西门子T3000型汽轮机组自启动控制步序解析

肖 丽

（国家能源集团九江发电有限公司，江西九江 332000）

0 引言

自启动控制系统的作用，是为了汽轮机能够安全地在尽可能较短的时间内启动，并保证高可用性的经济要求，使得汽轮机和需要启动的辅助系统达到安全，可靠地从停机状态到发电运行状态。DEH（Digital Electric Hydraulic Control System，汽轮机数字电液控制系统）厂家配置的说明书内只简单说明每步序的控制对象，但运行人员对具体判断条件中的反馈信号无从知晓，因此需仔细核实相关逻辑，包括自启动控制原则、热应力的判断准则，对自启动的过程中允许条件、步序判断、温度准则等做出详细的解析及梳理关注的重点和要点，从而全面掌握其核心控制思想，保证机组安全、经济、高效地完成机组冲转到并网带负荷全过程。

1 汽轮机启动过程的温度准则解析

机组设有 TSE（Turbine Stress Evaluator，热应力评估），通过计算汽轮机运行期间阀门、汽缸和转子的最大应力，并与设计的允许限值进行比较，评估出汽轮机启机时允许的温升率，确定最佳的主蒸汽、再热蒸汽参数及汽轮机的转速和负荷变化率，确保主要部件的应力不超限，延长机组的寿命周期。

1.1 温度准则X2

在开启高压调整门之前，为了避免由于饱和蒸汽温度的提高而引起高压调整门过大的温度变化，为高压调整门的开启逻辑专门设置了一个最小温度差值，并要求满足判据条件：θSATMS（饱和主蒸汽温度）＜θ50%mcv（控制阀的阀体平均温度）+X2。

1.2 温度准则X4

在开启高压主汽门之前，为了避免汽轮机末级中出现湿蒸汽，设定了主蒸汽的最小过热度。此准则能够确保主汽门前的主蒸汽充分的过热度：θMS（主蒸汽温度）＞θSATMS（饱和蒸汽温度）+X4。

1.3 温度准则X5

在开启高压调阀前，为了避免高压缸的冷却，设定一个相对于高压汽轮机的温度的最小主蒸汽温度。此准则防止了冲转后汽轮机高压缸出现不必要的冷却：θMS（主蒸汽温度）＞Max（θmHPS（计算的转子平均温度）；θmHPTCSG（汽缸温度））+X5。

1.4 温度准则X6

在开启中压调阀前，为了避免中压汽轮机的冷却，设置相对于中压汽轮机温度的最小过热温度，温度准则X6防止冲转后汽轮机中压缸出现冷却：θHOTREHT（再热蒸汽温度）＞θmIPS（计算的中压转子的平均温度）+X6。

1.5 温度准则X7

在机组加速到额定转速之前，为了使高压汽轮机充分暖机，主蒸汽温度和高压汽轮机的温度相匹配，设定相对于主蒸汽温度的高压汽轮机温度。分X7a/X7b两个准则。

（1）θMS（高压主蒸汽温度）＜θmHPS（计算的整个转子的平均温度）+X7a。

（2）θMS＜θmHPTCSG（汽缸温度）+X7b。

1.6 温度准则X8

在汽轮发电机并网前，为了保证中压汽轮机充分暖机，保证再热蒸汽温度和中压转子的暖机程度十分匹配：θHOTREHT（热再热蒸汽温度）＜θmIPTS（中压转子的平均温度）+X8。

2 启动初始条件解析

自启动前的检查是非常重要的工作，在走程控步序前对整台机组的工况必须进行全面的检查，方可进入下一步。初始的条件汇总如下。

（1）ST CONTROLLER画面中的TSE开关应投入（状态为红色）。

（2）转速/负荷控制开关切为第2模式即负荷控制模式 。注意虽然进行的是转速控制，但选择的为负荷控制模式，原因是原设计处于对于大、小网的区分，分为负荷、转速控制模式，而负荷控制模式下又分有1（转速控制）、2（负荷控制）两种模式，因为大部分电厂无大小网切换，因此选择的是负荷控制模式下的转速控制。

（3）未进行 ATT（Automatic Turbine Trip，汽轮机自动跳闸试验），即TURBINE AUTO画面中ATT试验开关未投入。

（4）FIRST OUT画面中无汽轮机跳闸条件，所有的TRIP SIGNAL信号灯全为绿色且ADD TURBINE PROTECTION灯为绿色（特别注意的是要确保首出的灯中一定至少一个是亮红灯，即未对汽轮机跳闸信号复位过，否则会造成步序进行到步序11时会自动对汽轮机进行打闸）。

