1000 MW超超临界机组DEH特点分析

2010-04-08朱晓星寻新盛锴

湖南电力 2010年1期

朱晓星，寻新，盛锴

(湖南省电力公司试验研究院，湖南长沙410007)

截至2009年9月底，国内已投运的1000 MW超超临界机组达17台，其中11台机组汽轮机为上海汽轮机有限公司引进德国西门子公司技术设计制造的;4台为东方汽轮机厂引进日立公司技术设计制造的;2台为哈尔滨汽轮机厂引进东芝技术设计制造的。可见，上汽引进西门子技术生产的1000 MW超超临界机组汽轮机目前在国内占了绝大多数市场份额，对其配套提供的DEH系统特点进行深入分析，有助于理解其设计思想，有助于早日实现将其纳入DCS、实现国产化。

1 设备概述

徐州彭城电厂三期工程1000 MW机组汽轮机为上汽引进西门子技术生产的N1000-26.25/600/600(TC4F)型超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽汽轮机，采用全周进汽方式，设有2个全开全关型高压主汽门、2个全行程可调的高压调节门、2个全开全关型中压主汽门、2个全行程可调的中压调节门、1个全行程可调的补气阀，无调节级。

DEH系统为上汽配套提供，采用西门子SPPA-T3000分散控制系统，包括3对控制器。所有逻辑组态均为德国西门子公司设计。

2 DEH特点分析

2.1 涵括范围广

纳入DEH系统控制的设备范围大大超过一般机组，涵括了控制油、润滑油、盘车、抽汽、轴封、疏水等汽轮机辅助系统以及ETS功能。这样有利于汽轮机控制的完整性，但也在一定程度上增加了DEH与DCS接口点的数量，增加了整个控制系统的复杂性〔1〕。此外，为适应涵括范围的增多，DEH操作员站也配置了2台，同时通过通讯将主要画面数据传送到DCS，以利于操作员监视和操作。

2.2 SGC程控启停机

通过西门子SPPA-T3000分散控制系统提供的子组控制器 (SGC)、步进 (STEP)、分支(BRANCH)等功能块的组合，以分步程序自动控制的方式实现开疏水门、进行润滑油泵切换试验、判断温度准则、进行主再热蒸汽管道暖管、开主汽门、关高排通风阀、开调门冲转到暖机转速、冲转到额定转速、关疏水门、同期并网的启机全过程以及降负荷、关闭主汽门、发电机解列后跳闸汽机、低转速下启顶轴油泵、开疏水门的停机全过程。整个启机过程包括26个步序，只需要操作员进行确认蒸汽品质、确认暖机结束等有限的几个手动操作，基本实现“一键启机”;整个停机过程包括10个步序。

不足的是没有设计各步序的帮助画面。由于启机步序较多，且完成条件比较复杂，在某条件不满足时SGC会停止进行到下一步，这时若有各步序的帮助画面，将有助于运行人员快速发现不满足的条件，采取相应措施，有助于缩短启机时间。此外，部分逻辑设计过于死板，有待进一步优化。

2.3 ETS 条件较多

与常规600 MW超临界机组相比，该机组ETS条件增加了不少，如发电机定子冷却水流量低低、发电机定子线圈进水温度高、发电机A/B侧漏液液位高、发电机冷氢A/B温度高、发电机励磁机热风温度高、凝汽器水位高、润滑油箱油位过低/过高等。此外，轴振大不触发ETS，而每块瓦的2个瓦振均大时将触发ETS。

2.4 硬件特点

现场9个阀门没有设计LVDT，而是由BALLUFF反馈测量单元直接返回4～20 mA电流信号到DEH，以代表阀门实际开度反馈;也没有设计行程开关，阀门全开全关状态由DEH进行判断:阀门实际开度反馈＞97%则判定为全开，实际开度反馈＜3%则判定为全关;此外，没有设计总的用于ETS跳闸的AST电磁阀，而是在9个阀门上各自设有2个跳闸电磁阀，以24VDC供电，任一失电则关闭对应阀门。

