600 MW 火電機組汽輪機冷態(tài)啟動自動鎖閥程序優(yōu)化

唐 田

（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東揭陽 515223）

0 引言

某電廠1 號、2 號機組汽輪機（以下簡稱“汽機”）、鍋爐、發(fā)電機均由東方汽輪機廠（以下簡稱“東汽”）制造，額定出力為600 MW，控制系統(tǒng)采用ABB 的SYMPHONY。1 號、2 號機組默認啟動方式為中壓缸啟動，汽機高、低壓旁路故障時可選擇高壓缸啟動方式。在機組并網前，閥門指令由轉速回路控制，其設定點為給定轉速，給定轉速與實際轉速之差，經PID 調節(jié)器運算后通過伺服系統(tǒng)控制油動機開度，使實際轉速跟隨給定轉速變化。升速過程中通常對汽輪機進行中速暖機，以減少熱應力。

按照設計，選擇汽機冷態(tài)啟動及中壓缸啟動模式下，在汽機掛閘、主汽門打開后，允許投入“HEAT SOAK”功能，當機組打閘或暖機結束后“HEAT SOCK”功能復位。在汽機轉速升至400 r/min 之前，中壓調門關閉，由高壓調門微開控制機組升速，超過400 r/min時DEH（Digital Electro-Hydraulic，汽輪機數(shù)字電液控制）邏輯將高調門鎖定當前開度、同時解鎖中調門，由中調門接受DEH 指令改變開度控制汽輪機轉速，沖轉至1500 r/min 后保持暖機4 h。若蒸汽參數(shù)及汽機本體各溫度已達到沖轉至3000 r/min 的要求，增加目標轉速，閥位參考增加，當中壓調門閥位指令大于高壓調門閥位指令時，暖機結束，“HEAT SOAK”復位，此時高壓調門關閉，汽機轉速完全由中壓調門控制（實際過程中，中壓調門閥位指令不會大于高壓調門閥位指令，在機組轉速達到3000 r/min 后，由運行人員打閘復位“HEAT SOAK”）。如果暖機不成功（1500 r/min 期間溫升速率太快或太慢），汽機打閘再掛閘重新投入“HEAT SOAK”。

1 暖機鎖閥存在的問題

東汽啟動說明書關于機組冷態(tài)啟動時汽輪機沖轉蒸汽參數(shù)見表1。機組從投產調試前至投產后多次冷態(tài)啟動實踐中發(fā)現(xiàn)，直流鍋爐在啟動工況下汽溫、汽壓難以達到一個平衡點：當主、再熱汽溫滿足要求時主汽壓力偏低、難以滿足要求；當汽壓符合要求時汽溫超過了規(guī)定溫度、高于500 ℃時，即使采取多種調整和控制汽溫的手段，如汽機旁路配合調節(jié)、燃燒調整、增大啟動流量等措施，也難以同時滿足汽溫、壓力的要求。因此，在保證機組安全的前提下機組采用了降壓啟動的方式，當汽輪機壓力為5～7 MPa 時就開始沖轉，相應的蒸汽參數(shù)見表1。

表1 機組冷態(tài)啟動時汽輪機沖轉蒸汽的相關參數(shù)

采用降壓沖轉后，中速暖閥依然存在下列問題：汽機冷態(tài)啟動時，DEH 手動啟動方式是按照汽機制造廠啟動運行說明書沖轉參數(shù)設計的，當參數(shù)滿足要求、轉速達到400 r/min 時，邏輯將閥位參考鎖定為當前值，DEH 根據當前鎖定指令和轉速回路指令的取小值來對高調門閥位進行控制。暖機過程中的閥位鎖定及閥位控制流程如圖1 所示。

圖1 中各功能塊及條件說明：

圖1 閥位鎖定及閥位控制流程

（1）“T”為模擬量跟蹤切換功能塊，S1 為跟蹤對象1，S2 為跟蹤對象2，S3 為切換條件：當S3 為數(shù)字開關量“0”時輸出跟蹤S1，當S3 為數(shù)字開關量“1”時輸出跟蹤S2。