（5）ST CONTROLLER画面中 S/UP DEVICE即TAB（Turbine Automatic Base，启动升程限制器）＜0.1%。

（6）转速/负荷控制器输出指令＜0.5%。

（7）FM458控制器正常且控制器输入信号无异常，检查中CONTROLLER NOT OK灯为绿色。如果曾经发过报警在检修人员检修恢复正常后，运行人员除了对报警进行确认外，对于故障安全型卡件还必须使用REINTEGRATION按钮进行复位。如果未复位会造成负荷和转速的闭锁，如果正好转速在临界区则冲转失败打闸归零。

3 启动步序指令动作及检查反馈（空步序为预留接口在此忽略）

3.1 步序1

（1）启动抽气逆止门控制子环，即为TURB EXTRATION画面中的抽气逆止门联锁开关自动投入。

（2）抽气逆止门、高、中压联合汽门、补汽阀、冷再逆止门等7个联锁SLC（Subroutine Lock Control，子程序联锁控制）已投入。

（3）高、中压主汽、调门、补汽阀、冷再逆止门均在关位（各门位置反馈信号＜3%）。

3.2 步序2

投入高压叶片级压力限制控制器、高压排汽温度控制器（判断是否投入）。

3.3 步序3

投入汽轮机疏水控制子环（判断是否投入）。

3.4 步序5

（1）打开高、中压调门、补气阀前左右疏水阀（判断是否到位）。

（2）打开中压调门前左右疏水阀（判断是否到位）。

3.5 步序8

（1）启动汽轮机油泵自检控制子环（根据实际情况，在启机前运行人员已经手动进行油系统试验，因此步序允许条件不会满足，从而不会自动进行油系统试验自检，因此自检控制子环不会自动投入，需要运行人员手动满足该步条件）。

（2）TURBINE LUBE/LIFT OIL画面中左上角的油泵自检试验SGC（Sequence Control，顺序控制系统）已投入。

（3）所有主汽门已关闭（各门位置反馈信号＜3%）。

3.6 步序11

（1）允许释放蒸汽品质按钮（不闭锁该按钮，允许操作）。

（2）复位汽轮机跳闸首出（注意：如果在顺控启动前运行人员复位了跳闸首出，则进行到该步会重新打闸，步序从头开始）。

（3）油系统正常：油泵自检试验SGC已退出且无故障（如故障会显示黄色。该开关在步序8时被手动操作投入，到步序11时必须手动退出）。

（4）汽缸无严重变形检查：高压缸壳体上下50%处的温度信号无故障而且两点温度偏差值≤30℃，中压缸壳体上下50%处的温度信号无故障且两点温度偏差值≤45℃。

（5）辅助系统条件满足（EH油及润滑油系统、轴封系统、凝结水系统均正常）。

（6）蒸汽品质确认按钮已按下或高压调门壳体50%温度＞350℃。注意：在开启主汽门前，锅炉的蒸汽品质由运行人员手动确认，判断是否合格，避免汽轮机由于蒸汽污染产生杂质及沉淀物。如果在步序11未能在步序等待时间内按下蒸汽品质确认按钮，且其他条件满足步序自动进行下去，则系统默认为蒸汽品质不合格，使得步序在11～20循环，从而让主汽门开启又关闭。所以在该步前运行人员必须考虑好是否按下确认按钮。

3.7 步序12

（1）开左、右中压主汽门前疏水阀。

（2）主蒸汽温度、再热蒸汽温度＞360℃或左、右中压主汽门前疏水阀开位。

3.8 步序13

（1）主汽压力信号无故障、主汽温度过热度＞10 K（左右取小值判断）。

（2）中压主汽门前压力信号无故障、再热汽温度过热度＞10 K（左右取小值判断）。

（3）高压暖管完成，再热压暖管完成DCS（Distributed Control System，分布式控制系统）来信号。

（4）X2准则满足（WARM UP VALVES/TSE中显示红灯为条件满足，负值越大表示裕量越大）。

3.9 步序14

开左、右中压主汽前疏水阀（同步序12，再次确认）。

3.10 步序15

（1）设置负荷控制＞15%（为保证带负荷，消除汽轮机无负荷或低负荷时高压缸鼓风的危险，并能实现可靠的同期，必须设定最小负荷值，同时考虑到汽轮机热应力的要求、机组参数，该值不能过大，运行人员在并网前预估热应力的裕量，否则造成汽缸严重变形。因此将初始负荷设置为合理的值。系统默认设置为100 MW）。

（2）TAB置数＞62%。高、中压主汽门开位即阀门开度＞97%（如果TAB被限制未达到62%以上，则主汽门无法开启，DCS维护人员查找TAB被限制原因）。

（3）高排通风阀关到位，可以在TURBINE AUTO TESTRE画面中检查到位信号。

3.11 步序16

（1）判断条件以选择是否执行关闭主汽门。

（2）下列任一条件满足则关闭主汽门后执行步序17：①蒸汽品质未确认，主汽压力＞2 MPa、高压调门壳体50%温度＜210℃、主汽门已全开，延时30 min（汽压＞3 MPa的时候，延时15 min判断）；②蒸汽品质未确认，主汽压力＞2 MPa、高压调门壳体50%温度＞210℃、主汽门已全开；③蒸汽品质未确认，主汽压力＞4 MPa、主汽门已全开；④16～20步序在60 min未完成（或冲转在临界区）。

