300MW汽輪機高中壓缸啟動高調門問題分析及處理

摘 要：對300MW汽輪機組采用高中壓缸聯合啟動方式下出現的高壓調節汽門在3000轉定速過程中關閉，并網后帶5%初負荷仍未能打開，導致高排壓比低跳機問題進行了分析，研究，提出采取在2900轉時穩定主、再熱蒸汽參數，保證在IV閥位穩定狀態下記憶，合理調整旁路壓力設定值，穩定啟動過程參數，降低主蒸汽壓力，保證高壓調節汽門開度大于預啟閥開啟要求的開度，并網后將控制權移交給負荷控制中心，提出幾條參考意見供遇見類似問題機組參考。

關鍵詞：高中壓缸；高壓調節汽門；再熱蒸汽參數；中壓調節汽門

中圖分類號：TM621.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 18-0000-02

汽輪機啟動方式分為高壓缸啟動、高中壓缸聯合啟動、中壓缸啟動，其中高壓缸啟動為不帶旁路方式，高中壓缸聯合啟動、中壓缸啟動需帶旁路。高壓缸啟動的汽輪機轉速由主汽門或者高壓調節汽門控制，中壓調節汽門掛閘后保持全開，不參與控制，只在機組出現緊急情況時起到保護作用。高中壓缸聯合啟動方式是由高壓主汽門和中壓調節汽門同時控制轉速，先后在定速過程中完成IV-TV到TV的切換以及TV到GV的切換。采用中壓缸啟動的機組，高壓主汽門和高壓調節汽門全關，由中壓調節汽門控制轉速。無論采用哪種控制方式都需要配合旁路來完成機組啟動過程中的主、再熱蒸汽參數調整，以滿足機組啟動過程中轉速控制、并網帶初負荷以及漲負荷等工況的要求。

一、機組概況

內蒙古京泰發電有限責任公司一期工程2×300MW機組采用上海汽輪機廠生產的N300-16.7/538/538型汽輪機，該機型為亞臨界、單軸、中間再熱、雙缸雙排汽、空冷凝汽式汽輪機、東方鍋爐廠生產的DG1089/17.4-Ⅱ1型單汽包、自然循環、循環流化燃燒方式鍋爐以及上海汽輪發電機廠生產的QFSN-300-2型水氫氫三相同步汽輪發電機組成配套的單元發電機。汽輪機數字電液控制（DEH）系統采用艾默生公司的OVATION控制系統。旁路控制采用新華控制工程有限公司設計的簡易旁路控制系統，其主要功能為機組的聯鎖、保護，旁路邏輯等控制功能在DCS內部實現，執行機構均采用進口SIPOS智能電動執行機構。機組默認啟動方式為帶旁路的高中壓缸聯合啟動方式。

二、啟動過程

（一）啟動前檢查

DEH主畫面控制方式選擇操作員自動“ON”，旁路狀態選擇“BYPASS ON”（帶旁路的高中壓缸聯合啟動），同時檢查設定值、升速率、反饋回路等狀態是否正常，掛閘并對閥門狀態進行檢查，對應高中壓缸聯合啟動高壓調節汽門全開，中壓主汽門全開，高壓主汽門全關，中壓調節汽門全關，高排通風閥打開，做好沖轉的準備。

（二）沖轉及并網過程

1.冷態啟動。設定目標轉速為600rpm，升速率為100rpm，6min后轉速升至600rpm，穩定轉速后檢查閥門狀態以及是否有泄漏情況。打閘后轉速降低，進行摩擦檢查。重新掛閘后，IV控制轉速并升速至600rpm，穩定轉速并保持5min左右，進行儀表檢查，大軸偏心0.050mm（要求低于0.076mm才允許繼續升速）。

2.升速至2040rpm。設定目標轉速為2040rpm，升速率可以根據缸溫、振動等參數適當的增加或者降低。此時TV與IV保持一定比例同時打開，高中壓缸同時進汽，汽輪機轉速由高中壓缸共同控制。根據升速率不同會在不同時間段后達到2040rpm。

3.2040rpm中速暖機。暖機60min后，缸脹7.93mm，判斷高中壓缸已經開始膨脹，準備繼續升速（啟動過程中，2040rpm暖機時間視汽輪機缸脹情況來確定，一般缸脹達8mm以上，就認為汽缸已膨脹到位，可以繼續開始升速）。

