300 MW 機組中壓缸啟動過程的分析與探討

屠海彪，鄭肖康

（臺州發電廠， 浙江 臺州 318016）

發電技術

300 MW 機組中壓缸啟動過程的分析與探討

屠海彪，鄭肖康

（臺州發電廠， 浙江 臺州 318016）

簡要介紹了臺州發電廠五期工程 N300-16.7/538/538 汽輪機中壓缸啟動過程和特點， 具體分析了啟動階段 DEH 的動作程序及運行操作步驟，重點對機組并網及切缸過程中相關參數的控制及需要注意的問題作了分析與探討，并就完善相關邏輯及操作方法提出建議。

汽輪機；中壓缸啟動；切缸

0 引言

臺州發電廠五期工程 2 臺 300MW 汽輪機是東方汽輪機廠引進日本日立技術生產的，機組型號 N300-16.7/538/538， 為亞臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽、凝汽式汽輪機。 機組 DEH 系統采用OVATION 公司的軟、 硬件平臺和東方汽輪機廠的邏輯和畫面組態，能實現汽輪機的掛閘、沖轉、同期、轉速控制和負荷控制及安全保障等功能。高低壓旁路系統采用兩級串聯布置。高壓旁路容量是額定壓力和溫度下 40%BMCR 流量， 低旁容量是 40%BMCR 流量再加入高壓旁路的減溫水量。旁路系統包括高壓旁路壓力控制閥、高壓旁路噴水控制閥、高壓旁路噴水隔離閥各一個，低壓旁路壓力控制閥、低壓旁路噴水控制閥、低壓旁路噴水隔離閥各一個。旁路系統為南京西海電力設備有 限公司引進德國HORA公司的產品。

機組常規采用中壓缸啟動方式，只有在旁路故障、不能滿足中壓缸啟動情況下可以采用高中壓缸聯合啟動方式。但是高中壓缸聯合啟動方式未經調試，也沒有現成的技術支持，缺乏相關運行數據。日立技術的中壓缸啟動方式具有一定的特殊性，本文根據五期2臺機組數次啟動實踐，對中壓缸啟動的幾個關鍵節點進行分析。

1 高壓缸暖缸、調門預暖

1.1 系統配置及汽源

1.2 高壓缸倒暖

開啟高壓導汽管、高排逆止門前后、高壓缸抽真空閥前、暖缸閥前各疏水門，開啟一抽電動門前疏水門（暖缸 30min 后關閉）； 全開高壓缸暖缸電動二次門，調節暖缸電動一次門至 10%開度，暖缸 30min 后增至 30%開 度， 再暖 缸 20min 后增至 55%開度；高壓缸調節級內壁溫大于 150℃后，立即進行悶缸。這里所說的悶缸與一般意義上的悶缸不同，若此時關閉暖缸閥，調節級內壁溫度將很快下降。應調節暖缸閥維持相對穩定的缸內壓力與內壁溫度，以保證整個汽缸壁的導熱逐漸趨于穩態，減小汽缸內外壁溫差。悶缸時間可按照暖缸前調節級內壁金屬溫度查曲線得到。悶缸結束將高壓缸暖缸一次閥從 55%關至 10%開度并保持 5min。 全開高壓導汽管、 一級抽汽電動門前疏水；關閉高壓缸暖缸二次閥、暖缸一次閥，開啟高壓缸抽真空閥。

1.3 高壓調門蒸汽室預暖

高壓調門蒸汽室預暖是汽輪機冷態啟動中的第二道預暖程序。規程規定當高壓調門蒸汽室內壁或外壁溫度低于 150℃時， 在啟動前、 高壓缸倒暖缸后必須預熱調門蒸汽室，以免啟動時調門蒸汽室遭受過大的熱沖擊。預暖汽源來自于主蒸汽，要求大于 271℃， 預暖時需開啟右側高壓主汽門（MSVR）。 當機組掛閘后， 選擇進入“CV CHEST WARMING”， 則 MSVR 開至 21%， 實際上開啟的是主汽門的預啟閥，主蒸汽經過這個通道進入高壓調門蒸汽室預暖（4 個調門位于同一個蒸汽室），預暖時必須控制內外壁溫差小于 80℃。 當高壓調門蒸汽室外壁溫度大于 180℃以上且內外壁溫差小于 50℃， 或預暖 1 h 后，則認為高壓調門蒸汽室預暖完畢，將汽機脫扣跳閘。

