朱曉星，尋新，盛鍇

(湖南省電力公司試驗(yàn)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

截至2009年9月底，國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的1000 MW超超臨界機(jī)組達(dá)17臺(tái)，其中11臺(tái)機(jī)組汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)德國(guó)西門子公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的;4臺(tái)為東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)日立公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的;2臺(tái)為哈爾濱汽輪機(jī)廠引進(jìn)東芝技術(shù)設(shè)計(jì)制造的?？梢?jiàn)，上汽引進(jìn)西門子技術(shù)生產(chǎn)的1000 MW超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)目前在國(guó)內(nèi)占了絕大多數(shù)市場(chǎng)份額，對(duì)其配套提供的DEH系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行深入分析，有助于理解其設(shè)計(jì)思想，有助于早日實(shí)現(xiàn)將其納入DCS、實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。

1 設(shè)備概述

徐州彭城電廠三期工程1000 MW機(jī)組汽輪機(jī)為上汽引進(jìn)西門子技術(shù)生產(chǎn)的N1000-26.25/600/600(TC4F)型超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽汽輪機(jī)，采用全周進(jìn)汽方式，設(shè)有2個(gè)全開全關(guān)型高壓主汽門、2個(gè)全行程可調(diào)的高壓調(diào)節(jié)門、2個(gè)全開全關(guān)型中壓主汽門、2個(gè)全行程可調(diào)的中壓調(diào)節(jié)門、1個(gè)全行程可調(diào)的補(bǔ)氣閥，無(wú)調(diào)節(jié)級(jí)。

DEH系統(tǒng)為上汽配套提供，采用西門子SPPA-T3000分散控制系統(tǒng)，包括3對(duì)控制器。所有邏輯組態(tài)均為德國(guó)西門子公司設(shè)計(jì)。

2 DEH特點(diǎn)分析

2.1 涵括范圍廣

納入DEH系統(tǒng)控制的設(shè)備范圍大大超過(guò)一般機(jī)組，涵括了控制油、潤(rùn)滑油、盤車、抽汽、軸封、疏水等汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)以及ETS功能。這樣有利于汽輪機(jī)控制的完整性，但也在一定程度上增加了DEH與DCS接口點(diǎn)的數(shù)量，增加了整個(gè)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性〔1〕。此外，為適應(yīng)涵括范圍的增多，DEH操作員站也配置了2臺(tái)，同時(shí)通過(guò)通訊將主要畫面數(shù)據(jù)傳送到DCS，以利于操作員監(jiān)視和操作。

2.2 SGC程控啟停機(jī)

通過(guò)西門子SPPA-T3000分散控制系統(tǒng)提供的子組控制器 (SGC)、步進(jìn) (STEP)、分支(BRANCH)等功能塊的組合，以分步程序自動(dòng)控制的方式實(shí)現(xiàn)開疏水門、進(jìn)行潤(rùn)滑油泵切換試驗(yàn)、判斷溫度準(zhǔn)則、進(jìn)行主再熱蒸汽管道暖管、開主汽門、關(guān)高排通風(fēng)閥、開調(diào)門沖轉(zhuǎn)到暖機(jī)轉(zhuǎn)速、沖轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速、關(guān)疏水門、同期并網(wǎng)的啟機(jī)全過(guò)程以及降負(fù)荷、關(guān)閉主汽門、發(fā)電機(jī)解列后跳閘汽機(jī)、低轉(zhuǎn)速下啟頂軸油泵、開疏水門的停機(jī)全過(guò)程。整個(gè)啟機(jī)過(guò)程包括26個(gè)步序，只需要操作員進(jìn)行確認(rèn)蒸汽品質(zhì)、確認(rèn)暖機(jī)結(jié)束等有限的幾個(gè)手動(dòng)操作，基本實(shí)現(xiàn)“一鍵啟機(jī)”;整個(gè)停機(jī)過(guò)程包括10個(gè)步序。

不足的是沒(méi)有設(shè)計(jì)各步序的幫助畫面。由于啟機(jī)步序較多，且完成條件比較復(fù)雜，在某條件不滿足時(shí)SGC會(huì)停止進(jìn)行到下一步，這時(shí)若有各步序的幫助畫面，將有助于運(yùn)行人員快速發(fā)現(xiàn)不滿足的條件，采取相應(yīng)措施，有助于縮短啟機(jī)時(shí)間。此外，部分邏輯設(shè)計(jì)過(guò)于死板，有待進(jìn)一步優(yōu)化。

