超超臨界二次再熱機(jī)組DEH調(diào)試案例分析

蘇偉凱

（濟(jì)南中能電力工程有限公司，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

DEH 控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制通過汽輪機(jī)調(diào)門的蒸汽流量。 汽輪機(jī)控制系統(tǒng)（DEH）將要求的閥位指令信號送至伺服油動機(jī)， 并通過伺服油動機(jī)控制閥門的開度來改變進(jìn)汽量。 DEH 接受來自汽輪機(jī)組的反饋信號（轉(zhuǎn)速、功率、主汽壓力等）及運(yùn)行人員的指令進(jìn)行計(jì)算，發(fā)出輸出信號至伺服油動機(jī)［1］。

汽輪機(jī)安全可靠的啟動是機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。 和一次再熱相比，機(jī)組的啟動參數(shù)更高，系統(tǒng)更復(fù)雜，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的難度更大。 其啟動的難點(diǎn)在于：啟動階段流量低， 需要控制排汽溫度不因鼓風(fēng)發(fā)熱升高；閥門更多，轉(zhuǎn)速控制困難。 目前國內(nèi)生產(chǎn)的百萬千瓦超超臨界一次再熱機(jī)組主要有高壓缸啟動方式、中壓缸啟動方式和高中壓缸聯(lián)合啟動方式［2］。 二次再熱機(jī)組有三缸聯(lián)合啟動、 雙缸啟動和單中壓缸3 種啟動方式。 當(dāng)采用超高壓缸、高壓缸和中壓缸三缸聯(lián)合啟動方式時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)三缸同時(shí)進(jìn)汽，保證機(jī)組各缸受熱均勻。當(dāng)采用雙缸啟動方式時(shí)，機(jī)組在啟動時(shí)切除超高壓缸，主蒸汽全部經(jīng)高壓旁路流通，只通過高壓缸和中壓缸同時(shí)進(jìn)汽。

本文針對某超超臨界二次再熱機(jī)組DEH 調(diào)試問題進(jìn)行分析。

1 閥門卡澀問題

某日 22∶23∶48，機(jī)組負(fù)荷 636.28 MW，機(jī)組投入CCS 協(xié)調(diào)方式運(yùn)行，主汽溫601.18 ℃，一次再熱汽溫596.37 ℃， 二次再熱汽溫 590.12 ℃， 給水流量1 605 t／h，EH 油壓 16.09 MPa，超高調(diào)門 1、超高調(diào)門 2、高調(diào)門1、高調(diào)門2、中調(diào)門1、中調(diào)門2 開度分別為98.37% 、23.07% 、100.25% 、100.18% 、99.98% 、99.98%，1 s 后高調(diào)門1 和中調(diào)門1 發(fā)生快關(guān)（如圖1所示），閥位反饋為0.37%、0.21%。 并且閥門反復(fù)快關(guān)，閥位顯示從0～100%之間快速跳變。 機(jī)組轉(zhuǎn)入汽機(jī)跟隨（TF）控制方式，汽輪機(jī)調(diào)門閥位跳變造成機(jī)組負(fù)荷波動，事件最初發(fā)生時(shí)，機(jī)組負(fù)荷小幅波動至565.44 MW，最大波動至182.73 MW，隨后運(yùn)行人員出于安全考慮打閘停機(jī)。 期間汽機(jī)EH 油壓也發(fā)生波動，最大波動至13.48 MPa。經(jīng)查閱相關(guān)歷史曲線，初步懷疑為閥門流量曲線不匹配或者閥門卡澀原因造成。

圖1 高調(diào)門1 和中調(diào)門1 快關(guān)

通過查看DEH 控制器中邏輯，發(fā)現(xiàn)兩個高調(diào)閥門流量曲線函數(shù)一致， 兩個中調(diào)閥門流量曲線函數(shù)也一致。 如果發(fā)生閥門振蕩，兩側(cè)閥門應(yīng)動作一致，而不會出現(xiàn)單側(cè)振蕩現(xiàn)象。故排除閥門流量曲線函數(shù)設(shè)置的問題。 在 22∶07∶23（如圖 1 所示），超高調(diào)門 1的閥位保持在54.93%持續(xù)了205 s，而高調(diào)門2 的閥位曲線是下降的， 由此判定超高調(diào)門1 有可能發(fā)生了卡澀。而造成閥門卡澀原因有多種，最直接的為伺服閥卡澀。 機(jī)組停運(yùn)后立即對抗燃油進(jìn)行了取樣化驗(yàn)，經(jīng)化驗(yàn)油質(zhì)合格。故排除油質(zhì)不合格導(dǎo)致伺服閥卡澀的因素。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證伺服閥是否存在堵塞等其他問題，對伺服閥進(jìn)行了更換，更換后重新對超高調(diào)門1進(jìn)行閥門校正及線性調(diào)整。 機(jī)組重新啟動并網(wǎng)帶負(fù)荷，調(diào)門開度升至50%以上后，在下降過程中調(diào)門再次發(fā)生卡澀現(xiàn)象。通過對以上原因的再排除，最終確認(rèn)調(diào)門為機(jī)械卡澀。