1.4 高壓缸正暖

沖轉階段的高壓缸正暖（HEAT SOAK）是汽輪機冷態啟動中的第三道預暖程序，也是日立技術中的一大特點。 機組沖轉至 1 500 r/min 的過程中， 先由高壓調門控制高壓缸進汽沖轉至 400 r/ min， 鎖定高壓調門的開度， 再開啟中壓調門使轉速升至 1 500 r/min。 其作用有兩點： 一是高壓調門（CV）的少量進汽可以在低轉速下和鼓風摩擦共同加熱高壓缸和高壓轉子；二是隨著轉速的上升，鼓風摩擦加劇，為防止高壓缸過熱，除了通過高壓缸排汽管至凝汽器的抽真空閥使高壓缸內形成一定的真空以減少缸內蒸汽密度外，CV 的少量進汽在高壓缸內流動，通過抽真空閥排至凝汽器，對級內葉片也起到一定的冷卻作用，防止高轉速下鼓風摩擦加劇，造成級內溫度過高損傷葉片。

HEATSOAK 需在中壓缸啟動模式下且汽機轉速小于 100 r/min 時方可投入。 HEATSOAK 投入后， 需在設定轉速目標值＞202 r/min （實際操作中一般設 1 500 r/min）且已經退出摩擦檢查后才真正進入 HEATSOAK 控制， 此時總閥位指令（REF）加上正偏置 20%作為高壓調門閥位指令（CVREF），使高壓調門處于待開狀態；而中壓調門閥位指令則強制為零，保持關閉。隨著汽機轉速給定值的逐步提高，REF 逐漸增大，1～4號高壓調門緩慢開啟，待轉速達到 400 r/min 并穩定后， 自動控制回路發出“SPD400HK”信號， 表示轉速已經穩定在 400 r/min。 SPD400HK 信號會使高壓調門閥位指令自動鎖定在當前值，此時中壓調門閥位指令開始變化， 其值為實時運算的 REF 減去高壓調門閥位指令鎖定時的 REF， 隨著轉速給定值的繼續升高，REF 逐漸增大，此時中壓調門逐漸開大， 直至 1 500 r/min 維持轉速并暖機。 暖機結束后，退出 HEAT SOAK， 高壓調門閥位指令中的20%正偏置被清除， 相當于指令立即減小 20%，高壓調門立即關閉，之后高壓調門閥位指令繼續逐漸減小；而中壓調門閥位指令則是實時的 REF減去高壓調門閥位指令的值，直至高壓調門閥位指令到零后中壓調門閥位指令等于 REF， 回到正常的調門控制模式， 繼續升速至 3 000 r/min 的沖轉過程。

2 機組并網及切缸

2.1 高、 低壓旁路在啟動過程中的自動控制

在國家和內地的支持下，至2016年，90%以上的學校包括邊遠貧困地區學校接入寬帶，西部、民族及貧困地區教育信息化步伐明顯加快，很多西部偏遠山村教學點用上了電腦，走進數字化時代，越來越多的鄉村學校悄然改變。

高、低壓旁路控制在中壓缸啟動過程頗為重要。鍋爐啟動升壓時，旁路可選擇進入啟動方式，高旁自動開至最小閥位 16%。 主汽壓力在 0．3MPa以下均為最小壓力控制方式。隨著蒸發量的增加，為維持此壓力，高旁閥逐漸開大，待閥位大于60%后自動轉為“壓力爬坡”，主汽壓力根據程序控制的壓力設定值上升，到達汽輪機的沖轉壓力后切換到定壓控制模式，啟動方式隨之結束。定壓控制時壓力設定值根據啟動前的狀態自動給定，運行人員也可手動修改，高旁根據壓力設定值維持主汽壓力。切缸后，汽輪機高壓缸開始進汽，壓力下降，高壓旁路開始關閉，直至最小閥位開度。低壓旁路的自動控制相對較簡單，旁路進入啟動方式后開至最小閥位 10%，再由操作員輸入壓力設定值，主汽壓力接近沖轉值時自動給定 1．1 MPa 的設定值 ， 切缸時自動降至0．5 MPa，切缸結束后恢復。

