西門子HMN型660MW汽輪機控制系統(tǒng)子組簡析

田軍讓

(江蘇國信靖江發(fā)電有限公司，江蘇 靖江 214513)

0 引言

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

1 汽輪機子組應(yīng)用

1．1 汽輪機應(yīng)力控制

汽輪機控制中設(shè)有汽輪機應(yīng)力控制器，通過控制裕度來間接控制汽輪機受熱情況，同時兼顧啟動時的經(jīng)濟性。汽輪機應(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，暖機時間長，啟動時間也長，相對經(jīng)濟性差;相反，選擇快速能使溫度裕度控制范圍大，暖機時間短，啟動快，經(jīng)濟性好，但汽輪機的使用壽命會因加熱過快而縮短。選擇哪種方式，主要由運行操作人員依據(jù)實際情況手動選擇。

1．2 自動判斷汽輪機啟動狀態(tài)

西門子汽輪機子組可自動判斷出汽輪機的冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)和極熱態(tài)，可依據(jù)汽輪機所處的狀態(tài)對汽輪機啟動時需滿足的參數(shù)、暖機時間等做出具體要求。汽輪機狀態(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)子溫度無法直接測量，而是根據(jù)高壓內(nèi)缸100%溫度測點來計算高壓轉(zhuǎn)子溫度，若軸溫度高于400℃，則認(rèn)為是熱態(tài)啟動，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 自動選擇汽輪機沖轉(zhuǎn)參數(shù)

西門子HMN型660MW汽輪機轉(zhuǎn)子對主、再熱汽溫的要求，主要是由汽輪機主、再熱蒸汽溫度的保護來決定的，高壓轉(zhuǎn)子的軸溫對應(yīng)不同的主、再熱蒸汽溫度保護值，如圖1所示。

圖1 主、再熱蒸汽溫度變量保護

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

(1)汽輪機由盤車轉(zhuǎn)速升速至暖機轉(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)汽輪機由暖機轉(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)汽輪機定速，發(fā)電機并網(wǎng)前，要求2個高壓主蒸汽門前主蒸汽溫度都高于440℃，X8準(zhǔn)則滿足。

機組在冷態(tài)啟動時，要求主、再熱汽溫為380～450℃，對汽溫控制提出較高的要求。在實際應(yīng)用中若能嚴(yán)格按汽輪機子組每一步序中的等待時間、參數(shù)要求來執(zhí)行，機組啟動的每個環(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，以防濕蒸汽進入汽輪機。

(2)X5準(zhǔn)則:tms＞tmHPS/HPC+X5，主蒸汽溫度應(yīng)高于汽輪機部件(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%測點溫度曲線數(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%測點溫度曲線數(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 汽輪機子組啟動時機

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

在邏輯條件滿足后，汽輪機子組第11步至第19步構(gòu)成一個循環(huán)步序，運行操作人員利用該循環(huán)步序?qū)ζ啓C進行暖管暖閥工作。汽輪機子組第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)點火。如果高壓主蒸汽閥(2個)與左側(cè)高調(diào)閥50%測點溫度3取2小于100℃，汽輪機子組判斷為全冷態(tài)啟動，僅需滿足鍋爐已點火與 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:升啟動裝置，機掛閘，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)啟動時)或高壓轉(zhuǎn)子槽溫度大于250℃(汽輪機子組判斷為溫態(tài)啟動)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%，進行暖管、暖閥，時間為3min，通過調(diào)閥的漏汽進行暖缸、暖軸。

第17步:將高調(diào)門前疏水進一步開至70%，進行暖閥。

第18步:沖轉(zhuǎn)前再次判斷汽輪機及發(fā)電機的系統(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后汽輪機轉(zhuǎn)速小于360 r/min時返回第11步。

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

(1)調(diào)門未開而汽輪機轉(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%測點溫度大于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%測點溫度小于180℃。

以上3個關(guān)主蒸汽門的條件是防止汽輪機發(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，啟動時間加長而不經(jīng)濟。

機組冷態(tài)啟動時，當(dāng)汽輪機子組執(zhí)行到第19步時，運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，汽輪機子組將返回第11步，然后再手動將蒸汽品質(zhì)子回路退出自動。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，汽輪機將升速至暖機轉(zhuǎn)速360 r/min。

機組啟動時，如果高壓內(nèi)缸溫度超過了180℃，在汽輪機子組執(zhí)行到第14步時就可釋放蒸汽品質(zhì)子回路，這樣，關(guān)主蒸汽門的信號就發(fā)不出來，到第19步汽輪機就開始升速;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)至暖機轉(zhuǎn)速。

運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)子回路的時機。在實際應(yīng)用中，操作人員熟練掌握這一過程，可大大縮短汽輪機從沖轉(zhuǎn)到并網(wǎng)的時間，提高機組啟動時的經(jīng)濟性。

3 汽輪機子組斷點設(shè)置

汽輪機子組執(zhí)行步序中設(shè)置4個斷點，目的是使運行操作人員能根據(jù)現(xiàn)場實際情況控制汽輪機組啟動進程。

斷點1:子組執(zhí)行至第19步，汽輪機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)還需運行操作人員決定。操作人員檢查各條件具備，汽輪機子組判斷條件也均滿足，則運行操作人員手動在畫面上釋放蒸汽品質(zhì)子回路，汽輪機將自動沖轉(zhuǎn)至暖機轉(zhuǎn)速360 r/min。

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

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

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

由此看來，汽輪機子組步序執(zhí)行過程中設(shè)置4個斷點是非常恰當(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汽輪機子組，造成設(shè)備損壞;另一方面，4個斷點的設(shè)置，可保證操作人員根據(jù)現(xiàn)場實際操作情況控制汽輪機的沖轉(zhuǎn)、升速及并網(wǎng)。

4 結(jié)束語

西門子公司開發(fā)設(shè)計的汽輪機子組控制系統(tǒng)，具有很強的操作性和實用性，考慮十分周全。汽輪機子組邏輯設(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。運行操作人員經(jīng)過認(rèn)真學(xué)習(xí)并熟練掌握汽輪機子組邏輯條件和步序后，可縮短機組啟動時間，保證機組安全、順利啟動。