西門子T3000型汽輪機(jī)組自啟動控制步序解析

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(shí)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(jì)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(jì)的允許限值進(jìn)行比較，評估出汽輪機(jī)啟機(jī)時(shí)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(gè)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(gè)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(jì)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(jì)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(gè)準(zhǔn)則。

（1）θMS（高壓主蒸汽溫度）＜θmHPS（計(jì)算的整個(gè)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(jì)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(gè)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(shí)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(bào)警在檢修人員檢修恢復(fù)正常后，運(yùn)行人員除了對報(bào)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(gè)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(shí)被手動操作投入，到步序11時(shí)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(shí)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(shí)高壓缸鼓風(fēng)的危險(xiǎn)，并能實(shí)現(xiàn)可靠的同期，必須設(shè)定最小負(fù)荷值，同時(shí)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(shí)30 min（汽壓＞3 MPa的時(shí)候，延時(shí)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(shí)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(jì)算得來，中壓缸殼體100%溫度三選計(jì)算得來的，2個(gè)計(jì)算值取小）。

（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(jì)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(gè)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(lì)磁故障（電氣來信號）。

3.21 步序30

判斷勵(lì)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(shí)，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(gè)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(gè)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(shí)間。同時(shí)DCS維護(hù)人員可以參考本文在沖轉(zhuǎn)過程故障時(shí)快速判斷問題所在，并及時(shí)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。