西门子HMN型660MW汽轮机控制系统子组简析

2012-07-30田军让

综合智慧能源 2012年7期

田军让

(江苏国信靖江发电有限公司，江苏靖江 214513)

0 引言

江苏国信靖江发电有限公司一期工程建设2台660MW超超临界燃煤发电机组，汽轮机为上海汽轮机厂引进西门子技术生产的高中压分缸HMN型模块机，汽轮机控制系统采用西门子公司的数字式电液控制系统(SPPA－R3000型)。通过汽轮机子组可自动完成汽轮机挂闸、冲转、并网、负荷控制和危急遮断等功能。

1 汽轮机子组应用

1．1 汽轮机应力控制

汽轮机控制中设有汽轮机应力控制器，通过控制裕度来间接控制汽轮机受热情况，同时兼顾启动时的经济性。汽轮机应力控制模式有3种方式可以选择:慢速、正常、快速。选择的控制方式不同，裕度控制范围也发生变化:慢速即裕度控制的范围小，暖机时间长，启动时间也长，相对经济性差;相反，选择快速能使温度裕度控制范围大，暖机时间短，启动快，经济性好，但汽轮机的使用寿命会因加热过快而缩短。选择哪种方式，主要由运行操作人员依据实际情况手动选择。

1．2 自动判断汽轮机启动状态

西门子汽轮机子组可自动判断出汽轮机的冷态、温态、热态和极热态，可依据汽轮机所处的状态对汽轮机启动时需满足的参数、暖机时间等做出具体要求。汽轮机状态判断是以高压转子温度来区分的，高速旋转的转子温度无法直接测量，而是根据高压内缸100%温度测点来计算高压转子温度，若轴温度高于400℃，则认为是热态启动，要求主蒸汽质量流量大于108 kg/s，否则要求主蒸汽质量流量大于72 kg/s即可。

1．3 自动选择汽轮机冲转参数

西门子HMN型660MW汽轮机转子对主、再热汽温的要求，主要是由汽轮机主、再热蒸汽温度的保护来决定的，高压转子的轴温对应不同的主、再热蒸汽温度保护值，如图1所示。

图1 主、再热蒸汽温度变量保护

主、再热蒸汽温度低定值保护均为370℃。高保护值为定－变－定，即:轴温低于100℃时，汽温高保护值为450℃;轴温高于295℃时，汽温高保护值为620℃;轴温为100～295℃时，汽温高保护值在450～620℃呈线性变化。

(1)汽轮机由盘车转速升速至暖机转速(360 r/min)前，要求主、再热汽温都高于380℃，过热度大于30K，X4，X5，X6准则满足。

(2)汽轮机由暖机转速升至3 015 r/min前，要求主、再热汽温都高于380℃，X7A，X7B准则满足。

(3)汽轮机定速，发电机并网前，要求2个高压主蒸汽门前主蒸汽温度都高于440℃，X8准则满足。

机组在冷态启动时，要求主、再热汽温为380～450℃，对汽温控制提出较高的要求。在实际应用中若能严格按汽轮机子组每一步序中的等待时间、参数要求来执行，机组启动的每个环节都是安全的。

1．4 X准则的应用

1．4．1 X1，X2开始暖阀、暖管准则

(1)X1准则:tms＞tmmsv/mcv+X1，主蒸汽温度应高于主蒸汽门/调阀阀体初始温度一定值，以防冷却阀体。

(2)X2准则:tmsats＜tmmcv+X2，主蒸汽饱和温度应比由调节阀算出的界限曲线数值低一定值，在初始加热阶段(凝结放热)，可防止高压阀体因热应力大(加热过快)而损坏阀体。1．4．2 X4，X5，X6冲转准则

(1)X4准则:tms＞tmsats+X4，主蒸汽温度应比相同压力下的饱和温度高一定值，以防湿蒸汽进入汽轮机。

(2)X5准则:tms＞tmHPS/HPC+X5，主蒸汽温度应高于汽轮机部件(高压轴 /高压外缸)温度一定值，以防冷却高压缸。

(3)X6准则:tRHT＞tmEPS+X6，再热蒸汽温度应比中压轴温高一定值，以防冷却中压缸。1．4．3 X7升速准则

(1)X7A准则:tms＜tmHPS+X7A，主蒸汽温度应低于高压轴50%测点温度曲线数值一定值，以防高压轴加热过快。

(2)X7B准则:tms＜tmIPS+X7B，主蒸汽温度应低于中压轴50%测点温度曲线数值一定值，以防中压轴加热过快。

1．4．4 X8带负荷准则

tRHT＜tmIPS+X8，再热蒸汽温度应比中压轴温度计算界限值曲线数值低一定值，以防中压轴超温。1．4．5 X9高压缸再带负荷准则

tms＜tmHPS+X9，主蒸汽温度应比高压轴温计算出的界限值曲线数值低一定值，以防高压轴超温。

2 汽轮机子组启动时机

运行操作人员启动汽轮机子组来进行汽轮机冲转一般有2种情况:一种是当汽轮机冲转条件已经具备，蒸汽参数和品质合格后的启动;另一种是当锅炉点火后，主、再热蒸汽具有一定的压力和温度后就启动。在热态或极热态启动时，适用于第1种情况;当冷态或温态启动时，尽早启动汽轮机子组比较好，可利用汽轮机子组对汽轮机进行暖管、暖阀。

