西門子HMN型660MW汽輪機控制系統子組簡析

田軍讓

(江蘇國信靖江發電有限公司，江蘇 靖江 214513)

0 引言

江蘇國信靖江發電有限公司一期工程建設2臺660MW超超臨界燃煤發電機組，汽輪機為上海汽輪機廠引進西門子技術生產的高中壓分缸HMN型模塊機，汽輪機控制系統采用西門子公司的數字式電液控制系統(SPPA－R3000型)。通過汽輪機子組可自動完成汽輪機掛閘、沖轉、并網、負荷控制和危急遮斷等功能。

1 汽輪機子組應用

1．1 汽輪機應力控制

汽輪機控制中設有汽輪機應力控制器，通過控制裕度來間接控制汽輪機受熱情況，同時兼顧啟動時的經濟性。汽輪機應力控制模式有3種方式可以選擇:慢速、正常、快速。選擇的控制方式不同，裕度控制范圍也發生變化:慢速即裕度控制的范圍小，暖機時間長，啟動時間也長，相對經濟性差;相反，選擇快速能使溫度裕度控制范圍大，暖機時間短，啟動快，經濟性好，但汽輪機的使用壽命會因加熱過快而縮短。選擇哪種方式，主要由運行操作人員依據實際情況手動選擇。

1．2 自動判斷汽輪機啟動狀態

西門子汽輪機子組可自動判斷出汽輪機的冷態、溫態、熱態和極熱態，可依據汽輪機所處的狀態對汽輪機啟動時需滿足的參數、暖機時間等做出具體要求。汽輪機狀態判斷是以高壓轉子溫度來區分的，高速旋轉的轉子溫度無法直接測量，而是根據高壓內缸100%溫度測點來計算高壓轉子溫度，若軸溫度高于400℃，則認為是熱態啟動，要求主蒸汽質量流量大于108 kg/s，否則要求主蒸汽質量流量大于72 kg/s即可。

1．3 自動選擇汽輪機沖轉參數

西門子HMN型660MW汽輪機轉子對主、再熱汽溫的要求，主要是由汽輪機主、再熱蒸汽溫度的保護來決定的，高壓轉子的軸溫對應不同的主、再熱蒸汽溫度保護值，如圖1所示。

圖1 主、再熱蒸汽溫度變量保護

主、再熱蒸汽溫度低定值保護均為370℃。高保護值為定－變－定，即:軸溫低于100℃時，汽溫高保護值為450℃;軸溫高于295℃時，汽溫高保護值為620℃;軸溫為100～295℃時，汽溫高保護值在450～620℃呈線性變化。

(1)汽輪機由盤車轉速升速至暖機轉速(360 r/min)前，要求主、再熱汽溫都高于380℃，過熱度大于30K，X4，X5，X6準則滿足。

(2)汽輪機由暖機轉速升至3 015 r/min前，要求主、再熱汽溫都高于380℃，X7A，X7B準則滿足。

(3)汽輪機定速，發電機并網前，要求2個高壓主蒸汽門前主蒸汽溫度都高于440℃，X8準則滿足。

機組在冷態啟動時，要求主、再熱汽溫為380～450℃，對汽溫控制提出較高的要求。在實際應用中若能嚴格按汽輪機子組每一步序中的等待時間、參數要求來執行，機組啟動的每個環節都是安全的。

1．4 X準則的應用

1．4．1 X1，X2開始暖閥、暖管準則

(1)X1準則:tms＞tmmsv/mcv+X1，主蒸汽溫度應高于主蒸汽門/調閥閥體初始溫度一定值，以防冷卻閥體。

(2)X2準則:tmsats＜tmmcv+X2，主蒸汽飽和溫度應比由調節閥算出的界限曲線數值低一定值，在初始加熱階段(凝結放熱)，可防止高壓閥體因熱應力大(加熱過快)而損壞閥體。1．4．2 X4，X5，X6沖轉準則

