唐 田

（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東揭陽 515223）

0 引言

某電廠1 號、2 號機(jī)組汽輪機(jī)（以下簡稱“汽機(jī)”）、鍋爐、發(fā)電機(jī)均由東方汽輪機(jī)廠（以下簡稱“東汽”）制造，額定出力為600 MW，控制系統(tǒng)采用ABB 的SYMPHONY。1 號、2 號機(jī)組默認(rèn)啟動方式為中壓缸啟動，汽機(jī)高、低壓旁路故障時可選擇高壓缸啟動方式。在機(jī)組并網(wǎng)前，閥門指令由轉(zhuǎn)速回路控制，其設(shè)定點(diǎn)為給定轉(zhuǎn)速，給定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速之差，經(jīng)PID 調(diào)節(jié)器運(yùn)算后通過伺服系統(tǒng)控制油動機(jī)開度，使實(shí)際轉(zhuǎn)速跟隨給定轉(zhuǎn)速變化。升速過程中通常對汽輪機(jī)進(jìn)行中速暖機(jī)，以減少熱應(yīng)力。

按照設(shè)計，選擇汽機(jī)冷態(tài)啟動及中壓缸啟動模式下，在汽機(jī)掛閘、主汽門打開后，允許投入“HEAT SOAK”功能，當(dāng)機(jī)組打閘或暖機(jī)結(jié)束后“HEAT SOCK”功能復(fù)位。在汽機(jī)轉(zhuǎn)速升至400 r/min 之前，中壓調(diào)門關(guān)閉，由高壓調(diào)門微開控制機(jī)組升速，超過400 r/min時DEH（Digital Electro-Hydraulic，汽輪機(jī)數(shù)字電液控制）邏輯將高調(diào)門鎖定當(dāng)前開度、同時解鎖中調(diào)門，由中調(diào)門接受DEH 指令改變開度控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，沖轉(zhuǎn)至1500 r/min 后保持暖機(jī)4 h。若蒸汽參數(shù)及汽機(jī)本體各溫度已達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)至3000 r/min 的要求，增加目標(biāo)轉(zhuǎn)速，閥位參考增加，當(dāng)中壓調(diào)門閥位指令大于高壓調(diào)門閥位指令時，暖機(jī)結(jié)束，“HEAT SOAK”復(fù)位，此時高壓調(diào)門關(guān)閉，汽機(jī)轉(zhuǎn)速完全由中壓調(diào)門控制（實(shí)際過程中，中壓調(diào)門閥位指令不會大于高壓調(diào)門閥位指令，在機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到3000 r/min 后，由運(yùn)行人員打閘復(fù)位“HEAT SOAK”）。如果暖機(jī)不成功（1500 r/min 期間溫升速率太快或太慢），汽機(jī)打閘再掛閘重新投入“HEAT SOAK”。

1 暖機(jī)鎖閥存在的問題

東汽啟動說明書關(guān)于機(jī)組冷態(tài)啟動時汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)蒸汽參數(shù)見表1。機(jī)組從投產(chǎn)調(diào)試前至投產(chǎn)后多次冷態(tài)啟動實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，直流鍋爐在啟動工況下汽溫、汽壓難以達(dá)到一個平衡點(diǎn)：當(dāng)主、再熱汽溫滿足要求時主汽壓力偏低、難以滿足要求；當(dāng)汽壓符合要求時汽溫超過了規(guī)定溫度、高于500 ℃時，即使采取多種調(diào)整和控制汽溫的手段，如汽機(jī)旁路配合調(diào)節(jié)、燃燒調(diào)整、增大啟動流量等措施，也難以同時滿足汽溫、壓力的要求。因此，在保證機(jī)組安全的前提下機(jī)組采用了降壓啟動的方式，當(dāng)汽輪機(jī)壓力為5～7 MPa 時就開始沖轉(zhuǎn)，相應(yīng)的蒸汽參數(shù)見表1。

