300 MW 机组中压缸启动过程的分析与探讨

屠海彪，郑肖康

（台州发电厂， 浙江 台州 318016）

发电技术

300 MW 机组中压缸启动过程的分析与探讨

屠海彪，郑肖康

（台州发电厂， 浙江 台州 318016）

简要介绍了台州发电厂五期工程 N300-16.7/538/538 汽轮机中压缸启动过程和特点， 具体分析了启动阶段 DEH 的动作程序及运行操作步骤，重点对机组并网及切缸过程中相关参数的控制及需要注意的问题作了分析与探讨，并就完善相关逻辑及操作方法提出建议。

汽轮机；中压缸启动；切缸

0 引言

台州发电厂五期工程 2 台 300MW 汽轮机是东方汽轮机厂引进日本日立技术生产的，机组型号 N300-16.7/538/538， 为亚临界、一次中间再热、双缸双排汽、凝汽式汽轮机。 机组 DEH 系统采用OVATION 公司的软、 硬件平台和东方汽轮机厂的逻辑和画面组态，能实现汽轮机的挂闸、冲转、同期、转速控制和负荷控制及安全保障等功能。高低压旁路系统采用两级串联布置。高压旁路容量是额定压力和温度下 40%BMCR 流量， 低旁容量是 40%BMCR 流量再加入高压旁路的减温水量。旁路系统包括高压旁路压力控制阀、高压旁路喷水控制阀、高压旁路喷水隔离阀各一个，低压旁路压力控制阀、低压旁路喷水控制阀、低压旁路喷水隔离阀各一个。旁路系统为南京西海电力设备有 限公司引进德国HORA公司的产品。

机组常规采用中压缸启动方式，只有在旁路故障、不能满足中压缸启动情况下可以采用高中压缸联合启动方式。但是高中压缸联合启动方式未经调试，也没有现成的技术支持，缺乏相关运行数据。日立技术的中压缸启动方式具有一定的特殊性，本文根据五期2台机组数次启动实践，对中压缸启动的几个关键节点进行分析。

1 高压缸暖缸、调门预暖

1.1 系统配置及汽源

1.2 高压缸倒暖

开启高压导汽管、高排逆止门前后、高压缸抽真空阀前、暖缸阀前各疏水门，开启一抽电动门前疏水门（暖缸 30min 后关闭）； 全开高压缸暖缸电动二次门，调节暖缸电动一次门至 10%开度，暖缸 30min 后增至 30%开 度， 再暖 缸 20min 后增至 55%开度；高压缸调节级内壁温大于 150℃后，立即进行闷缸。这里所说的闷缸与一般意义上的闷缸不同，若此时关闭暖缸阀，调节级内壁温度将很快下降。应调节暖缸阀维持相对稳定的缸内压力与内壁温度，以保证整个汽缸壁的导热逐渐趋于稳态，减小汽缸内外壁温差。闷缸时间可按照暖缸前调节级内壁金属温度查曲线得到。闷缸结束将高压缸暖缸一次阀从 55%关至 10%开度并保持 5min。 全开高压导汽管、 一级抽汽电动门前疏水；关闭高压缸暖缸二次阀、暖缸一次阀，开启高压缸抽真空阀。

1.3 高压调门蒸汽室预暖

高压调门蒸汽室预暖是汽轮机冷态启动中的第二道预暖程序。规程规定当高压调门蒸汽室内壁或外壁温度低于 150℃时， 在启动前、 高压缸倒暖缸后必须预热调门蒸汽室，以免启动时调门蒸汽室遭受过大的热冲击。预暖汽源来自于主蒸汽，要求大于 271℃， 预暖时需开启右侧高压主汽门（MSVR）。 当机组挂闸后， 选择进入“CV CHEST WARMING”， 则 MSVR 开至 21%， 实际上开启的是主汽门的预启阀，主蒸汽经过这个通道进入高压调门蒸汽室预暖（4 个调门位于同一个蒸汽室），预暖时必须控制内外壁温差小于 80℃。 当高压调门蒸汽室外壁温度大于 180℃以上且内外壁温差小于 50℃， 或预暖 1 h 后，则认为高压调门蒸汽室预暖完毕，将汽机脱扣跳闸。