(1)X4準則:tms＞tmsats+X4，主蒸汽溫度應比相同壓力下的飽和溫度高一定值，以防濕蒸汽進入汽輪機。

(2)X5準則:tms＞tmHPS/HPC+X5，主蒸汽溫度應高于汽輪機部件(高壓軸 /高壓外缸)溫度一定值，以防冷卻高壓缸。

(3)X6準則:tRHT＞tmEPS+X6，再熱蒸汽溫度應比中壓軸溫高一定值，以防冷卻中壓缸。1．4．3 X7升速準則

(1)X7A準則:tms＜tmHPS+X7A，主蒸汽溫度應低于高壓軸50%測點溫度曲線數值一定值，以防高壓軸加熱過快。

(2)X7B準則:tms＜tmIPS+X7B，主蒸汽溫度應低于中壓軸50%測點溫度曲線數值一定值，以防中壓軸加熱過快。

1．4．4 X8帶負荷準則

tRHT＜tmIPS+X8，再熱蒸汽溫度應比中壓軸溫度計算界限值曲線數值低一定值，以防中壓軸超溫。1．4．5 X9高壓缸再帶負荷準則

tms＜tmHPS+X9，主蒸汽溫度應比高壓軸溫計算出的界限值曲線數值低一定值，以防高壓軸超溫。

2 汽輪機子組啟動時機

運行操作人員啟動汽輪機子組來進行汽輪機沖轉一般有2種情況:一種是當汽輪機沖轉條件已經具備，蒸汽參數和品質合格后的啟動;另一種是當鍋爐點火后，主、再熱蒸汽具有一定的壓力和溫度后就啟動。在熱態或極熱態啟動時，適用于第1種情況;當冷態或溫態啟動時，盡早啟動汽輪機子組比較好，可利用汽輪機子組對汽輪機進行暖管、暖閥。

在邏輯條件滿足后，汽輪機子組第11步至第19步構成一個循環步序，運行操作人員利用該循環步序對汽輪機進行暖管暖閥工作。汽輪機子組第11步到第19步的內容如下:

第11步:在開主蒸汽門前判斷一下蒸汽的參數，包括流量、過熱度、X1/X2準則以及鍋爐是否已經點火。如果高壓主蒸汽閥(2個)與左側高調閥50%測點溫度3取2小于100℃，汽輪機子組判斷為全冷態啟動，僅需滿足鍋爐已點火與 X2準則即可。

第12步:關閉高調閥及過負荷閥前疏水閥。

第13步:升啟動裝置，機掛閘，開主蒸汽門，防止主蒸汽門開后，閥體加熱過快而提前關閉疏水閥。

第14步:保持主蒸汽門開10 s以使閥體短暫地接觸到蒸汽。

第15步:保持主蒸汽門開5min(全冷態啟動時)或高壓轉子槽溫度大于250℃(汽輪機子組判斷為溫態啟動)并再次判斷蒸汽的參數。

第16步:將主蒸汽門前管道疏水拉開并將調閥前疏水閥開至30%，進行暖管、暖閥，時間為3min，通過調閥的漏汽進行暖缸、暖軸。

第17步:將高調門前疏水進一步開至70%，進行暖閥。

第18步:沖轉前再次判斷汽輪機及發電機的系統(油系統、疏水系統、上/下缸溫差、軸封等)是否工作正常。

第19步:等待蒸汽品質子回路的手動釋放，或當所有的主蒸汽門已經關閉且蒸汽品質子回路釋放5 s后汽輪機轉速小于360 r/min時返回第11步。

汽輪機子組邏輯中，主蒸汽門開后，滿足下列任一條件，主蒸汽門會重新關閉:

(1)調門未開而汽輪機轉速大于360 r/min;

(2)主蒸汽門開后5min，主蒸汽壓力大于2 MPa，主蒸汽品質子回路無釋放，高壓內缸100%測點溫度大于180℃;

(3)主蒸汽門開后15min，主蒸汽壓力大于2 MPa，主蒸汽品質子回路無釋放，高壓內缸100%測點溫度小于180℃。

以上3個關主蒸汽門的條件是防止汽輪機發生意外事件:

