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        西門子T3000型汽輪機(jī)組自啟動控制步序解析

        2018-03-12 01:16:04
        設(shè)備管理與維修 2018年17期
        關(guān)鍵詞:步序汽門汽輪機(jī)

        肖 麗

        (國家能源集團(tuán)九江發(fā)電有限公司,江西九江 332000)

        0 引言

        自啟動控制系統(tǒng)的作用,是為了汽輪機(jī)能夠安全地在盡可能較短的時間內(nèi)啟動,并保證高可用性的經(jīng)濟(jì)要求,使得汽輪機(jī)和需要啟動的輔助系統(tǒng)達(dá)到安全,可靠地從停機(jī)狀態(tài)到發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)。DEH(Digital Electric Hydraulic Control System,汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng))廠家配置的說明書內(nèi)只簡單說明每步序的控制對象,但運(yùn)行人員對具體判斷條件中的反饋信號無從知曉,因此需仔細(xì)核實(shí)相關(guān)邏輯,包括自啟動控制原則、熱應(yīng)力的判斷準(zhǔn)則,對自啟動的過程中允許條件、步序判斷、溫度準(zhǔn)則等做出詳細(xì)的解析及梳理關(guān)注的重點(diǎn)和要點(diǎn),從而全面掌握其核心控制思想,保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、高效地完成機(jī)組沖轉(zhuǎn)到并網(wǎng)帶負(fù)荷全過程。

        1 汽輪機(jī)啟動過程的溫度準(zhǔn)則解析

        機(jī)組設(shè)有 TSE(Turbine Stress Evaluator,熱應(yīng)力評估),通過計算汽輪機(jī)運(yùn)行期間閥門、汽缸和轉(zhuǎn)子的最大應(yīng)力,并與設(shè)計的允許限值進(jìn)行比較,評估出汽輪機(jī)啟機(jī)時允許的溫升率,確定最佳的主蒸汽、再熱蒸汽參數(shù)及汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化率,確保主要部件的應(yīng)力不超限,延長機(jī)組的壽命周期。

        1.1 溫度準(zhǔn)則X2

        在開啟高壓調(diào)整門之前,為了避免由于飽和蒸汽溫度的提高而引起高壓調(diào)整門過大的溫度變化,為高壓調(diào)整門的開啟邏輯專門設(shè)置了一個最小溫度差值,并要求滿足判據(jù)條件:θSATMS(飽和主蒸汽溫度)<θ50%mcv(控制閥的閥體平均溫度)+X2。

        1.2 溫度準(zhǔn)則X4

        在開啟高壓主汽門之前,為了避免汽輪機(jī)末級中出現(xiàn)濕蒸汽,設(shè)定了主蒸汽的最小過熱度。此準(zhǔn)則能夠確保主汽門前的主蒸汽充分的過熱度:θMS(主蒸汽溫度)>θSATMS(飽和蒸汽溫度)+X4。

        1.3 溫度準(zhǔn)則X5

        在開啟高壓調(diào)閥前,為了避免高壓缸的冷卻,設(shè)定一個相對于高壓汽輪機(jī)的溫度的最小主蒸汽溫度。此準(zhǔn)則防止了沖轉(zhuǎn)后汽輪機(jī)高壓缸出現(xiàn)不必要的冷卻:θMS(主蒸汽溫度)>Max(θmHPS(計算的轉(zhuǎn)子平均溫度);θmHPTCSG(汽缸溫度))+X5。

        1.4 溫度準(zhǔn)則X6

        在開啟中壓調(diào)閥前,為了避免中壓汽輪機(jī)的冷卻,設(shè)置相對于中壓汽輪機(jī)溫度的最小過熱溫度,溫度準(zhǔn)則X6防止沖轉(zhuǎn)后汽輪機(jī)中壓缸出現(xiàn)冷卻:θHOTREHT(再熱蒸汽溫度)>θmIPS(計算的中壓轉(zhuǎn)子的平均溫度)+X6。