应该指出的是，由于没有LVDT和行程开关，用于代表阀门实际开度的4～20 mA模拟量信号就显得尤为重要，不仅用于DEH软伺服以控制阀门，而且用于判断阀门全开全关状态并据此构成多项重要保护，如送电气的“主汽门全关”信号。如此重要的信号没有设计冗余备用，很可能由于接线松动、现场元件老化损坏等原因而误发信号，影响机组安全。

2.5 临界转速区较宽

由于汽轮机轴系较长，且各段转子临界转速区不完全一样，取并集后临界转速区为660～840 r/min及1 020～2 910 r/min，范围较宽。

应该指出的是，DEH组态中并不禁止将转速目标值设在临界转速区内，但定速临界转速区内会引起实际转速升速率＜预设值而造成SGC程控启机步序直接退回第0步，要求重新启机。调试中应对此逻辑进行完善，禁止将转速目标值设在临界转速区内。

2.6 冲转升速快，调节品质好

冲转时升速率是DEH系统根据应力计算而自动设定的，运行人员无法手动设定。转速自动调节回路硬件上采用FM458快速处理卡件，处理周期达16 ms，可显著提高调节品质。多次统计从860 r/min暖机转速冲到3 009 r/min定速转速，其实际升速率都超过600 r/min2，且定速迅速准确，转速自动调节品质非常好。

2.7 无ETS在线试验

目前一般机组均设计有ETS在线试验功能，以防止润滑油、EH油、凝汽器真空等进ETS保护的重要压力开关拒动，为此还特意增设了ETS在线试验组件。而本机组除“发电机A/B侧漏液液位高”外，其他由现场信号构成的ETS保护均采用模拟量信号在DEH中判断后构成 (包括瓦振大、轴向位移大保护也是由TSI送出模拟量信号到DEH中判断后构成)，故无需进行在线试验，也没有在线试验组件，降低了系统复杂度。

2.8 超速保护设计特点

机组没有设计机械超速，也没有飞锤、OPC电磁阀等设备。仅在DEH机柜中设有2组超速模块，每组3个转速监测设备组成三取二超速保护，任一组超速保护动作均触发ETS执行停机。超速模块带定时自检功能，自检时自动依次将各转速监测设备的输入信号模拟为3 350 r/min，检测对应跳闸继电器是否动作;再模拟为3 250 r/min，检测跳闸继电器是否复位。

此外，DEH系统没有设计常规的超速试验功能和3 090 r/min快关调门的OPC功能，运行人员可设的转速目标值也不能超过3 050 r/min，故超速试验只能通过将超速模块跳闸定值改为低于3 050 r/min的方法模拟完成，因此可在并网前直接进行超速试验甚至不进行超速试验。

2.9 高压缸补气技术

补汽技术是与全周进汽、滑压运行配套的西门子公司特有技术。在原高主门后、高调门前接入全行程可调的补汽阀，从额定 (TMCR)工况以上开始通过补气阀引出一些新蒸汽 (额定进汽量的5%～10%)，经节流降低参数 (蒸汽温度约降低30℃)后进入高压第5级动叶后空间，相当于在高主门后连接的第3个调节阀，可使滑压运行机组在额定流量下进汽压力达到额定值，避免了全周进汽滑压运行模式没有用足蒸汽压力的能力。补气技术使机组不必通过高调门的节流就具备调频功能，可以避免节流损失，而且调频反应速度快，锅炉侧压力波动小;对经济工况与最大工况流量相差大的机组还可明显提高经济性，在补汽阀开启前工况可降低热耗 20 ～35 kJ/kWh〔2〕。

2.10 温度准则制约快速启动

汽轮机设计为快速启动，冷态冲转到带满负荷只需4～5 h，温态为2～3 h，热态约为2 h，极热态仅约1 h〔3〕。但这个过程受到DEH逻辑中的7个温度准则的限制。这些温度准则包括判断主汽温、主汽压是否满足暖阀条件;主汽温、再热汽温是否满足冲转条件;主汽温是否满足低速暖机完成条件;主汽温是否满足并网条件等。可见主汽温在其中最为重要。高负荷时汽轮机跳闸后因直流炉蓄热小的特点，以及电泵出口压力较低而被迫降低主蒸汽压力所带来的主汽温的下降，是本机组汽轮机极热态启动时较难克服的障碍，经常造成温度准则不满足而影响快速启动。