塔式光熱超高壓雙軸雙轉(zhuǎn)速頻繁啟停汽輪機安裝調(diào)試技術(shù)研究

王云鶴

(中國電建集團核電工程有限公司，濟南 250102)

0 前 言

太陽能熱發(fā)電技術(shù)(CSP)是光熱資源高溫利用的一種，與光伏發(fā)電相比，太陽能熱發(fā)電技術(shù)采用物理方式進行光電轉(zhuǎn)換，增加了配套儲能系統(tǒng)，在陰雨、多云等光效差的條件下，儲能系統(tǒng)可以持續(xù)釋放能量，確保發(fā)電機組運行，保證電能供應的穩(wěn)定性與持久性。

青海共和50 MW塔式光熱發(fā)電項目作為國家第一批光熱發(fā)電示范工程，汽輪發(fā)電機組具有超高轉(zhuǎn)速、啟停頻繁、撓性連接、低位布置等特性。減速箱連接高壓缸及發(fā)電機，是雙中心線施工就位的首臺設(shè)備，起著關(guān)鍵作用，對安裝精度要求高，而傳統(tǒng)的水平尺就位方式，受施工人員影響，存在誤差大的隱患，提出采用激光跟蹤就位找正技術(shù)，有效的控制誤差，提高安裝精度，保證減速箱的安裝質(zhì)量。高壓缸基架位于高壓缸缸體和臺板中間，設(shè)計為撓性連接，在機組正常運行時，可以有效的化解軸向膨脹，安裝過程中發(fā)現(xiàn)撓性板強度不足，不足以支撐安裝部件受力不均勻?qū)е碌闹行木€移位。

在超高壓雙轉(zhuǎn)速頻繁啟停汽輪發(fā)電機組調(diào)試過程中，因該類型機組是國內(nèi)首臺投產(chǎn)的機組，缺乏相關(guān)調(diào)試經(jīng)驗，沒有完善的操作流程。本文針對光熱發(fā)電工程汽輪機機組特性，深入分析設(shè)備特點，基于傳統(tǒng)單中心線找正施工方式，提出以減速箱為中心線分別往兩側(cè)同時施工，研制撓性連接支撐固定裝置，為高壓缸安裝過程中撓性板強度不足提供解決辦法，為光熱發(fā)電工程機組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行提供借鑒。

1 技術(shù)研究要點

1.1 汽輪發(fā)電機雙中心線分段施工技術(shù)

光熱汽輪機采用低位布置，高壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥及再熱主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥分別布置于高壓缸及中壓缸左側(cè)的，所有的連接管道采用水平布置，受汽輪機廠房設(shè)計影響，施工空間狹小，施工工期長。為了滿足安裝工藝要求的前提下，提高施工效率，縮短施工工期，降低施工成本。本次采用汽輪發(fā)電機雙中心線分段施工技術(shù)。

1.1.1方 法

光熱項目汽輪機本體存在兩條中心線，即發(fā)電機-中低壓缸中心線和高壓缸中心線，分別以減速箱內(nèi)上、下聯(lián)軸器為中心線，兩條中心線水平偏差設(shè)計為500 mm。通過減速箱內(nèi)的齒輪進行速度的完美轉(zhuǎn)換達到設(shè)計要求轉(zhuǎn)速，設(shè)計合理、安裝方便，符合光熱汽輪機快速啟動、頻繁啟停、頻繁變換工況的要求。

汽輪機以減速箱為中心，先將其定位后進行精確找正。減速箱就位找正后，分別沿2條中心線向兩側(cè)分段同時施工，極大的縮短了施工工期。

雙中心線分段施工，減速箱前、后兩條中心線的相關(guān)工作可同時開展，施工人員可分開施工，同時為后續(xù)的管道、檢測、保溫等一系列工作節(jié)省工期，克服施工空間狹小工期緊的難題(如圖1)。

1.1.2工作效率

通過雙中心找正技術(shù)研究，縮短了施工工期，降低了施工成本，提高施工效率。減速箱就位后，可以從不同的方向同時施工，較常規(guī)單中心找正施工方式，縮短了施工工期80 d左右，每天可節(jié)省18人工，節(jié)省費用80工日×18人工×300元/工日=432000元，節(jié)省機械成本150 000元。