        1.5 溫度準(zhǔn)則X7

        在機(jī)組加速到額定轉(zhuǎn)速之前,為了使高壓汽輪機(jī)充分暖機(jī),主蒸汽溫度和高壓汽輪機(jī)的溫度相匹配,設(shè)定相對于主蒸汽溫度的高壓汽輪機(jī)溫度。分X7a/X7b兩個準(zhǔn)則。

        (1)θMS(高壓主蒸汽溫度)<θmHPS(計算的整個轉(zhuǎn)子的平均溫度)+X7a。

        (2)θMS<θmHPTCSG(汽缸溫度)+X7b。

        1.6 溫度準(zhǔn)則X8

        在汽輪發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前,為了保證中壓汽輪機(jī)充分暖機(jī),保證再熱蒸汽溫度和中壓轉(zhuǎn)子的暖機(jī)程度十分匹配:θHOTREHT(熱再熱蒸汽溫度)<θmIPTS(中壓轉(zhuǎn)子的平均溫度)+X8。

        2 啟動初始條件解析

        自啟動前的檢查是非常重要的工作,在走程控步序前對整臺機(jī)組的工況必須進(jìn)行全面的檢查,方可進(jìn)入下一步。初始的條件匯總?cè)缦隆?/p>

        (1)ST CONTROLLER畫面中的TSE開關(guān)應(yīng)投入(狀態(tài)為紅色)。

        (2)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制開關(guān)切為第2模式即負(fù)荷控制模式 。注意雖然進(jìn)行的是轉(zhuǎn)速控制,但選擇的為負(fù)荷控制模式,原因是原設(shè)計處于對于大、小網(wǎng)的區(qū)分,分為負(fù)荷、轉(zhuǎn)速控制模式,而負(fù)荷控制模式下又分有1(轉(zhuǎn)速控制)、2(負(fù)荷控制)兩種模式,因?yàn)榇蟛糠蛛姀S無大小網(wǎng)切換,因此選擇的是負(fù)荷控制模式下的轉(zhuǎn)速控制。

        (3)未進(jìn)行 ATT(Automatic Turbine Trip,汽輪機(jī)自動跳閘試驗(yàn)),即TURBINE AUTO畫面中ATT試驗(yàn)開關(guān)未投入。

        (4)FIRST OUT畫面中無汽輪機(jī)跳閘條件,所有的TRIP SIGNAL信號燈全為綠色且ADD TURBINE PROTECTION燈為綠色(特別注意的是要確保首出的燈中一定至少一個是亮紅燈,即未對汽輪機(jī)跳閘信號復(fù)位過,否則會造成步序進(jìn)行到步序11時會自動對汽輪機(jī)進(jìn)行打閘)。

        (5)ST CONTROLLER畫面中 S/UP DEVICE即TAB(Turbine Automatic Base,啟動升程限制器)<0.1%。

        (6)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制器輸出指令<0.5%。

        (7)FM458控制器正常且控制器輸入信號無異常,檢查中CONTROLLER NOT OK燈為綠色。如果曾經(jīng)發(fā)過報警在檢修人員檢修恢復(fù)正常后,運(yùn)行人員除了對報警進(jìn)行確認(rèn)外,對于故障安全型卡件還必須使用REINTEGRATION按鈕進(jìn)行復(fù)位。如果未復(fù)位會造成負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的閉鎖,如果正好轉(zhuǎn)速在臨界區(qū)則沖轉(zhuǎn)失敗打閘歸零。

        3 啟動步序指令動作及檢查反饋(空步序?yàn)轭A(yù)留接口在此忽略)

        3.1 步序1

        (1)啟動抽氣逆止門控制子環(huán),即為TURB EXTRATION畫面中的抽氣逆止門聯(lián)鎖開關(guān)自動投入。

        (2)抽氣逆止門、高、中壓聯(lián)合汽門、補(bǔ)汽閥、冷再逆止門等7個聯(lián)鎖SLC(Subroutine Lock Control,子程序聯(lián)鎖控制)已投入。