表1 機(jī)組冷態(tài)啟動時汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)蒸汽的相關(guān)參數(shù)

采用降壓沖轉(zhuǎn)后，中速暖閥依然存在下列問題：汽機(jī)冷態(tài)啟動時，DEH 手動啟動方式是按照汽機(jī)制造廠啟動運(yùn)行說明書沖轉(zhuǎn)參數(shù)設(shè)計的，當(dāng)參數(shù)滿足要求、轉(zhuǎn)速達(dá)到400 r/min 時，邏輯將閥位參考鎖定為當(dāng)前值，DEH 根據(jù)當(dāng)前鎖定指令和轉(zhuǎn)速回路指令的取小值來對高調(diào)門閥位進(jìn)行控制。暖機(jī)過程中的閥位鎖定及閥位控制流程如圖1 所示。

圖1 中各功能塊及條件說明：

圖1 閥位鎖定及閥位控制流程

（1）“T”為模擬量跟蹤切換功能塊，S1 為跟蹤對象1，S2 為跟蹤對象2，S3 為切換條件：當(dāng)S3 為數(shù)字開關(guān)量“0”時輸出跟蹤S1，當(dāng)S3 為數(shù)字開關(guān)量“1”時輸出跟蹤S2。

（2）“TP”為脈沖功能塊。

（3）“V≮”為速度限制塊。

（4）“SR”為SR 觸發(fā)器，復(fù)位優(yōu)先。

（5）“閥位參考值”指汽機(jī)全部高壓調(diào)閥閥位的給定對應(yīng)值。

（6）“手動模式”指機(jī)組啟動階段，“閥位參考值”跟蹤的目標(biāo)值由運(yùn)行人員手動設(shè)定。

（7）“自動模式”指機(jī)組啟動階段，“閥位參考值”跟蹤轉(zhuǎn)速回路計算的目標(biāo)設(shè)定值。

（8）“暖機(jī)結(jié)束”指當(dāng)機(jī)組的中調(diào)門指令大于高調(diào)門指令，機(jī)組開始沖轉(zhuǎn)時，暖機(jī)結(jié)束。

（9）“手動模式”指閥位指令的閥位參考值是由運(yùn)行人員手動設(shè)定。

（10）“自動模式”指閥位指令的閥位參考值是由DEH 回路自動設(shè)定。

當(dāng)汽機(jī)沖轉(zhuǎn)壓力低于規(guī)定值時，按DEH 手動啟動方式設(shè)計，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到400 r/min 時鎖定閥位參考值來進(jìn)行閥位鎖定，將造成閥位開度較設(shè)計值偏大，使機(jī)組升速暖機(jī)過程中，出現(xiàn)汽輪機(jī)高壓缸熱應(yīng)力、熱變形、脹差、內(nèi)外缸溫差增大、高壓缸排汽口溫度超溫等損害汽機(jī)壽命的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行。

為了避免上述危害，在實(shí)際操作過程中當(dāng)高調(diào)門閥位基本上滿足沖轉(zhuǎn)需求時，運(yùn)行人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系熱控人員將“HEAT SOAK”的轉(zhuǎn)速觸發(fā)閾值由400 r/min 修改為當(dāng)前轉(zhuǎn)速值，提前觸發(fā)“HEAT SOAK”，將高調(diào)門閥位鎖定，然后再將機(jī)組切到自動模式，由中調(diào)門控制機(jī)組按照目標(biāo)轉(zhuǎn)速沖轉(zhuǎn)。在此操作過程中，如果運(yùn)行人員鎖閥時閥位開度較小，將會出現(xiàn)暖機(jī)時間過長的現(xiàn)象；如果閥位開度較大，則會出現(xiàn)溫升過快或金屬溫度偏差大等影響機(jī)組安全的情況，此時就需要進(jìn)行打閘然后重新沖轉(zhuǎn)再次執(zhí)行中速暖機(jī)。因此，只要運(yùn)行人員判斷不準(zhǔn)確、閥位鎖定不合適，輕則延長機(jī)組啟動時間、增加啟機(jī)過程的水耗、煤耗和汽耗，重則損害汽機(jī)設(shè)備，影響汽機(jī)的運(yùn)行安全。