2.2 并網及帶初始負荷

汽輪機轉速達 3 000 r/min 后暖機結束， DEH投入自動同步準備并網， 此時 DEH 會自動接受自動準同期裝置（ASS）的調速指令調整轉速直至并網結束， 并網后 DEH 立即從轉速控制轉變為閥位控制模式， 同時自動增大總閥位指令 REF值，以帶上初始負荷。初始負荷取決于兩個因素，一是蒸汽參數，二是負荷低限。負荷低限由DEH 自動限制， 是為了防止機組并網后汽輪機進汽量太少使負荷太低而導致發電機逆功率保護動作。 機組并網后 REF 立即增大約 3．5%， 如果蒸汽參數高，相應地所帶初始負荷也高。若負荷值已經高于負荷低限，則維持當前閥位，如果仍低于負荷低限，則負荷低限保護動作，自動按0．1%/s 的速度增大 REF 值。所以每次啟動時初始負荷值都是不同的， 且由于 DEH 里設置的負荷低限是 15 MW， 實際的初始負荷值就必定在 15 MW之上。在幾次啟動過程中，因為蒸汽參數低及后續能量不足，并網后負荷低限保護動作，REF 值持續增大直到切缸后才帶上初始負荷。

冷態啟動時，根據冷態啟動的沖轉參數要求， 主汽壓為 6．0 MPa， 再熱汽壓 1．1 MPa， 并網時旁路參與調節維持此壓力值。表1的幾次冷態啟動參數中，高旁、低旁壓力調節閥開度分別約為 70%和 17%， 并網后中壓調門瞬時開大，再熱汽壓跌至 0．2～0．3 MPa， 再熱蒸汽汽源明顯不足，低旁則關至最小開度， 而負荷也僅在 10 MW 左右，造成負荷低限保護動作而使閥位持續增大至切缸。而溫態、熱態啟動由于沖轉、并網參數高，并網后負荷基本都在 15 MW 以上。但如果燃燒量不夠或參數控制不當，也有一并網后就立即切缸的情況（表1 中 080327）。 由于高旁壓力調節閥的流量特性曲線是等百分比特性的， 70%的開度其流通量只有額定的 32%左右。 由此可見， 設定了偏高的負荷低限及旁路的相對蓄能不足是造成提前切缸的主要原因。

2.3 切缸過程的控制

機組并網帶初始負荷后， DEH 控制方式即從轉速控制方式自動轉為閥位控制方式。隨著負荷的增加， 待高壓調門閥位指令 CVREF（此時等于 REF）大于 20%即會自動由中壓缸進汽切換為高中壓缸聯合進汽，不需要操作員的指令。過程如下： 當 CVREF 達到 20%時， DEH 發出切缸指令給順序控制系統 SCS， 隨著 CVREF 的繼續增大，高壓調門逐漸開啟，當4個高壓調門閥位均大于 5%時， SCS 自動開啟高壓缸排汽逆止門，并關閉抽真空閥及其電動隔離閥，切缸過程結束（見圖1）。

3 啟動過程中出現的問題及建議

3.1 閥門實際配置無法滿足倒暖缸的操作要求

表1 機組各次啟動時并網前后的主要參數

圖1 機組并網及切缸過程

根據操作要求，倒暖缸前高壓調門后導汽管疏水閥需關小到 20%開度， 倒暖缸節流閥應該按10%、 30%、 55%的開度逐漸開啟且需調節高壓缸內汽壓，但由于閥門遠方電動操作只能全開或全關，無法在遠方操作時停留在中間位。后來在DCS操作畫面中增加了中停功能，雖然通過人為控制能大致停留在某個開度，但仍無法準確調節，不可避免地會導致缸內壓力的波動，從而影響暖缸的質量。建議將這2個閥門改為調節閥，以方便操作、提高暖缸效果。