在逻辑条件满足后，汽轮机子组第11步至第19步构成一个循环步序，运行操作人员利用该循环步序对汽轮机进行暖管暖阀工作。汽轮机子组第11步到第19步的内容如下:

第11步:在开主蒸汽门前判断一下蒸汽的参数，包括流量、过热度、X1/X2准则以及锅炉是否已经点火。如果高压主蒸汽阀(2个)与左侧高调阀50%测点温度3取2小于100℃，汽轮机子组判断为全冷态启动，仅需满足锅炉已点火与 X2准则即可。

第12步:关闭高调阀及过负荷阀前疏水阀。

第13步:升启动装置，机挂闸，开主蒸汽门，防止主蒸汽门开后，阀体加热过快而提前关闭疏水阀。

第14步:保持主蒸汽门开10 s以使阀体短暂地接触到蒸汽。

第15步:保持主蒸汽门开5min(全冷态启动时)或高压转子槽温度大于250℃(汽轮机子组判断为温态启动)并再次判断蒸汽的参数。

第16步:将主蒸汽门前管道疏水拉开并将调阀前疏水阀开至30%，进行暖管、暖阀，时间为3min，通过调阀的漏汽进行暖缸、暖轴。

第17步:将高调门前疏水进一步开至70%，进行暖阀。

第18步:冲转前再次判断汽轮机及发电机的系统(油系统、疏水系统、上/下缸温差、轴封等)是否工作正常。

第19步:等待蒸汽品质子回路的手动释放，或当所有的主蒸汽门已经关闭且蒸汽品质子回路释放5 s后汽轮机转速小于360 r/min时返回第11步。

汽轮机子组逻辑中，主蒸汽门开后，满足下列任一条件，主蒸汽门会重新关闭:

(1)调门未开而汽轮机转速大于360 r/min;

(2)主蒸汽门开后5min，主蒸汽压力大于2 MPa，主蒸汽品质子回路无释放，高压内缸100%测点温度大于180℃;

(3)主蒸汽门开后15min，主蒸汽压力大于2 MPa，主蒸汽品质子回路无释放，高压内缸100%测点温度小于180℃。

以上3个关主蒸汽门的条件是防止汽轮机发生意外事件:

第(1)条是防止调阀泄漏量过大而造成飞车;

第(2)条是防止高压缸预暖过快，热应力大而缩短使用寿命;

第(3)条是防止高压缸预暖慢，启动时间加长而不经济。

机组冷态启动时，当汽轮机子组执行到第19步时，运行操作人员可以检查主蒸汽门关闭后再释放蒸汽品质子回路，5 s以后，汽轮机子组将返回第11步，然后再手动将蒸汽品质子回路退出自动。利用这样的循环，逐渐将转子温度及阀体温度提高到脆性转变温度以上，汽轮机就可以冲转了。具备冲转条件，到第19步，直接释放蒸汽品质子回路，汽轮机将升速至暖机转速360 r/min。

机组启动时，如果高压内缸温度超过了180℃，在汽轮机子组执行到第14步时就可释放蒸汽品质子回路，这样，关主蒸汽门的信号就发不出来，到第19步汽轮机就开始升速;如果高压转子槽的平均温度已大于250℃，则子组在第15步不等待5min而直接向下执行，可在第19步再释放蒸汽品质子回路，同样可以冲转至暖机转速。

运行操作人员必须清楚主蒸汽门开后又关闭的条件，根据缸温及轴温就可合适地选择释放蒸汽品质子回路的时机。在实际应用中，操作人员熟练掌握这一过程，可大大缩短汽轮机从冲转到并网的时间，提高机组启动时的经济性。

3 汽轮机子组断点设置

汽轮机子组执行步序中设置4个断点，目的是使运行操作人员能根据现场实际情况控制汽轮机组启动进程。

断点1:子组执行至第19步，汽轮机子组判断是否满足冲转条件，若冲转条件满足，是否冲转还需运行操作人员决定。操作人员检查各条件具备，汽轮机子组判断条件也均满足，则运行操作人员手动在画面上释放蒸汽品质子回路，汽轮机将自动冲转至暖机转速360 r/min。

断点2:子组执行至第23步，汽轮机在暖机转速下定速暖机，汽轮机子组判断是否满足升速条件，是否升速还需运行操作人员决定。操作人员检查各条件具备，汽轮机子组判断条件也均满足，则运行操作人员在画面上释放正常转速子回路，汽轮机将自动升速至3015 r/min。

断点3:子组执行至第28步，汽轮机子组判断是否满足发电机启励条件，若发电机启励条件满足，发电机是否加励磁还需运行操作人员决定。操作人员检查各条件具备，汽轮机子组判断条件也均满足，则运行操作人员手动在画面上投入同期装置子回路，进行发电机启励。在实际应用中，发电机组定速达3000 r/min后，常常因某些原因不能立即并网，发电机启励后空转时间过长，所以，设置一个人为手动释放同期块显得尤为必要，操作人员可根据实际情况确定发电机启励时机。

断点4:子组执行至第31步，汽轮机子组判断是否满足发电机并网条件，若发电机并网条件满足，运行操作人员检查各条件具备，则操作人员手动在画面上将同期装置切为“自动”，汽轮机子组方可向下执行后续步序进行发电机并网。

由此看来，汽轮机子组步序执行过程中设置4个断点是非常恰当且十分必要的。一方面可避免操作人员由于某种原因误启动汽轮机子组，造成设备损坏;另一方面，4个断点的设置，可保证操作人员根据现场实际操作情况控制汽轮机的冲转、升速及并网。