朱曉星，尋新，盛鍇

(湖南省電力公司試驗(yàn)研究院，湖南長沙410007)

截至2009年9月底，國內(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?，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)目前在國內(nèi)占了絕大多數(shù)市場份額，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)備范圍大大超過一般機(jī)組，涵括了控制油、潤滑油、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)全過程。整個(gè)啟機(jī)過程包括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)過程包括10個(gè)步序。

不足的是沒有設(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、潤滑油箱油位過低/過高等。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9個(gè)閥門沒有設(shè)計(jì)LVDT，而是由BALLUFF反饋測量單元直接返回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)沒有設(shè)計(jì)冗余備用，很可能由于接線松動(dòng)、現(xiàn)場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，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)，故無需進(jìn)行在線試驗(yàn)，也沒有在線試驗(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)組沒有設(shè)計(jì)機(jī)械超速，也沒有飛錘、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)測設(shè)備的輸入信號(hào)模擬為3 350 r/min，檢測對(duì)應(yīng)跳閘繼電器是否動(dòng)作;再模擬為3 250 r/min，檢測跳閘繼電器是否復(fù)位。

此外，DEH系統(tǒng)沒有設(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3 050 r/min，故超速試驗(yàn)只能通過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?？梢娭髌麥卦谄渲凶顬橹匾８哓?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

上海汽輪機(jī)有限公司引起德國西門子公司技術(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、吸收的國產(chǎn)化過程中，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〕銅山華潤電力有限公司，銅山華潤電力有限公司三期汽機(jī)運(yùn)行規(guī)程 (試運(yùn)版) 〔S〕.2009.