1.4 高压缸正暖

冲转阶段的高压缸正暖（HEAT SOAK）是汽轮机冷态启动中的第三道预暖程序，也是日立技术中的一大特点。 机组冲转至 1 500 r/min 的过程中， 先由高压调门控制高压缸进汽冲转至 400 r/ min， 锁定高压调门的开度， 再开启中压调门使转速升至 1 500 r/min。 其作用有两点： 一是高压调门（CV）的少量进汽可以在低转速下和鼓风摩擦共同加热高压缸和高压转子；二是随着转速的上升，鼓风摩擦加剧，为防止高压缸过热，除了通过高压缸排汽管至凝汽器的抽真空阀使高压缸内形成一定的真空以减少缸内蒸汽密度外，CV 的少量进汽在高压缸内流动，通过抽真空阀排至凝汽器，对级内叶片也起到一定的冷却作用，防止高转速下鼓风摩擦加剧，造成级内温度过高损伤叶片。

HEATSOAK 需在中压缸启动模式下且汽机转速小于 100 r/min 时方可投入。 HEATSOAK 投入后， 需在设定转速目标值＞202 r/min （实际操作中一般设 1 500 r/min）且已经退出摩擦检查后才真正进入 HEATSOAK 控制， 此时总阀位指令（REF）加上正偏置 20%作为高压调门阀位指令（CVREF），使高压调门处于待开状态；而中压调门阀位指令则强制为零，保持关闭。随着汽机转速给定值的逐步提高，REF 逐渐增大，1～4号高压调门缓慢开启，待转速达到 400 r/min 并稳定后， 自动控制回路发出“SPD400HK”信号， 表示转速已经稳定在 400 r/min。 SPD400HK 信号会使高压调门阀位指令自动锁定在当前值，此时中压调门阀位指令开始变化， 其值为实时运算的 REF 减去高压调门阀位指令锁定时的 REF， 随着转速给定值的继续升高，REF 逐渐增大，此时中压调门逐渐开大， 直至 1 500 r/min 维持转速并暖机。 暖机结束后，退出 HEAT SOAK， 高压调门阀位指令中的20%正偏置被清除， 相当于指令立即减小 20%，高压调门立即关闭，之后高压调门阀位指令继续逐渐减小；而中压调门阀位指令则是实时的 REF减去高压调门阀位指令的值，直至高压调门阀位指令到零后中压调门阀位指令等于 REF， 回到正常的调门控制模式， 继续升速至 3 000 r/min 的冲转过程。

2 机组并网及切缸

2.1 高、 低压旁路在启动过程中的自动控制

在国家和内地的支持下，至2016年，90%以上的学校包括边远贫困地区学校接入宽带，西部、民族及贫困地区教育信息化步伐明显加快，很多西部偏远山村教学点用上了电脑，走进数字化时代，越来越多的乡村学校悄然改变。

高、低压旁路控制在中压缸启动过程颇为重要。锅炉启动升压时，旁路可选择进入启动方式，高旁自动开至最小阀位 16%。 主汽压力在 0．3MPa以下均为最小压力控制方式。随着蒸发量的增加，为维持此压力，高旁阀逐渐开大，待阀位大于60%后自动转为“压力爬坡”，主汽压力根据程序控制的压力设定值上升，到达汽轮机的冲转压力后切换到定压控制模式，启动方式随之结束。定压控制时压力设定值根据启动前的状态自动给定，运行人员也可手动修改，高旁根据压力设定值维持主汽压力。切缸后，汽轮机高压缸开始进汽，压力下降，高压旁路开始关闭，直至最小阀位开度。低压旁路的自动控制相对较简单，旁路进入启动方式后开至最小阀位 10%，再由操作员输入压力设定值，主汽压力接近冲转值时自动给定 1．1 MPa 的设定值 ， 切缸时自动降至0．5 MPa，切缸结束后恢复。