檢查高調(diào)門和中調(diào)門的快關(guān)邏輯 （如圖2 所示），當(dāng)發(fā)生以下條件（“與”運(yùn)算邏輯）時(shí)，觸發(fā)調(diào)門快關(guān)動作。

1）該調(diào)門未發(fā)生閥門故障，且未達(dá)到高限也未達(dá)到低限。

2） 該調(diào)門的指令減去OSB 折算的反饋偏差小于-25%。

3）該調(diào)門閥位反饋大于3%。

4）該調(diào)門對應(yīng)側(cè)的超高壓調(diào)門發(fā)生快關(guān)動作。

圖2 高調(diào)門和中調(diào)門修改前的快關(guān)邏輯SAMA 圖

當(dāng)超高壓調(diào)門卡澀在100%， 其指令回落時(shí)，指令與反折算的OSB 反饋偏差小于-25%，造成同側(cè)閥門快關(guān)。 為使機(jī)組安全運(yùn)行，經(jīng)和汽輪機(jī)廠商議，將偏差暫時(shí)修改為-50%（如圖3 所示），并增加邏輯判斷，當(dāng)超高調(diào)門1 觸發(fā)偏差動作條件，聯(lián)關(guān)同側(cè)高調(diào)門時(shí)，必須滿足超高調(diào)門1 閥位反饋小于3%且無故障。另外將兩個超高壓調(diào)門的閥限設(shè)定到45%，避免開度過大發(fā)生卡澀。當(dāng)機(jī)組停運(yùn)調(diào)門檢修完畢后，需要將偏差定值再恢復(fù)為-25%，否則當(dāng)發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)有可能造成閥門不關(guān)閉導(dǎo)致超速保護(hù)動作［3］。

圖3 高調(diào)門和中調(diào)門修改后的快關(guān)邏輯SAMA 圖

2 超高壓缸或高壓缸切缸問題

某超超臨界二次再熱機(jī)組提供3 種啟動方式供選擇啟動，有三缸聯(lián)合啟動、雙缸啟動和單中壓缸啟動。如果機(jī)組采取三缸聯(lián)合啟動，當(dāng)超高壓或高壓缸排汽溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值495 ℃時(shí) （超高壓或高壓轉(zhuǎn)子溫度函數(shù)），將切除超高壓缸和高壓缸，關(guān)閉超高壓缸和高壓缸的主汽門和進(jìn)汽調(diào)門， 打開超高排通風(fēng)閥和高排通風(fēng)閥，切換為單中壓缸運(yùn)行模式。由于超高壓缸高壓軸封溢流至高壓缸平衡鼓后作為冷卻汽源，該管路無逆止門，在發(fā)生超高壓缸、高壓缸任一切缸時(shí)，必須將兩個缸一起切除。 通過打開通風(fēng)閥，凝汽器真空抽走汽缸內(nèi)的鼓風(fēng)熱量， 能有效防止超高壓缸或者高壓缸排汽溫度過高。

某日 22∶59∶10， 機(jī)組負(fù)荷 8.33 MW， 主汽壓力11.27 MPa，一次再熱壓力4.61 MPa，二次再熱壓力1.06 MPa，超高壓排汽溫度495.20 ℃，高壓排汽溫度465.80 ℃，超高壓缸和高壓缸反復(fù)切缸兩次（如圖4所示），然后手動打閘停機(jī)。 原因初步判斷為當(dāng)超高壓缸恢復(fù)并缸時(shí)，高壓缸為延時(shí)2 min 恢復(fù)并缸，并未及時(shí)打開調(diào)門， 造成已經(jīng)下降的高壓排汽溫度再次上升。經(jīng)和汽輪機(jī)廠家研討決定，最終將恢復(fù)并缸延時(shí)時(shí)間修改為8 s，邏輯修改后沒有再次出現(xiàn)反復(fù)切缸現(xiàn)象。