（3）无关闭主汽门的触发条件直接执行步序17：高压主汽门开位，通风阀关位且无开位。

3.12 步序20

（1）判断条件选择执行步序21还是返回步序11。

（2）执行步序21条件（下列条件均满足）：①真空正常、液压油正常、凝泵运行、闭式水正常、轴封投入自动、盘车无故障、汽机转速＞9.6 r/min、润滑油温正常（该条件类似第11步的辅助系统条件，这是为了保证开启调门前为确保辅助系统正常进行的再一次检查）；②高压主汽门开位、TAB＞62%、限压模式未动作、高压缸保护未动作；③避免汽轮机进湿蒸汽，防止汽缸严重变形：主蒸汽温度过热度、再热蒸汽过热度均＞30 K；高压主汽门壳体50%上下温差＜45℃、中压主汽门壳体50%上下温差＜45℃；④TSC（Thermal Stress Cracking，热应力龟裂）裕度＞30 K，可以在WARM UP VALVES/TSE画面中监视该值（30 K是最低温度裕度，在加速到额定转速过程中，如果因为TSC裕度不够，造成升速率受到限制，从而引发机组重新打闸）；⑤X4，X5，X6准则满足；⑥蒸汽品质确认。

（3）执行返回步序11条件（下列条件均满足）：①汽轮机转速＜390 r/min。TAB＜35%；②高中压主汽门关闭；③蒸汽品质确认（到20步时不论要怎么执行，都必须确认蒸汽品质按钮了）。

3.13 步序21

（1）开启高、中压调整门。

（2）升速到暖机转速 360 r/min（判断转速＞330 r/min）。

（3）转速/负荷控制回路指令＞0.5%。

3.14 步序22

退出蒸汽品质子环。

3.15 步序23

（1）凝汽器压力＜0.12 bar（0.012 MPa）abs。

（2）TSC裕度＞30 K（高压缸壳体100%温度二选计算得来，中压缸壳体100%温度三选计算得来的，2个计算值取小）。

（3）X7准则满足，可以在WARM UP VALVES/TSE画面中监视，红灯为满足条件，数值为负，负值越大表示裕量越大。

（4）中压转子温度＞20℃（中压缸壳体100%温度三取中后计算得来的）。

（5）运行人员在ST CONTROLLER画面中手动释放转速。

3.16 步序25

升速到同步转速3009 r/min（超出额度转速9 r/min，适合发电机在这个速度达到同步）。

3.17 步序26

关闭高、中压主汽门、补气阀前疏水阀及高、中压调整门前疏水阀（判断关位信号）。

3.18 步序27

释放转速子环已退出。

3.19 步序28

电气调压器在自动模式（电气来信号）。

3.20 步序29

（1）TSC裕度＞30 K（同23步，并网前的再次检查）。

（2）X8准则满足，可以在WARM UP VALVES/TSE画面中监视，红灯为满足条件，数值为负，负值越大表示裕量越大。

（3）无励磁故障（电气来信号）。

3.21 步序30

判断励磁已投入、同期运行。

3.22 步序31

准备并网信号送电气。

3.23 步序32

（1）已并网。

（2）TAB指令＞99%。

3.24 步序33

高压旁路已关闭（DCS来信号）。

3.25 步序34

切换为初压控制模式，在ST CONTROLLER画面中，该操作窗口显示2为初压控制模式，即调门交由汽压来控制，压力设定值由运行人员在DCS侧的协调画面给定。当运行人员切回外部负荷控制模式时，压力控制回路回到限压控制模式。

4 结束语

由于西门子SPPA-T3000控制系统的模块化管理各个子功能模式，类似积木搭建，这样针对不同的机型，不同电厂的要求以实现不同的功能，正是这样，所以在启动步序中有些空步序，都是预留的接口，归纳出主要的节点，从图1可以直观地看出步序关键所在。在温度准则中有1～8个准则，而大部分类似机组中未涉及X1，X3准则。对于蒸汽品质的判断是运行人员需要着重注意的点，确认、不确认以及在哪步确认都是决定步序进行的关键要点。

图1 流程

通过对该类汽轮机启动过程的流程梳理和数据规划，在较好掌握了自动启动过程的相关机组信息后，运行人员可依据本文自启动步序的相关解析，结合机组本身特性顺利完成启动工作，缩短机组启动时间。同时DCS维护人员可以参考本文在冲转过程故障时快速判断问题所在，并及时反馈结果，有利于早期发现设备隐患及缺陷，保证了机组安全经济高效地实现从零转速到并网带负荷的全过程。