2.3 ETS 條件較多

與常規(guī)600 MW超臨界機(jī)組相比，該機(jī)組ETS條件增加了不少，如發(fā)電機(jī)定子冷卻水流量低低、發(fā)電機(jī)定子線圈進(jìn)水溫度高、發(fā)電機(jī)A/B側(cè)漏液液位高、發(fā)電機(jī)冷氫A/B溫度高、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)熱風(fēng)溫度高、凝汽器水位高、潤(rùn)滑油箱油位過(guò)低/過(guò)高等。此外，軸振大不觸發(fā)ETS，而每塊瓦的2個(gè)瓦振均大時(shí)將觸發(fā)ETS。

2.4 硬件特點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)9個(gè)閥門沒(méi)有設(shè)計(jì)LVDT，而是由BALLUFF反饋測(cè)量單元直接返回4～20 mA電流信號(hào)到DEH，以代表閥門實(shí)際開度反饋;也沒(méi)有設(shè)計(jì)行程開關(guān)，閥門全開全關(guān)狀態(tài)由DEH進(jìn)行判斷:閥門實(shí)際開度反饋＞97%則判定為全開，實(shí)際開度反饋＜3%則判定為全關(guān);此外，沒(méi)有設(shè)計(jì)總的用于ETS跳閘的AST電磁閥，而是在9個(gè)閥門上各自設(shè)有2個(gè)跳閘電磁閥，以24VDC供電，任一失電則關(guān)閉對(duì)應(yīng)閥門。

應(yīng)該指出的是，由于沒(méi)有LVDT和行程開關(guān)，用于代表閥門實(shí)際開度的4～20 mA模擬量信號(hào)就顯得尤為重要，不僅用于DEH軟伺服以控制閥門，而且用于判斷閥門全開全關(guān)狀態(tài)并據(jù)此構(gòu)成多項(xiàng)重要保護(hù)，如送電氣的“主汽門全關(guān)”信號(hào)。如此重要的信號(hào)沒(méi)有設(shè)計(jì)冗余備用，很可能由于接線松動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)元件老化損壞等原因而誤發(fā)信號(hào)，影響機(jī)組安全。

2.5 臨界轉(zhuǎn)速區(qū)較寬

由于汽輪機(jī)軸系較長(zhǎng)，且各段轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速區(qū)不完全一樣，取并集后臨界轉(zhuǎn)速區(qū)為660～840 r/min及1 020～2 910 r/min，范圍較寬。

應(yīng)該指出的是，DEH組態(tài)中并不禁止將轉(zhuǎn)速目標(biāo)值設(shè)在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)，但定速臨界轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)會(huì)引起實(shí)際轉(zhuǎn)速升速率＜預(yù)設(shè)值而造成SGC程控啟機(jī)步序直接退回第0步，要求重新啟機(jī)。調(diào)試中應(yīng)對(duì)此邏輯進(jìn)行完善，禁止將轉(zhuǎn)速目標(biāo)值設(shè)在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)。

2.6 沖轉(zhuǎn)升速快，調(diào)節(jié)品質(zhì)好

沖轉(zhuǎn)時(shí)升速率是DEH系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)力計(jì)算而自動(dòng)設(shè)定的，運(yùn)行人員無(wú)法手動(dòng)設(shè)定。轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)回路硬件上采用FM458快速處理卡件，處理周期達(dá)16 ms，可顯著提高調(diào)節(jié)品質(zhì)。多次統(tǒng)計(jì)從860 r/min暖機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)_到3 009 r/min定速轉(zhuǎn)速，其實(shí)際升速率都超過(guò)600 r/min2，且定速迅速準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)非常好。

2.7 無(wú)ETS在線試驗(yàn)

目前一般機(jī)組均設(shè)計(jì)有ETS在線試驗(yàn)功能，以防止?jié)櫥汀H油、凝汽器真空等進(jìn)ETS保護(hù)的重要壓力開關(guān)拒動(dòng)，為此還特意增設(shè)了ETS在線試驗(yàn)組件。而本機(jī)組除“發(fā)電機(jī)A/B側(cè)漏液液位高”外，其他由現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)構(gòu)成的ETS保護(hù)均采用模擬量信號(hào)在DEH中判斷后構(gòu)成 (包括瓦振大、軸向位移大保護(hù)也是由TSI送出模擬量信號(hào)到DEH中判斷后構(gòu)成)，故無(wú)需進(jìn)行在線試驗(yàn)，也沒(méi)有在線試驗(yàn)組件，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度。

2.8 超速保護(hù)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

機(jī)組沒(méi)有設(shè)計(jì)機(jī)械超速，也沒(méi)有飛錘、OPC電磁閥等設(shè)備。僅在DEH機(jī)柜中設(shè)有2組超速模塊，每組3個(gè)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)設(shè)備組成三取二超速保護(hù)，任一組超速保護(hù)動(dòng)作均觸發(fā)ETS執(zhí)行停機(jī)。超速模塊帶定時(shí)自檢功能，自檢時(shí)自動(dòng)依次將各轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)設(shè)備的輸入信號(hào)模擬為3 350 r/min，檢測(cè)對(duì)應(yīng)跳閘繼電器是否動(dòng)作;再模擬為3 250 r/min，檢測(cè)跳閘繼電器是否復(fù)位。