        (3)高、中壓主汽、調(diào)門、補(bǔ)汽閥、冷再逆止門均在關(guān)位(各門位置反饋信號<3%)。

        3.2 步序2

        投入高壓葉片級壓力限制控制器、高壓排汽溫度控制器(判斷是否投入)。

        3.3 步序3

        投入汽輪機(jī)疏水控制子環(huán)(判斷是否投入)。

        3.4 步序5

        (1)打開高、中壓調(diào)門、補(bǔ)氣閥前左右疏水閥(判斷是否到位)。

        (2)打開中壓調(diào)門前左右疏水閥(判斷是否到位)。

        3.5 步序8

        (1)啟動汽輪機(jī)油泵自檢控制子環(huán)(根據(jù)實(shí)際情況,在啟機(jī)前運(yùn)行人員已經(jīng)手動進(jìn)行油系統(tǒng)試驗(yàn),因此步序允許條件不會滿足,從而不會自動進(jìn)行油系統(tǒng)試驗(yàn)自檢,因此自檢控制子環(huán)不會自動投入,需要運(yùn)行人員手動滿足該步條件)。

        (2)TURBINE LUBE/LIFT OIL畫面中左上角的油泵自檢試驗(yàn)SGC(Sequence Control,順序控制系統(tǒng))已投入。

        (3)所有主汽門已關(guān)閉(各門位置反饋信號<3%)。

        3.6 步序11

        (1)允許釋放蒸汽品質(zhì)按鈕(不閉鎖該按鈕,允許操作)。

        (2)復(fù)位汽輪機(jī)跳閘首出(注意:如果在順控啟動前運(yùn)行人員復(fù)位了跳閘首出,則進(jìn)行到該步會重新打閘,步序從頭開始)。

        (3)油系統(tǒng)正常:油泵自檢試驗(yàn)SGC已退出且無故障(如故障會顯示黃色。該開關(guān)在步序8時被手動操作投入,到步序11時必須手動退出)。

        (4)汽缸無嚴(yán)重變形檢查:高壓缸殼體上下50%處的溫度信號無故障而且兩點(diǎn)溫度偏差值≤30℃,中壓缸殼體上下50%處的溫度信號無故障且兩點(diǎn)溫度偏差值≤45℃。

        (5)輔助系統(tǒng)條件滿足(EH油及潤滑油系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)均正常)。

        (6)蒸汽品質(zhì)確認(rèn)按鈕已按下或高壓調(diào)門殼體50%溫度>350℃。注意:在開啟主汽門前,鍋爐的蒸汽品質(zhì)由運(yùn)行人員手動確認(rèn),判斷是否合格,避免汽輪機(jī)由于蒸汽污染產(chǎn)生雜質(zhì)及沉淀物。如果在步序11未能在步序等待時間內(nèi)按下蒸汽品質(zhì)確認(rèn)按鈕,且其他條件滿足步序自動進(jìn)行下去,則系統(tǒng)默認(rèn)為蒸汽品質(zhì)不合格,使得步序在11~20循環(huán),從而讓主汽門開啟又關(guān)閉。所以在該步前運(yùn)行人員必須考慮好是否按下確認(rèn)按鈕。

        3.7 步序12

        (1)開左、右中壓主汽門前疏水閥。

        (2)主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度>360℃或左、右中壓主汽門前疏水閥開位。

        3.8 步序13

        (1)主汽壓力信號無故障、主汽溫度過熱度>10 K(左右取小值判斷)。

        (2)中壓主汽門前壓力信號無故障、再熱汽溫度過熱度>10 K(左右取小值判斷)。

        (3)高壓暖管完成,再熱壓暖管完成DCS(Distributed Control System,分布式控制系統(tǒng))來信號。

        (4)X2準(zhǔn)則滿足(WARM UP VALVES/TSE中顯示紅燈為條件滿足,負(fù)值越大表示裕量越大)。

        3.9 步序14

        開左、右中壓主汽前疏水閥(同步序12,再次確認(rèn))。

        3.10 步序15

        (1)設(shè)置負(fù)荷控制>15%(為保證帶負(fù)荷,消除汽輪機(jī)無負(fù)荷或低負(fù)荷時高壓缸鼓風(fēng)的危險,并能實(shí)現(xiàn)可靠的同期,必須設(shè)定最小負(fù)荷值,同時考慮到汽輪機(jī)熱應(yīng)力的要求、機(jī)組參數(shù),該值不能過大,運(yùn)行人員在并網(wǎng)前預(yù)估熱應(yīng)力的裕量,否則造成汽缸嚴(yán)重變形。因此將初始負(fù)荷設(shè)置為合理的值。系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置為100 MW)。