1.2 激光跟蹤減速箱就位找正技術(shù)

與傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機組不同，機組核心部件增加了減速箱，為德國進口整套設(shè)備，連接高壓缸及發(fā)電機，采用齒輪嚙合減速的原理，擔負著由7244轉(zhuǎn)向3000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變，旋轉(zhuǎn)方向由順時針向逆時針的過渡。減速箱運行過程中要聯(lián)動超高轉(zhuǎn)速的動力輸出，對設(shè)備整體水平調(diào)整精密度要求較高。為提高安裝精度，保證減速箱的安全穩(wěn)定運行，本次采用激光跟蹤減速箱就位找正技術(shù)。

1.2.1方 法

激光跟蹤儀使用原理：激光跟蹤儀是一種高精度的坐標測量系統(tǒng)，激光跟蹤儀的軟件具有完善的"轉(zhuǎn)站"功能，可將跟蹤頭在不同位置測得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到同一坐標系中；利用激光跟蹤儀建立中心坐標系，在汽機平臺上根據(jù)現(xiàn)場情況選定合適的位置架設(shè)好激光跟蹤儀，并選擇合適的坐標中心原點，以汽輪機橫向與軸向作為2條基準坐標軸，自然高度為標高軸，這樣將整個汽輪發(fā)電機平臺包括在所建立的坐標系中，平臺內(nèi)所有目標點都可以通過激光跟蹤儀測量出在坐標系內(nèi)的坐標；減速箱安裝時可進行激光跟蹤儀對選取合適的目標點進行測量，得到各目標點在坐標系內(nèi)的相對位置坐標，根據(jù)計算得出相關(guān)數(shù)據(jù)，與廠家圖紙比對，即可得出偏差。

減速箱是機組的核心部件，是2條中心線的銜接部件，同時也是區(qū)別與傳統(tǒng)機組特有的部分。施工要求嚴格按照廠家要求進行施工，施工的難點在于滿足平整度最大誤差為0.02 mm/m。

減速箱就位找平、找正。利用激光跟蹤儀測量技術(shù)，同時配合使用氣泡水準儀測量，在減速箱的4個角上，廠家設(shè)定了測量點，在靠近2個基準點之一處貼有1個黃色標簽，該標簽表示在工廠已對2個基準點之間的水平進行了測量，其中1個基準點始終為0，因此不包含標簽，另一點始終指的是出廠設(shè)置為單位為mm/m的正值，此處減速箱放置在水平面上。

清潔基準點，使用氣泡水準儀測量并記錄分別在高速軸側(cè)和低速軸側(cè)測量的水平讀數(shù)，將尺子安裝在一側(cè)的基準點上(高速或低速)，將氣泡水準儀放在機殼的中心，對于另一側(cè)的測量，尺子和氣泡水準儀的放置應相同，檢查在安裝平面上測得的相對偏差應與廠家提供的數(shù)值相同。

在每一側(cè)測得的數(shù)值與廠家記錄的數(shù)值之間的相對偏差不得超過0.02 mm/m。測量過程如圖2所示。

減速箱就位找平找正后，再次使用激光跟蹤儀測量驗證，以進一步確保減速箱安裝質(zhì)量。

1.2.2結(jié)果分析

采用激光跟蹤儀輔助測量調(diào)整技術(shù)，解決了減速箱預制水泥墊塊、臺板及設(shè)備平整度精密調(diào)整的難題，提高安裝精度，保證減速箱的安全穩(wěn)定運行。

1.3 撓性連接支撐固定裝置

高壓缸缸體通過貓爪就位于高壓缸基架上，基架底座上焊接了撓性連接板，位于基架前軸承箱兩側(cè)，機組正常運行期間，通過撓性板的前后移動化解軸向膨脹。在高壓缸安裝過程中，撓性板強度不足，出現(xiàn)輕微偏差，找正過程困難。為了研制撓性連接支撐固定裝置，解決高壓缸安裝過程中，撓性板強度不足，保證找正過程中的施工質(zhì)量，擬采用撓性連接支撐固定裝置解決撓性連接高壓缸安裝的技術(shù)難題。