2.2 并网及带初始负荷

汽轮机转速达 3 000 r/min 后暖机结束， DEH投入自动同步准备并网， 此时 DEH 会自动接受自动准同期装置（ASS）的调速指令调整转速直至并网结束， 并网后 DEH 立即从转速控制转变为阀位控制模式， 同时自动增大总阀位指令 REF值，以带上初始负荷。初始负荷取决于两个因素，一是蒸汽参数，二是负荷低限。负荷低限由DEH 自动限制， 是为了防止机组并网后汽轮机进汽量太少使负荷太低而导致发电机逆功率保护动作。 机组并网后 REF 立即增大约 3．5%， 如果蒸汽参数高，相应地所带初始负荷也高。若负荷值已经高于负荷低限，则维持当前阀位，如果仍低于负荷低限，则负荷低限保护动作，自动按0．1%/s 的速度增大 REF 值。所以每次启动时初始负荷值都是不同的， 且由于 DEH 里设置的负荷低限是 15 MW， 实际的初始负荷值就必定在 15 MW之上。在几次启动过程中，因为蒸汽参数低及后续能量不足，并网后负荷低限保护动作，REF 值持续增大直到切缸后才带上初始负荷。

冷态启动时，根据冷态启动的冲转参数要求， 主汽压为 6．0 MPa， 再热汽压 1．1 MPa， 并网时旁路参与调节维持此压力值。表1的几次冷态启动参数中，高旁、低旁压力调节阀开度分别约为 70%和 17%， 并网后中压调门瞬时开大，再热汽压跌至 0．2～0．3 MPa， 再热蒸汽汽源明显不足，低旁则关至最小开度， 而负荷也仅在 10 MW 左右，造成负荷低限保护动作而使阀位持续增大至切缸。而温态、热态启动由于冲转、并网参数高，并网后负荷基本都在 15 MW 以上。但如果燃烧量不够或参数控制不当，也有一并网后就立即切缸的情况（表1 中 080327）。 由于高旁压力调节阀的流量特性曲线是等百分比特性的， 70%的开度其流通量只有额定的 32%左右。 由此可见， 设定了偏高的负荷低限及旁路的相对蓄能不足是造成提前切缸的主要原因。

2.3 切缸过程的控制

机组并网带初始负荷后， DEH 控制方式即从转速控制方式自动转为阀位控制方式。随着负荷的增加， 待高压调门阀位指令 CVREF（此时等于 REF）大于 20%即会自动由中压缸进汽切换为高中压缸联合进汽，不需要操作员的指令。过程如下： 当 CVREF 达到 20%时， DEH 发出切缸指令给顺序控制系统 SCS， 随着 CVREF 的继续增大，高压调门逐渐开启，当4个高压调门阀位均大于 5%时， SCS 自动开启高压缸排汽逆止门，并关闭抽真空阀及其电动隔离阀，切缸过程结束（见图1）。

3 启动过程中出现的问题及建议

3.1 阀门实际配置无法满足倒暖缸的操作要求

表1 机组各次启动时并网前后的主要参数

图1 机组并网及切缸过程

根据操作要求，倒暖缸前高压调门后导汽管疏水阀需关小到 20%开度， 倒暖缸节流阀应该按10%、 30%、 55%的开度逐渐开启且需调节高压缸内汽压，但由于阀门远方电动操作只能全开或全关，无法在远方操作时停留在中间位。后来在DCS操作画面中增加了中停功能，虽然通过人为控制能大致停留在某个开度，但仍无法准确调节，不可避免地会导致缸内压力的波动，从而影响暖缸的质量。建议将这2个阀门改为调节阀，以方便操作、提高暖缸效果。

3.2 高压缸排汽逆止门不能严密关闭

倒 暖缸 期间 应 维 持高压缸 内 压 力 0．39～0．49 MPa， 而实际即使暖缸阀全开也达不到压力要求，且高压旁路尚未投用时再热汽温度已从冷态的环境温度开始明显上升，经分析查证为高压缸排汽逆止门在强制关闭状态下仍能正向导通。这种情况导致部分暖缸蒸汽加热了再热蒸汽管道，使得暖缸效果大打折扣。