圖4 超高壓缸和高壓缸切缸情形一

某日 2∶13∶55，機(jī)組轉(zhuǎn)速 3 012 r／min，沒有并網(wǎng)，主汽壓力11.61 MPa，一次再熱壓力1.97 MPa，二次再熱壓力0.77 MPa，超高壓排汽溫度404.00 ℃，高壓排汽溫度497.70 ℃， 再次發(fā)生超高壓缸切缸和高壓缸切缸（如圖5 所示），當(dāng)超高壓恢復(fù)并缸時(shí)，高壓缸沒有恢復(fù)，經(jīng)檢查邏輯發(fā)現(xiàn)，在引用判斷條件中，有兩條為超高壓調(diào)門1 和2 均全開， 根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況應(yīng)為超高壓主汽門1 和2 全開。 先將邏輯進(jìn)行強(qiáng)制，恢復(fù)高壓缸并缸后，再修改邏輯為超高壓主汽門1和2 全開。邏輯修改后超高壓缸切缸和高壓缸切缸，以及并缸均正常。

圖5 超高壓缸和高壓缸切缸情形二

由于機(jī)組已做完汽輪機(jī)各項(xiàng)試驗(yàn)， 處于熱啟動狀態(tài)，主汽溫低于超高壓轉(zhuǎn)子溫度，鍋爐通流量小，無法再提高蒸汽溫度。 按照常規(guī)思路選擇三缸聯(lián)合啟動。 但由于沖轉(zhuǎn)參數(shù)過高，調(diào)整不及時(shí)，并網(wǎng)沒有快速升負(fù)荷，導(dǎo)致調(diào)門開度過小。由于維持初負(fù)荷并不需要太大的進(jìn)汽量， 葉片鼓風(fēng)摩擦產(chǎn)生的熱量無法通過足夠的蒸汽量被帶走，導(dǎo)致了排汽溫度升高，造成超高壓缸和高壓缸切缸。另外，高壓缸恢復(fù)并缸的邏輯存在錯誤，高壓缸切缸后并未及時(shí)恢復(fù)，造成了超高壓缸反復(fù)切缸并缸。通過以上現(xiàn)象，反映出運(yùn)行人員對待應(yīng)急問題的應(yīng)對不足， 熱控人員也缺乏對此部分的控制認(rèn)識。當(dāng)機(jī)組處于熱態(tài)或極熱態(tài)，可以采取高壓缸中壓缸雙缸啟動， 避免超高壓缸的切缸問題。 但是雙缸啟動有可能會造成機(jī)組振動參數(shù)過大，增加不穩(wěn)定因素，加大運(yùn)行人員的操作難度。故并網(wǎng)后應(yīng)盡量快速帶負(fù)荷 （尤其是機(jī)組沖轉(zhuǎn)參數(shù)過高時(shí)），保持調(diào)門較高開度，保持汽輪機(jī)較大的通流量，減少葉片鼓風(fēng)摩擦產(chǎn)生的熱量，避免排汽溫度的升高。 如果超高壓缸或高壓缸切缸后沒有恢復(fù)并缸，可以手動投入順控回路開啟。 機(jī)組在切缸過程中， 由于進(jìn)汽調(diào)門迅速關(guān)閉使汽缸內(nèi)瞬間失汽，導(dǎo)致超高壓缸和高壓缸軸封漏汽至低壓軸封供汽中斷，軸封壓力迅速降低，如果軸封調(diào)節(jié)不好，機(jī)組會真空惡化，可手動調(diào)整軸封，保證機(jī)組正常的軸封供汽［4］。

3 結(jié)束語

超超臨界二次再熱機(jī)組增加了汽缸個數(shù)， 提升了主蒸汽壓力，進(jìn)一步降低了汽輪機(jī)熱耗，與此同時(shí)也增加了啟動控制操作難度。 二次再熱機(jī)組有其本身獨(dú)特的運(yùn)行操作方式和聯(lián)鎖保護(hù)邏輯， 應(yīng)對其熟練掌握，并開展模擬演練，增強(qiáng)事故處理的快速性、準(zhǔn)確性，最終保證機(jī)組的可靠性運(yùn)行。