        (2)TAB置數(shù)>62%。高、中壓主汽門開位即閥門開度>97%(如果TAB被限制未達(dá)到62%以上,則主汽門無法開啟,DCS維護(hù)人員查找TAB被限制原因)。

        (3)高排通風(fēng)閥關(guān)到位,可以在TURBINE AUTO TESTRE畫面中檢查到位信號。

        3.11 步序16

        (1)判斷條件以選擇是否執(zhí)行關(guān)閉主汽門。

        (2)下列任一條件滿足則關(guān)閉主汽門后執(zhí)行步序17:①蒸汽品質(zhì)未確認(rèn),主汽壓力>2 MPa、高壓調(diào)門殼體50%溫度<210℃、主汽門已全開,延時30 min(汽壓>3 MPa的時候,延時15 min判斷);②蒸汽品質(zhì)未確認(rèn),主汽壓力>2 MPa、高壓調(diào)門殼體50%溫度>210℃、主汽門已全開;③蒸汽品質(zhì)未確認(rèn),主汽壓力>4 MPa、主汽門已全開;④16~20步序在60 min未完成(或沖轉(zhuǎn)在臨界區(qū))。

        (3)無關(guān)閉主汽門的觸發(fā)條件直接執(zhí)行步序17:高壓主汽門開位,通風(fēng)閥關(guān)位且無開位。

        3.12 步序20

        (1)判斷條件選擇執(zhí)行步序21還是返回步序11。

        (2)執(zhí)行步序21條件(下列條件均滿足):①真空正常、液壓油正常、凝泵運(yùn)行、閉式水正常、軸封投入自動、盤車無故障、汽機(jī)轉(zhuǎn)速>9.6 r/min、潤滑油溫正常(該條件類似第11步的輔助系統(tǒng)條件,這是為了保證開啟調(diào)門前為確保輔助系統(tǒng)正常進(jìn)行的再一次檢查);②高壓主汽門開位、TAB>62%、限壓模式未動作、高壓缸保護(hù)未動作;③避免汽輪機(jī)進(jìn)濕蒸汽,防止汽缸嚴(yán)重變形:主蒸汽溫度過熱度、再熱蒸汽過熱度均>30 K;高壓主汽門殼體50%上下溫差<45℃、中壓主汽門殼體50%上下溫差<45℃;④TSC(Thermal Stress Cracking,熱應(yīng)力龜裂)裕度>30 K,可以在WARM UP VALVES/TSE畫面中監(jiān)視該值(30 K是最低溫度裕度,在加速到額定轉(zhuǎn)速過程中,如果因?yàn)門SC裕度不夠,造成升速率受到限制,從而引發(fā)機(jī)組重新打閘);⑤X4,X5,X6準(zhǔn)則滿足;⑥蒸汽品質(zhì)確認(rèn)。

        (3)執(zhí)行返回步序11條件(下列條件均滿足):①汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速<390 r/min。TAB<35%;②高中壓主汽門關(guān)閉;③蒸汽品質(zhì)確認(rèn)(到20步時不論要怎么執(zhí)行,都必須確認(rèn)蒸汽品質(zhì)按鈕了)。