1.3.1方 法

施工過程中，撓性板在不受外力的情況下，高壓缸基架四個角是水平的，安裝高壓缸外下缸后，撓性板會發(fā)生輕微變形，調(diào)整墊片調(diào)整找平后，隨著下缸內(nèi)部部件的安裝，撓性板多次出現(xiàn)輕微變形，且變形量沒有規(guī)律。

制作撓性連接支撐固定裝置，消除安裝過程中的撓性板強度不足的問題。以后基架剛性支撐為基準點，利用鋼管及調(diào)整墊鐵制作支撐裝置，找正過程中，為保證前后基架保持水平，用千斤頂初頂后，通過調(diào)整鋼管上部的調(diào)整墊鐵微調(diào)，根據(jù)不同的工序多次調(diào)整，待扣缸前將調(diào)整墊鐵點焊固定，扣缸完成后拆除撓性連接支撐固定裝置。

制作撓性連接支撐固定裝置，使撓性連接板在安裝過程中不受力，支撐采用厚壁合金鋼管?89×10，每一個位置放置2套，在安裝過程中需要千斤頂支撐配合，高壓缸共有四個支撐，前側(cè)為撓性固定支撐，后側(cè)為剛性支撐，以后側(cè)的剛性支撐為基準點。

找正過程中，為保證前后基架保持水平，用千斤頂初頂后，裝設(shè)厚壁鋼管支撐，鋼管支撐上方放置調(diào)整墊鐵，根據(jù)缸內(nèi)部構(gòu)件安裝情況，通過調(diào)整調(diào)整墊鐵來實現(xiàn)水平，安裝過程中多次調(diào)整；固定裝置保證了將撓性連接板在施工階段脫離，克服了撓性板強度不足的施工難點，待扣缸前將調(diào)整墊鐵點焊固定，扣缸完成后拆除撓性連接支撐固定裝置。高壓缸撓性支撐如圖3所示。

1.3.2結(jié)果分析

采用撓性連接支撐固定裝置，利用千斤頂粗調(diào)，斜墊鐵微調(diào)，克服了撓性連接板施工過程中撓性的缺點，解決了施工階段和設(shè)計銜接問題，保證了高壓缸安裝質(zhì)量，成功攻關(guān)了撓性連接高壓缸安裝的技術(shù)難題。

1.4 超高壓雙轉(zhuǎn)速頻繁啟停汽輪發(fā)電機組調(diào)試技術(shù)

青海共和汽輪發(fā)電機組具有快速啟動、頻繁啟停和快速變負荷、較低負荷連續(xù)運行和運行自動控制方便靈活等要求，調(diào)試難點高、缺乏完整、系統(tǒng)的的調(diào)試操作流程[1]。針對光熱機組汽輪機主要技術(shù)特點，采用設(shè)計數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合試運行期間數(shù)據(jù)為參考，以常規(guī)機組運行參數(shù)為基礎(chǔ)，修改汽輪發(fā)電機及相關(guān)系統(tǒng)運行參數(shù)的設(shè)定值、限定值，并更改其調(diào)試方法，總結(jié)出一套完整、系統(tǒng)、適合光熱項目的汽輪發(fā)電機調(diào)試技術(shù)。

1.4.1方 法

高轉(zhuǎn)速汽輪機組啟動采用針對性“深度調(diào)試”，調(diào)試的兩個階段主要包含以下具體內(nèi)容:

(1) 分系統(tǒng)調(diào)試期間

首先在模擬量控制系統(tǒng)調(diào)試中,對執(zhí)行器按照10%的線性階躍加指令，分別開、關(guān)動作一次，記錄實際反饋值與指令值的偏差，死區(qū)不大于2%，偏差不大于3%。

其次在順序控制系統(tǒng)調(diào)試中,先進行邏輯檢查(功能組和功能子組的實際步序應滿足熱力系統(tǒng)工藝要求)；在傳動試驗中，確保了聯(lián)鎖保護功能正常，最后做聯(lián)鎖保護試驗，讓每個試驗信號從現(xiàn)場測量元件處進行發(fā)送。