4.2900rpm第一次閥切換。升速至2900rpm，保持3min，DEH開始記憶此時IV開度并保持當前開度（再熱汽壓變化時，IV會頻繁波動，以維持中壓缸的恒定流量，保證對低壓缸葉片、通流部分的冷卻）。控制方式由TV-IV切換為TV方式。

5.2950rpm第二次閥切換。用TV方式升速至2950rpm，檢查主汽門至高壓調門附近內外壁溫度，大于對應進汽壓力下的飽和溫度，進行TV/GV閥切換。

6.3000rpm定速。用GV方式升速至3000rpm，維持轉速，同時檢查閥門狀態。進行必要的電氣試驗，完成后開始電氣操作并網。按上汽啟動規程要求，在并網前，冷再壓力一定控制不能大于0.828MPa，防止并網后高排溫度過高而跳機。沖轉過程中冷再壓力最好控制在0.6MPa左右并維持，不能發生壓力波動問題。

7.并網。發電機并網后，延時1min，DEH輸出接點，控制高排通風閥關閉，高排壓力建立，汽流頂開高排逆止門（如果高排溫度大于427℃或發電機并網后，延時1min，高缸調節級壓力與高排壓力的比值小于1.734則跳機）。

三、啟動過程中高壓調門開度變化分析

（一）沖轉到2950rpm過程

沖轉至2950rpm時，開始進行TV切換為GV方式切換，在2900rpm進行TV-IV至TV切換過程時，再熱蒸汽壓力波動比較明顯，因為此刻要記憶中壓調門的開度，此后保持該開度，IV退出轉速控制，由TV控制轉速到2950rpm。由圖中可以看出此刻主蒸汽壓力為4.290MPa，熱再熱蒸汽壓力為0.154MPa，切換后GV開度為10.324，大于高壓調門預啟閥開度，高壓缸開始進汽，從此時開始由GV控制轉速，此時主汽壓力、再熱汽壓的變化都有可能導致轉速變化，為了維持3000rpm轉速穩定，GV開度會根據汽壓變化發生小范圍波動，如果變化過大即為不正常現象，應仔細檢查各參數是否穩定，是否在操作規程規定的正常參數范圍內，如果出現參數異常，不可急于并網，等參數穩定后再進行相關電氣操作。

（二）3000rpm定速過程中主汽壓力變化導致GV全關

閥切換完成后沖轉至3000rpm定速，在穩定過程中，主蒸汽壓力繼續增大（從閥切換時的4.290MPa短時間增長至4.630MPa），此時轉速控制完全由高壓調節汽門控制，主汽壓力的變化直接導致GV閥門開度的變化，壓力升高閥門會關小，當閥門開度低于5%時實際已經沒有蒸汽流過閥門，閥門全關，DEH中的流量值FDEM為零，此時中壓調門記錄的閥位使進入中壓缸的蒸汽流量足以維持汽輪機3000rpm轉速，所以高壓調門關閉后一直未打開，轉速穩定在3000rpm，未發現其他異常現象，開始進行并網前檢查工作。

（三）并網后負荷無法增加，高排壓比低跳閘

對汽輪機從3000rpm到并網過程中影響到高壓調節汽門關閉后無法打開的因素進行分析，發現主蒸汽壓力在此過程中持續升高（從閥切換時的4.290MPa增長至5.705MPa），漲幅達到1.5MPa，且在并網后主汽壓力繼續上漲。高壓旁路壓力控制一直在手動方式且設定值未變，主蒸汽壓力增長直接使熱再熱蒸汽流量增加，相當于5%初負荷加載于中壓缸，此時低壓旁路壓力控制使大量熱再熱蒸汽直接進入凝汽器，導致初負荷無法增加。同時高壓調節汽門前蒸汽壓力過大導致閥門前后壓差過大，閥門在壓差作用下開啟更加困難，這也是一個導致閥門無法開啟的可能因素。由于在并網前流量值FDEM為零，增加的5%初負荷的流量值在并網初期的主汽壓力下所產生的開度不足以達到高壓調節汽門的預啟閥開度，導致閥門無法打開，初功率流量無法使閥門開度大于預啟閥開度，閥門無法打開。