3.2 高壓缸排汽逆止門不能嚴密關閉

倒 暖缸 期間 應 維 持高壓缸 內 壓 力 0．39～0．49 MPa， 而實際即使暖缸閥全開也達不到壓力要求，且高壓旁路尚未投用時再熱汽溫度已從冷態的環境溫度開始明顯上升，經分析查證為高壓缸排汽逆止門在強制關閉狀態下仍能正向導通。這種情況導致部分暖缸蒸汽加熱了再熱蒸汽管道，使得暖缸效果大打折扣。

3.3 沖轉過程中出現的正暖缸失敗

在整機調試初期的一次正暖缸（HEATSOAK）過程中， 汽機轉速達 400 r/min 后， 操作員按了“GO”按鈕， 隨著轉速給定值的提高， 高壓調門并沒有鎖定在當前開度而是繼續開大，正暖缸遂告失敗，被迫將汽輪機脫扣重新沖轉。究其原因，當轉速給定值增加到 400 r/min 時， 轉速給定值即被自動閉鎖（HOLD），而實際轉速達 400 r/min后需等“SPD400HK”信號觸發才會閉鎖高壓調門閥位指令，而此等待時間需數分鐘。如果此間人為按了“GO”按鈕， 響應的則是正處于通路的高壓調門閥位指令，高壓調門仍將繼續開大。建議修改相關邏輯，在正暖缸過程中應屏蔽操作員人為解鎖轉速給定值的功能。

3.4 啟動過程中的二次切缸現象

由于機組的切缸與反切缸按照 REF值進行，若并網后投入 DEH 的功率控制， 且鍋爐燃料量與升負荷速率匹配不佳時，為將機組負荷控制在目標值附近，極有可能在切缸后造成反切現象，即要進行二次切缸。如圖2所示，在一次啟動中，由于并網前總燃料量偏低、旁路蓄能不足，并網后 REF 一直增大至 52%才滿足 15 MW 的負荷低限，使得低旁、高旁先后關至最小閥位，并網后2min 增加給煤量， 接著投入 DEH 功率控制 （原閥位控制方式）， 而負荷目標值仍在 17MW， 沒有調高。隨著燃燒量的釋放， REF 不斷減小直至 20%以下，高、低旁又逐漸開大， 高壓缸反切。6min后， 功率目標值不斷調高， REF 按速率穩步增大，又進行了一次切缸過程。對應切缸與反切缸，高壓調節級溫度及高壓排汽口金屬溫度也經歷了“上升——下降——上升”的交變過程， 不僅延誤了開機時間，也有損設備的健康。

圖2 機組啟動過程控制參數不匹配造成的二次切缸

因此在初始負荷暖機后， 建議仍保持 DEH為閥位控制方式， 將總閥位指令設定至 40%以上再加負荷同時完成切缸。只要旁路蓄能充足，此時可以平穩地將旁路能量轉移到汽輪機內，實現閥位、機組功率同步增加，保證汽缸各部分溫度穩步升高，待切缸完成后再投入功率回路或CCS控制。

4 結語

中壓缸啟動方式在大容量機組上已廣泛應用，控制技術已頗為成熟。中壓缸啟動方式解決了大機組缸體暖缸時間與機組啟動速度之間的矛盾，縮短了啟動時間，但暖缸、切缸作為中壓缸啟動中特有的操作，對自動調節與控制系統的配合提出了更高的要求，同時也使操作趨于復雜。從臺州發電廠 2 臺 300 MW 機組的啟動實踐看，中壓缸啟動方式對于減少啟動過程中的設備壽命損耗以及實現機組的節能與快速啟動有實際意義，對同類型機組有一定的借鑒作用。

[1]王 國 清 ．汽 輪 機 設 備 運 行[M]．北 京 ： 中 國 電 力 出 版 社 ，2005．

[2]西 安 電 力 高 等 專 科 學 校．600 MW 火 電 機 組 培 訓 教 材 ：儀控分冊[M]．北京：中國電力出版社，2007．

（本文編輯：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， 浙江臺州人， 工程師， 從事火電廠集控運行工作。