此外，DEH系統(tǒng)沒(méi)有設(shè)計(jì)常規(guī)的超速試驗(yàn)功能和3 090 r/min快關(guān)調(diào)門的OPC功能，運(yùn)行人員可設(shè)的轉(zhuǎn)速目標(biāo)值也不能超過(guò)3 050 r/min，故超速試驗(yàn)只能通過(guò)將超速模塊跳閘定值改為低于3 050 r/min的方法模擬完成，因此可在并網(wǎng)前直接進(jìn)行超速試驗(yàn)甚至不進(jìn)行超速試驗(yàn)。

2.9 高壓缸補(bǔ)氣技術(shù)

補(bǔ)汽技術(shù)是與全周進(jìn)汽、滑壓運(yùn)行配套的西門子公司特有技術(shù)。在原高主門后、高調(diào)門前接入全行程可調(diào)的補(bǔ)汽閥，從額定 (TMCR)工況以上開始通過(guò)補(bǔ)氣閥引出一些新蒸汽 (額定進(jìn)汽量的5%～10%)，經(jīng)節(jié)流降低參數(shù) (蒸汽溫度約降低30℃)后進(jìn)入高壓第5級(jí)動(dòng)葉后空間，相當(dāng)于在高主門后連接的第3個(gè)調(diào)節(jié)閥，可使滑壓運(yùn)行機(jī)組在額定流量下進(jìn)汽壓力達(dá)到額定值，避免了全周進(jìn)汽滑壓運(yùn)行模式?jīng)]有用足蒸汽壓力的能力。補(bǔ)氣技術(shù)使機(jī)組不必通過(guò)高調(diào)門的節(jié)流就具備調(diào)頻功能，可以避免節(jié)流損失，而且調(diào)頻反應(yīng)速度快，鍋爐側(cè)壓力波動(dòng)小;對(duì)經(jīng)濟(jì)工況與最大工況流量相差大的機(jī)組還可明顯提高經(jīng)濟(jì)性，在補(bǔ)汽閥開啟前工況可降低熱耗 20 ～35 kJ/kWh〔2〕。

2.10 溫度準(zhǔn)則制約快速啟動(dòng)

汽輪機(jī)設(shè)計(jì)為快速啟動(dòng)，冷態(tài)沖轉(zhuǎn)到帶滿負(fù)荷只需4～5 h，溫態(tài)為2～3 h，熱態(tài)約為2 h，極熱態(tài)僅約1 h〔3〕。但這個(gè)過(guò)程受到DEH邏輯中的7個(gè)溫度準(zhǔn)則的限制。這些溫度準(zhǔn)則包括判斷主汽溫、主汽壓是否滿足暖閥條件;主汽溫、再熱汽溫是否滿足沖轉(zhuǎn)條件;主汽溫是否滿足低速暖機(jī)完成條件;主汽溫是否滿足并網(wǎng)條件等?？梢?jiàn)主汽溫在其中最為重要。高負(fù)荷時(shí)汽輪機(jī)跳閘后因直流爐蓄熱小的特點(diǎn)，以及電泵出口壓力較低而被迫降低主蒸汽壓力所帶來(lái)的主汽溫的下降，是本機(jī)組汽輪機(jī)極熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)較難克服的障礙，經(jīng)常造成溫度準(zhǔn)則不滿足而影響快速啟動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

上海汽輪機(jī)有限公司引起德國(guó)西門子公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的1000 MW超超臨界汽輪機(jī)目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛，其配套提供的DEH系統(tǒng)在軟硬件多方面有著鮮明的特點(diǎn)，但同時(shí)在一些細(xì)節(jié)方面也存在不夠完善的地方。在學(xué)習(xí)、理解、吸收的國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中，不能全盤接受，照搬照套，而應(yīng)深入分析其設(shè)計(jì)思想，借鑒優(yōu)點(diǎn)、完善不足。

〔1〕金黔軍.1000 MW超超臨界機(jī)組熱控設(shè)計(jì)特點(diǎn)〔J〕.北京:中國(guó)電力，2006，39(3):78-81.

〔2〕上海汽輪機(jī)有限公司.上汽1000 MW超超臨界純凝汽輪機(jī)技術(shù)介紹〔M/CD〕.2007.

〔3〕銅山華潤(rùn)電力有限公司，銅山華潤(rùn)電力有限公司三期汽機(jī)運(yùn)行規(guī)程 (試運(yùn)版) 〔S〕.2009.