在功率無法增加的情況下，起初分析問題方向出現偏差，檢查閥門狀態以及油系統、DEH邏輯等均未發現問題，浪費了大量時間。此時由于高壓缸一直未進汽，導致高排壓比低動作，汽輪機跳閘。

（四）進行檢查、討論后第二次并網成功（見圖5）

汽輪機跳閘后，組織相關技術人員對可能存在的問題進行討論，根據歷史趨勢推斷為定速、并網過程中主蒸汽、再熱蒸汽參數控制不穩，導致在記憶IV閥位和定速過程中高壓調節汽門、中壓調節汽門開度變化比較劇烈。同時對DEH定速、并網邏輯及參數進行仔細檢查，未發現有改動或者不合適部分，維持參數穩定再次定速、并網成功。

四、原因分析及處理方法

經過對整個沖轉、定速、并網過程的分析，發現此次導致機組高壓調節汽門定速后關閉，并網后無法帶初負荷問題最終原因為高壓主蒸汽、熱再熱蒸汽參數波動比較大且總體為上漲趨勢，記憶中壓調門開度時壓力波動導致閥位記憶為較大開度，定速后主蒸汽壓力一直上漲，導致高壓調節汽門開度減小，直至全關，綜合分析提出以下幾點建議：

（1）2900rpm記憶閥位過程中保持高壓蒸汽、熱再熱蒸汽參數穩定，不發生較大波動，保證閥位記憶為準確位置；（2）2950rpm閥門切換過程中主蒸汽壓力可以適當降低，保持閥門切換后高壓調節汽門開度在10%以上；（3）3000rpm定速過程中若發生高壓調節汽門關閉的情況，此時應該通過調節旁路開度降低調節級前壓力，因為此時轉速由高壓調節汽門單獨控制，相同流量的情況下，降低壓力可以使閥門開度增加，只要保證高壓調節汽門開度在10%預啟閥開度之上，并網后就不會造成無法增加負荷的問題；（4）高中壓缸啟動過程中旁路控制比較重要，由于我廠采用的是簡單旁路控制系統，運行人員習慣手動調節壓力、溫度，所以有可能使高旁、低旁壓力控制滯后，導致高壓缸進汽、中壓缸進汽壓力發生變化，建議采用簡單旁路控制系統的機組在啟動過程盡量投入旁路壓力自動，以維持主蒸汽、再熱蒸汽壓力穩定；（5）DEH負荷設定值與實際值在蒸汽參數未達到額定值時偏差比較大，導致運行人員無法預估實際負荷增加量，建議在并網后立即將負荷控制權交由DCS負荷控制中心操作，此時在DCS中輸入的額定負荷百分數，比較直觀反映實際輸入負荷值；（6）如果希望在短時間內排除高壓調節汽門無法打開問題，避免高排壓比低保護動作，可采用開大高壓旁路、低壓旁路調門，同時高壓調門在DEH邏輯中置手動，并輸入10%開度，手動開啟高壓調節汽門，此時應密切關注負荷以及轉速變化，出現異常情況及時打閘停機。

五、結束語

本文對300MW汽輪機采用高中壓缸聯合啟動方式時遇到的高壓調節汽門關閉后無法打開、并網后無法帶初負荷問題進行了系統的分析并提出了解決問題的方法。300MW汽輪機從沖轉、定速、并網到帶初負荷進行的操作以及注意的事項在本文中均作了列舉，可能出現的誤操作以及參數波動導致閥門狀態異常的處理方法都進行了總結。對DEH邏輯進行了簡單的解釋，在一定程度上為同類型機組啟動過程提供了參考。對于采用同類型機組的電廠可能遇到的相同問題有借鑒作用，本文為300MW機組高中壓缸聯合啟動過程中遇到的問題做了系統總結，提出了處理問題的參考意見，可為其他電廠處理類似問題提供借鑒。

參考文獻：

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[3]EMERSON.OVATION3.1.2系列培訓教材[M].艾默生控制系統上海有限公司，2009.

[作者簡介]史民科（1980.08-），男，碩士研究生，研究方向：汽輪機DEH系統。