶顬橹匾?。高負荷時汽輪機跳閘后因直流爐蓄熱小的特點，以及電泵出口壓力較低而被迫降低主蒸汽壓力所帶來的主汽溫的下降，是本機組汽輪機極熱態(tài)啟動時較難克服的障礙，經(jīng)常造成溫度準則不滿足而影響快速啟動。

3 結語

上海汽輪機有限公司引起德國西門子公司技術設計制造的1000 MW超超臨界汽輪機目前在國內應用廣泛，其配套提供的DEH系統(tǒng)在軟硬件多方面有著鮮明的特點，但同時在一些細節(jié)方面也存在不夠完善的地方。在學習、理解、吸收的國產(chǎn)化過程中，不能全盤接受，照搬照套，而應深入分析其設計思想，借鑒優(yōu)點、完善不足。

〔1〕金黔軍.1000 MW超超臨界機組熱控設計特點〔J〕.北京:中國電力，2006，39(3):78-81.

〔2〕上海汽輪機有限公司.上汽1000 MW超超臨界純凝汽輪機技術介紹〔M/CD〕.2007.

〔3〕銅山華潤電力有限公司，銅山華潤電力有限公司三期汽機運行規(guī)程 (試運版) 〔S〕.2009.