第(1)條是防止調閥泄漏量過大而造成飛車;

第(2)條是防止高壓缸預暖過快，熱應力大而縮短使用壽命;

第(3)條是防止高壓缸預暖慢，啟動時間加長而不經濟。

機組冷態啟動時，當汽輪機子組執行到第19步時，運行操作人員可以檢查主蒸汽門關閉后再釋放蒸汽品質子回路，5 s以后，汽輪機子組將返回第11步，然后再手動將蒸汽品質子回路退出自動。利用這樣的循環，逐漸將轉子溫度及閥體溫度提高到脆性轉變溫度以上，汽輪機就可以沖轉了。具備沖轉條件，到第19步，直接釋放蒸汽品質子回路，汽輪機將升速至暖機轉速360 r/min。

機組啟動時，如果高壓內缸溫度超過了180℃，在汽輪機子組執行到第14步時就可釋放蒸汽品質子回路，這樣，關主蒸汽門的信號就發不出來，到第19步汽輪機就開始升速;如果高壓轉子槽的平均溫度已大于250℃，則子組在第15步不等待5min而直接向下執行，可在第19步再釋放蒸汽品質子回路，同樣可以沖轉至暖機轉速。

運行操作人員必須清楚主蒸汽門開后又關閉的條件，根據缸溫及軸溫就可合適地選擇釋放蒸汽品質子回路的時機。在實際應用中，操作人員熟練掌握這一過程，可大大縮短汽輪機從沖轉到并網的時間，提高機組啟動時的經濟性。

3 汽輪機子組斷點設置

汽輪機子組執行步序中設置4個斷點，目的是使運行操作人員能根據現場實際情況控制汽輪機組啟動進程。

斷點1:子組執行至第19步，汽輪機子組判斷是否滿足沖轉條件，若沖轉條件滿足，是否沖轉還需運行操作人員決定。操作人員檢查各條件具備，汽輪機子組判斷條件也均滿足，則運行操作人員手動在畫面上釋放蒸汽品質子回路，汽輪機將自動沖轉至暖機轉速360 r/min。

斷點2:子組執行至第23步，汽輪機在暖機轉速下定速暖機，汽輪機子組判斷是否滿足升速條件，是否升速還需運行操作人員決定。操作人員檢查各條件具備，汽輪機子組判斷條件也均滿足，則運行操作人員在畫面上釋放正常轉速子回路，汽輪機將自動升速至3015 r/min。

斷點3:子組執行至第28步，汽輪機子組判斷是否滿足發電機啟勵條件，若發電機啟勵條件滿足，發電機是否加勵磁還需運行操作人員決定。操作人員檢查各條件具備，汽輪機子組判斷條件也均滿足，則運行操作人員手動在畫面上投入同期裝置子回路，進行發電機啟勵。在實際應用中，發電機組定速達3000 r/min后，常常因某些原因不能立即并網，發電機啟勵后空轉時間過長，所以，設置一個人為手動釋放同期塊顯得尤為必要，操作人員可根據實際情況確定發電機啟勵時機。

斷點4:子組執行至第31步，汽輪機子組判斷是否滿足發電機并網條件，若發電機并網條件滿足，運行操作人員檢查各條件具備，則操作人員手動在畫面上將同期裝置切為“自動”，汽輪機子組方可向下執行后續步序進行發電機并網。

由此看來，汽輪機子組步序執行過程中設置4個斷點是非常恰當且十分必要的。一方面可避免操作人員由于某種原因誤啟動汽輪機子組，造成設備損壞;另一方面，4個斷點的設置，可保證操作人員根據現場實際操作情況控制汽輪機的沖轉、升速及并網。

4 結束語

西門子公司開發設計的汽輪機子組控制系統，具有很強的操作性和實用性，考慮十分周全。汽輪機子組邏輯設置將一些較為模糊的條件具體化和數量化，使得操作人員容易接受和操作。運行操作人員經過認真學習并熟練掌握汽輪機子組邏輯條件和步序后，可縮短機組啟動時間，保證機組安全、順利啟動。