（2）“TP”為脈沖功能塊。

（3）“V≮”為速度限制塊。

（4）“SR”為SR 觸發(fā)器，復位優(yōu)先。

（5）“閥位參考值”指汽機全部高壓調閥閥位的給定對應值。

（6）“手動模式”指機組啟動階段，“閥位參考值”跟蹤的目標值由運行人員手動設定。

（7）“自動模式”指機組啟動階段，“閥位參考值”跟蹤轉速回路計算的目標設定值。

（8）“暖機結束”指當機組的中調門指令大于高調門指令，機組開始沖轉時，暖機結束。

（9）“手動模式”指閥位指令的閥位參考值是由運行人員手動設定。

（10）“自動模式”指閥位指令的閥位參考值是由DEH 回路自動設定。

當汽機沖轉壓力低于規(guī)定值時，按DEH 手動啟動方式設計，當轉速達到400 r/min 時鎖定閥位參考值來進行閥位鎖定，將造成閥位開度較設計值偏大，使機組升速暖機過程中，出現(xiàn)汽輪機高壓缸熱應力、熱變形、脹差、內外缸溫差增大、高壓缸排汽口溫度超溫等損害汽機壽命的現(xiàn)象，嚴重影響機組安全運行。

為了避免上述危害，在實際操作過程中當高調門閥位基本上滿足沖轉需求時，運行人員根據經驗聯(lián)系熱控人員將“HEAT SOAK”的轉速觸發(fā)閾值由400 r/min 修改為當前轉速值，提前觸發(fā)“HEAT SOAK”，將高調門閥位鎖定，然后再將機組切到自動模式，由中調門控制機組按照目標轉速沖轉。在此操作過程中，如果運行人員鎖閥時閥位開度較小，將會出現(xiàn)暖機時間過長的現(xiàn)象；如果閥位開度較大，則會出現(xiàn)溫升過快或金屬溫度偏差大等影響機組安全的情況，此時就需要進行打閘然后重新沖轉再次執(zhí)行中速暖機。因此，只要運行人員判斷不準確、閥位鎖定不合適，輕則延長機組啟動時間、增加啟機過程的水耗、煤耗和汽耗，重則損害汽機設備，影響汽機的運行安全。

2 鎖閥程序優(yōu)化方案

為了提高機組冷態(tài)啟動時的安全性和可靠性，避免人為操作不當?shù)炔豢煽匾蛩睾秃侠砜s短機組啟動時間、降低能耗，熱控人員對閥位鎖定相關邏輯進行了優(yōu)化改造，將手、自動控制相結合。程序改造方案如下：

（1）在畫面和程序中添加手動鎖閥按鈕，當閥位大致滿足暖機沖轉要求時，由運行人員在操作界面上手動點擊鎖閥按鈕鎖定進行操作，同時增加閥位鎖定投入閉鎖條件，只有在暖機過程中才允許投入。

（2）在畫面和程序中增加手動參考值偏置功能塊，同時增加鎖閥投入閉鎖，當“HEAT SOAK”投入并進行鎖閥操作后，才可在鎖定閥位的基礎上進行偏置調節(jié)，根據機組暖機情況合理調控高調閥開度大小，控制暖機速度，并增加偏置區(qū)間限制防止人為誤操作，當暖機結束或機組打閘后偏置閉鎖（圖2）。出現(xiàn)汽輪機高壓缸熱應力、熱變形、脹差、內外缸溫差增大、高壓缸排汽口溫度超溫等損害汽機壽命的現(xiàn)象，嚴重影響機組安全運行。

圖2 優(yōu)化后控制流程

關于圖2 中“REMSET”偏置塊的說明：當S5 為數(shù)字開關量“0”時輸出跟蹤S6 加上手動偏置，為數(shù)字開關量“1”時輸出跟蹤S6；其他功能塊作用和條件說明與圖1 一致。

3 程序優(yōu)化改造后的運行狀況

優(yōu)化后的閥位鎖定程序在中速暖機過程中得到了良好應用，縮短暖機時間的同時解決了機組啟動過程的安全問題，避免閥位鎖定不當對機組的安全危害，使機組能按照設計溫升曲線對機組進行暖機，同時還可以降低暖機期間的能耗，具體優(yōu)化效果見表2（數(shù)據源于優(yōu)化前后5 次啟機平均統(tǒng)計數(shù)據）。

表2 程序優(yōu)化前后暖機過程時間能耗比較

4 結語

改造后的汽機冷態(tài)啟動程序采用手動與自動相結合的控制方式，優(yōu)化了DEH 手動啟動的控制方式，使電廠在對沖轉參數(shù)的選擇方面更具靈活性，打破了DEH 手動啟動控制方式設計的局限性和僵化性。對閥位增加偏置手動調節(jié)后，可以根據機組沖轉暖機情況做到精準鎖閥，避免了閥位開度鎖定不當導致的高壓缸熱應力、熱變形、脹差、內外缸溫差增大、高壓缸排汽口溫度超溫等各項危險。另外，通過一次鎖閥精細調節(jié)，可以避免鎖閥不準造成的多次打閘重新沖轉，進而有效縮短啟機時間、降低啟機能耗。