最后在主機調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)中,先按造DEH廠家要求完成了仿真試驗，并測定調(diào)速汽門的特性曲線和主機閥門的行程和關(guān)閉時間。

(2) 整套啟動期間

1)首先調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)測試，記錄試驗如下參數(shù)的變化：轉(zhuǎn)速模擬信號，一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速偏差信號、總閥位指令、各油動機行程反饋。然后針對TSI系統(tǒng)進行軸向位移、高缸脹差、低缸脹差等信號應測試，將其線性區(qū)域較好的一段，將量程范圍調(diào)整至該段中；針對ETS進行冗余信號檢查，確認每個跳閘信號采用硬接線接入的方案，配置數(shù)量滿足冗余設(shè)計要求，滿足分散性原則，潤滑油壓低、EH油壓低、真空低信號的配置及保護回路和試驗電磁閥回路正確；最后在機組大聯(lián)鎖保護試驗中：按照設(shè)計功能要求進行機組所有大聯(lián)鎖試驗，并確認SOE記錄及首出正確。熱態(tài)啟動曲線參數(shù)對比見圖4。

2) 沖轉(zhuǎn)運行：首先汽水品質(zhì)嚴格執(zhí)行化學汽水監(jiān)督，并應根據(jù)機、集熱、儲換熱、蒸汽發(fā)生器的的運行配合情況，對廠家提供的啟動參數(shù)和啟動曲線進行調(diào)整，縮短啟動時間，減少設(shè)備熱沖擊。

3) 試驗階段：在機組并網(wǎng)前完成OPC試驗和電超速通道試驗并投入，并網(wǎng)后完成機械超速試驗兩次偏差不大于0.6%，并盡量縮短機組超速時間。測量了主汽門完全關(guān)閉后逆功率的數(shù)值，并根據(jù)測量值修訂保護定值，及延遲時間。

4) 自動投入優(yōu)化階段：熱工自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)定值擾動試驗，動態(tài)最大偏差、穩(wěn)定時間、衰減率符合設(shè)計要求；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)，先進行靜態(tài)檢查，再進行熱值校正回路、開環(huán)試驗，其次進行負荷控制方式、汽機跟隨方式、換熱跟隨方式、手動控制方式的無擾切換試驗，保障機組協(xié)調(diào)系統(tǒng)性能符合設(shè)計要求。

1.4.2結(jié)果分析

針對光熱機組汽輪機主要技術(shù)特點，受制于太陽能受氣候以及晝夜變化影響，采用設(shè)計數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合試運行期間數(shù)據(jù)為參考，以常規(guī)機組運行參數(shù)為基礎(chǔ)，修改汽輪發(fā)電機及相關(guān)系統(tǒng)運行參數(shù)的設(shè)定值、限定值，并更改其調(diào)試方法，總結(jié)出一套完整、系統(tǒng)、適合光熱項目的汽輪發(fā)電機調(diào)試技術(shù)[2-10]。以此來滿足機組頻繁啟停、快速啟動的技術(shù)要求。240 h考核運行中控室現(xiàn)場如圖5所示。

2 結(jié) 語

以青海共和塔式光熱電廠1×50 MW機組項目1號機組汽輪機本體安裝工程為例，研發(fā)了汽輪發(fā)電機雙中心線分段施工技術(shù)，此項技術(shù)可縮短施工工期，提高了施工效率。同時，應用了激光跟蹤減速箱就位找正技術(shù)，提高了安裝質(zhì)量，保證設(shè)備平穩(wěn)運行；研制撓性連接支撐固定裝置，解決了撓性連接高壓缸安裝的技術(shù)難題。研究超高壓雙轉(zhuǎn)速頻繁啟停汽輪發(fā)電機組調(diào)試技術(shù)，為光熱發(fā)電工程機組調(diào)試運行積累了詳實的運行數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。機組調(diào)試啟動后，系統(tǒng)及設(shè)備運行穩(wěn)定，汽輪機最大軸振38.1μm，主要儀表投入率、保護投入率、自動投入率均為100%，汽水品質(zhì)合格，運行穩(wěn)定，各項指標優(yōu)良，確保了機組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。