2 鎖閥程序優(yōu)化方案

為了提高機(jī)組冷態(tài)啟動時的安全性和可靠性，避免人為操作不當(dāng)?shù)炔豢煽匾蛩睾秃侠砜s短機(jī)組啟動時間、降低能耗，熱控人員對閥位鎖定相關(guān)邏輯進(jìn)行了優(yōu)化改造，將手、自動控制相結(jié)合。程序改造方案如下：

（1）在畫面和程序中添加手動鎖閥按鈕，當(dāng)閥位大致滿足暖機(jī)沖轉(zhuǎn)要求時，由運(yùn)行人員在操作界面上手動點(diǎn)擊鎖閥按鈕鎖定進(jìn)行操作，同時增加閥位鎖定投入閉鎖條件，只有在暖機(jī)過程中才允許投入。

（2）在畫面和程序中增加手動參考值偏置功能塊，同時增加鎖閥投入閉鎖，當(dāng)“HEAT SOAK”投入并進(jìn)行鎖閥操作后，才可在鎖定閥位的基礎(chǔ)上進(jìn)行偏置調(diào)節(jié)，根據(jù)機(jī)組暖機(jī)情況合理調(diào)控高調(diào)閥開度大小，控制暖機(jī)速度，并增加偏置區(qū)間限制防止人為誤操作，當(dāng)暖機(jī)結(jié)束或機(jī)組打閘后偏置閉鎖（圖2）。出現(xiàn)汽輪機(jī)高壓缸熱應(yīng)力、熱變形、脹差、內(nèi)外缸溫差增大、高壓缸排汽口溫度超溫等損害汽機(jī)壽命的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行。

圖2 優(yōu)化后控制流程

關(guān)于圖2 中“REMSET”偏置塊的說明：當(dāng)S5 為數(shù)字開關(guān)量“0”時輸出跟蹤S6 加上手動偏置，為數(shù)字開關(guān)量“1”時輸出跟蹤S6；其他功能塊作用和條件說明與圖1 一致。

3 程序優(yōu)化改造后的運(yùn)行狀況

優(yōu)化后的閥位鎖定程序在中速暖機(jī)過程中得到了良好應(yīng)用，縮短暖機(jī)時間的同時解決了機(jī)組啟動過程的安全問題，避免閥位鎖定不當(dāng)對機(jī)組的安全危害，使機(jī)組能按照設(shè)計溫升曲線對機(jī)組進(jìn)行暖機(jī)，同時還可以降低暖機(jī)期間的能耗，具體優(yōu)化效果見表2（數(shù)據(jù)源于優(yōu)化前后5 次啟機(jī)平均統(tǒng)計數(shù)據(jù)）。

表2 程序優(yōu)化前后暖機(jī)過程時間能耗比較

4 結(jié)語

改造后的汽機(jī)冷態(tài)啟動程序采用手動與自動相結(jié)合的控制方式，優(yōu)化了DEH 手動啟動的控制方式，使電廠在對沖轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇方面更具靈活性，打破了DEH 手動啟動控制方式設(shè)計的局限性和僵化性。對閥位增加偏置手動調(diào)節(jié)后，可以根據(jù)機(jī)組沖轉(zhuǎn)暖機(jī)情況做到精準(zhǔn)鎖閥，避免了閥位開度鎖定不當(dāng)導(dǎo)致的高壓缸熱應(yīng)力、熱變形、脹差、內(nèi)外缸溫差增大、高壓缸排汽口溫度超溫等各項(xiàng)危險。另外，通過一次鎖閥精細(xì)調(diào)節(jié)，可以避免鎖閥不準(zhǔn)造成的多次打閘重新沖轉(zhuǎn)，進(jìn)而有效縮短啟機(jī)時間、降低啟機(jī)能耗。