3.3 冲转过程中出现的正暖缸失败

在整机调试初期的一次正暖缸（HEATSOAK）过程中， 汽机转速达 400 r/min 后， 操作员按了“GO”按钮， 随着转速给定值的提高， 高压调门并没有锁定在当前开度而是继续开大，正暖缸遂告失败，被迫将汽轮机脱扣重新冲转。究其原因，当转速给定值增加到 400 r/min 时， 转速给定值即被自动闭锁（HOLD），而实际转速达 400 r/min后需等“SPD400HK”信号触发才会闭锁高压调门阀位指令，而此等待时间需数分钟。如果此间人为按了“GO”按钮， 响应的则是正处于通路的高压调门阀位指令，高压调门仍将继续开大。建议修改相关逻辑，在正暖缸过程中应屏蔽操作员人为解锁转速给定值的功能。

3.4 启动过程中的二次切缸现象

由于机组的切缸与反切缸按照 REF值进行，若并网后投入 DEH 的功率控制， 且锅炉燃料量与升负荷速率匹配不佳时，为将机组负荷控制在目标值附近，极有可能在切缸后造成反切现象，即要进行二次切缸。如图2所示，在一次启动中，由于并网前总燃料量偏低、旁路蓄能不足，并网后 REF 一直增大至 52%才满足 15 MW 的负荷低限，使得低旁、高旁先后关至最小阀位，并网后2min 增加给煤量， 接着投入 DEH 功率控制 （原阀位控制方式）， 而负荷目标值仍在 17MW， 没有调高。随着燃烧量的释放， REF 不断减小直至 20%以下，高、低旁又逐渐开大， 高压缸反切。6min后， 功率目标值不断调高， REF 按速率稳步增大，又进行了一次切缸过程。对应切缸与反切缸，高压调节级温度及高压排汽口金属温度也经历了“上升——下降——上升”的交变过程， 不仅延误了开机时间，也有损设备的健康。

图2 机组启动过程控制参数不匹配造成的二次切缸

因此在初始负荷暖机后， 建议仍保持 DEH为阀位控制方式， 将总阀位指令设定至 40%以上再加负荷同时完成切缸。只要旁路蓄能充足，此时可以平稳地将旁路能量转移到汽轮机内，实现阀位、机组功率同步增加，保证汽缸各部分温度稳步升高，待切缸完成后再投入功率回路或CCS控制。

4 结语

中压缸启动方式在大容量机组上已广泛应用，控制技术已颇为成熟。中压缸启动方式解决了大机组缸体暖缸时间与机组启动速度之间的矛盾，缩短了启动时间，但暖缸、切缸作为中压缸启动中特有的操作，对自动调节与控制系统的配合提出了更高的要求，同时也使操作趋于复杂。从台州发电厂 2 台 300 MW 机组的启动实践看，中压缸启动方式对于减少启动过程中的设备寿命损耗以及实现机组的节能与快速启动有实际意义，对同类型机组有一定的借鉴作用。

[1]王 国 清 ．汽 轮 机 设 备 运 行[M]．北 京 ： 中 国 电 力 出 版 社 ，2005．

[2]西 安 电 力 高 等 专 科 学 校．600 MW 火 电 机 组 培 训 教 材 ：仪控分册[M]．北京：中国电力出版社，2007．

（本文编辑：徐 晗）

Analysis and Discussion on the MP Cylinder Start-up Process of 300 MW Unit

TU Hai-biao， ZHENG Xiao-kang
（Taizhou Power Plant， Taizhou Zhejiang 318016， China）

The paper briefly introduces the MP cylinder start-up′s process and characteristics of the N300-16.7/538/538 steam turbines in Taizhou Power Plant′s Phase V projects.DEH action procedure and operation steps in start-up stage are analyzed specifically.Parameter control and considerations in the process of unit′s synchronization and cylinder transfer are mainly analyzed and discussed， and some proposas on improving logic and operationmethods are presented.

steam turbine； MP cylinder start-up； cylinder transfer

TK267

： B

： 1007-1881（2010）06-0023-04

2009-08-19

屠海彪（1975- ），男， 浙江台州人， 工程师， 从事火电厂集控运行工作。