        3.13 步序21

        (1)開啟高、中壓調(diào)整門。

        (2)升速到暖機(jī)轉(zhuǎn)速 360 r/min(判斷轉(zhuǎn)速>330 r/min)。

        (3)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制回路指令>0.5%。

        3.14 步序22

        退出蒸汽品質(zhì)子環(huán)。

        3.15 步序23

        (1)凝汽器壓力<0.12 bar(0.012 MPa)abs。

        (2)TSC裕度>30 K(高壓缸殼體100%溫度二選計算得來,中壓缸殼體100%溫度三選計算得來的,2個計算值取?。?。

        (3)X7準(zhǔn)則滿足,可以在WARM UP VALVES/TSE畫面中監(jiān)視,紅燈為滿足條件,數(shù)值為負(fù),負(fù)值越大表示裕量越大。

        (4)中壓轉(zhuǎn)子溫度>20℃(中壓缸殼體100%溫度三取中后計算得來的)。

        (5)運(yùn)行人員在ST CONTROLLER畫面中手動釋放轉(zhuǎn)速。

        3.16 步序25

        升速到同步轉(zhuǎn)速3009 r/min(超出額度轉(zhuǎn)速9 r/min,適合發(fā)電機(jī)在這個速度達(dá)到同步)。

        3.17 步序26

        關(guān)閉高、中壓主汽門、補(bǔ)氣閥前疏水閥及高、中壓調(diào)整門前疏水閥(判斷關(guān)位信號)。

        3.18 步序27

        釋放轉(zhuǎn)速子環(huán)已退出。

        3.19 步序28

        電氣調(diào)壓器在自動模式(電氣來信號)。

        3.20 步序29

        (1)TSC裕度>30 K(同23步,并網(wǎng)前的再次檢查)。

        (2)X8準(zhǔn)則滿足,可以在WARM UP VALVES/TSE畫面中監(jiān)視,紅燈為滿足條件,數(shù)值為負(fù),負(fù)值越大表示裕量越大。

        (3)無勵磁故障(電氣來信號)。

        3.21 步序30

        判斷勵磁已投入、同期運(yùn)行。

        3.22 步序31

        準(zhǔn)備并網(wǎng)信號送電氣。

        3.23 步序32

        (1)已并網(wǎng)。

        (2)TAB指令>99%。

        3.24 步序33

        高壓旁路已關(guān)閉(DCS來信號)。

        3.25 步序34

        切換為初壓控制模式,在ST CONTROLLER畫面中,該操作窗口顯示2為初壓控制模式,即調(diào)門交由汽壓來控制,壓力設(shè)定值由運(yùn)行人員在DCS側(cè)的協(xié)調(diào)畫面給定。當(dāng)運(yùn)行人員切回外部負(fù)荷控制模式時,壓力控制回路回到限壓控制模式。

        4 結(jié)束語

        由于西門子SPPA-T3000控制系統(tǒng)的模塊化管理各個子功能模式,類似積木搭建,這樣針對不同的機(jī)型,不同電廠的要求以實(shí)現(xiàn)不同的功能,正是這樣,所以在啟動步序中有些空步序,都是預(yù)留的接口,歸納出主要的節(jié)點(diǎn),從圖1可以直觀地看出步序關(guān)鍵所在。在溫度準(zhǔn)則中有1~8個準(zhǔn)則,而大部分類似機(jī)組中未涉及X1,X3準(zhǔn)則。對于蒸汽品質(zhì)的判斷是運(yùn)行人員需要著重注意的點(diǎn),確認(rèn)、不確認(rèn)以及在哪步確認(rèn)都是決定步序進(jìn)行的關(guān)鍵要點(diǎn)。

        圖1 流程

        通過對該類汽輪機(jī)啟動過程的流程梳理和數(shù)據(jù)規(guī)劃,在較好掌握了自動啟動過程的相關(guān)機(jī)組信息后,運(yùn)行人員可依據(jù)本文自啟動步序的相關(guān)解析,結(jié)合機(jī)組本身特性順利完成啟動工作,縮短機(jī)組啟動時間。同時DCS維護(hù)人員可以參考本文在沖轉(zhuǎn)過程故障時快速判斷問題所在,并及時反饋結(jié)果,有利于早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患及缺陷,保證了機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)高效地實(shí)現(xiàn)從零轉(zhuǎn)速到并網(wǎng)帶負(fù)荷的全過程。

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