论文部分内容阅读
摘要：新疆和丰电厂直接空冷机组高中压缸联合启动方式的分析和探讨，讲述了空冷机组在冬季启动方式下调速控制系统遇到的问题及解决方法。说明了在启动中可能出现的一些问题，并给出相应的解决方案。
关键词：直接空冷机组；高中压联合启动；阀切换；旁路
Abstract: Xinjiang and abundance of factory direct air cooling unit of high and intermediate pressure cylinder starting mode analysis and discussion, tells the story of the air cooling unit in winter start mode speed control system the problems encountered and solutions. Note in the boot may appear in some of the problems, and gives the corresponding solutions.
Key words: direct air cooling unit；high pressure joint boot；switching valve；bypass
中图分类号：TM531.3 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1机组简介
新疆和丰热电厂一期工程2×300MW机组为上海汽轮机有限公司生产的N300-16.7/538/538型亚临界参数、一次再热、单轴、中间再热双缸双排汽、直接空冷式汽轮机。汽机的调节汽阀有单阀和顺序阀两种运行方式。调试阶段启动初期，出现不正常的压力和温度波动，所以采用单阀控制方式。这种方式使蒸汽通过所有控制阀和喷嘴室，调节级360全周进汽，使各部件受热膨胀均匀。运行一段时间后，金属蠕变达到稳定，才可采用顺序阀的混合运行方式。
调节系统为高压抗燃油数字电液调节型系统，电子设备采用鲁能2000的控制系统，液压系统采用上海汽轮机有限公司成套的高压抗燃油EH装置。
EH供油系统是以高压抗燃油作为工质，为各油动机及安全部套提供动力油并保证油的品质。油动机直接控制汽阀的开闭，并接受ETS停机信号的快关功能。危急保安执行机构由危急遮断控制块、隔膜阀、超速遮断机构和综合安全装置组成，为机组提供超速保护和危急停机等功能。TSI和ETS系统是监测汽轮机状态，综合各种停机信号，并经PLC逻辑运算后发出停机信号的裝置。
2带旁路的高中压缸联合启动方式分析
2.1启动方式
启动前投入“带旁路启动方式或高中压联合启动”按钮，控制逻辑自动选择带旁路的高中压缸联合启动方式。挂闸后，高压调速汽门和中压主汽门全开，设定目标转速为600rpm，点击进行按钮，在转速PID的作用下，中压调速汽门逐渐开启，控制转速到600rpm。在转速到达600rpm时，控制系统会自动保持转速600rpm，IV在600rpm会根据当前再热器压力记忆中压调速汽门此时的开度，随后选择IV-TV按钮，机组由中压调门单独控制转速切换至中压调门和高压主汽门联合控制转速。当设定目标转速点击进行按钮后，在转速PID的作用下，高压主汽门逐渐开启，IV在2900rpm还会在根据当前再热器压力记忆中压调速汽门此时的开度，在600—2950rpm，转速由中压主汽门和高压主汽门联合控制。当转速进入切换区间2950rpm后，可以手动选择进行高压主汽门到高压调速汽门的切换。在这个切换过程中，中压调门将退出转速PID回路，转而对再热器压力进行补偿，也即在转速大于2950rpm，中压调门的控制对象将由汽机转速变为再热器压力。当再热器压力发生变化时，为了保持中压缸流量恒定，中压调门的控制指令将叠加一个修正系数。在高压主汽门到高压调门的切换开始后，高压调门将逐渐关闭，当转速下降时，高压主汽门逐渐开启，切换过程结束，阀切换成功。在转速大于2950 rpm。机组转速将由高压调速汽门单独控制。机组冲转过程中的转速控制及阀门切换过程如图1所示。
图1 高中压缸联合带旁路启动中阀门的切换情况
2.2启动过程中中发现的问题及解决方法
在机组首次启动过程中，由于启动参数以及控制参数设置存在问题，造成机组启动过程出现了一些问题。
2.2.1TV-GV切换过程中
2.2.1.1存在的问题
在机组的首次启动过程中，当进入转速（2950±20）rpm的高压主汽门到高压调速汽门的切换过程时，出现了高压主汽门无法打开的现象，导致了机组TV-GV阀切换失败。经过与厂家的探讨，得出如下结论：
（1）高压主汽门在开度达到预启阀（18%）后，只有在阀前后的压差达到一定平衡值后主汽门才能开启。TV-GV的切换开始后，GV关闭，在主汽门前后压差达到一定的平衡值后，转速下降30rpm，TV在伺服阀指令的作用下逐渐开启，阀切换成功。所以在阀切换时，保证一定的主汽门前压力是切阀成功的关键因素之一。
（2）当转速在TV-GV切换区间之前，主汽门在预启阀（18%）后需主汽门前后的压差达到一定的平衡值后方可打开，所以转速在切换区之前，指令如果超过预启阀，TV无法打开，在积分调节器的作用下，主汽门的指令会一直增大，最终出现指令达到100%,而实际主汽门开度一直维持在预启阀的位置，出现积分饱和的现象。
在机组启动过程中，由于未考虑上述问题，导致启动时阀门切换失败。
2.2.1.2解决方法
为了防止出现积分饱和的现象，在后来的启动过程中减弱高压主汽门（TV）的转速PID调节参数比例和积分作用，加强中压调门的转速PID的比例和积分作用，保证转速小于2950 rpm，高压主汽门的控制指令维持在预启阀（18%）开度以下，实际上相当于将高压缸的一部分流量分担到中压缸，使得中压调门更多地承担转速调节的任务。维持再热器压力恒定，在阀切换过程中，低压旁路投入自动设定值为0.5—0.6MPa，再热器压力的变化会直接影响到转速的控制。通过上述的参数修改，在随后的启动过程中，很好地解决了积分饱和的问题，得到了比较好的转速调节品质。
鉴于主汽门开启过程中具有上述特性，经过几次冲转的摸索，主汽门油动机总行程实测235mm，主汽门阀杆移动量117.5mm，算出18%正是预启阀刚要开启的位置，见图2主汽门开关匣支架及连杆示意图所示。总结得出：冷态启动主汽压力为5-6MPa进行阀门切换能够很好地降低阀门前后的压差，减少主汽门开启的阻力。
图2 主汽门开关匣支架及连杆示意图
2.2.2 TV-GV切换过程结束后
2.2.2.1存在的问题
当TV-GV切换结束后，中压调门不再参与转速调节，而当再热器压力发生变化时，通过调整中压调门的开度从而达到修正再热器压力维持高中压缸流量比的目的。
该机组的高低旁路系统40%容量的简易电动旁路。调节品质不理想，在机组的实际启动过程中，再热器压力波动比较频繁，所以在机组转速进入TV-GV的切换区间，中压调门的指令被冻结后，一旦再热器压力发生变化，控制逻辑自动对其进行补偿，也即在原有的中压调门指令的基础上叠加一个增量，保持中压缸的通流量恒定。但是当再热器压力波动频繁时，会造成系统频繁修正再热器压力。由于此时转速仅依靠高压调门维持，高压调门调节转速需要经过PID环节的计算，而中压调门的流量修正对于转速而言相当于一个阶跃扰动，造成系统的转速波动非常大，无法定速在3000 rpm，甚至造成机组超速，导致OPC电超速保护频繁动作。
2.2.2.2解决方法
鉴于以上情况，调试中将再热器压力的修正回路进行了修改，使得在转速进入TV-GV切换区间后，中压调门的指令自动被冻结，而不对再热器压力进行补偿，也不参与转速调节。
在之后的启动过程中，转速调节品质较之前有了很大的提高，机组的各项参数（轴振，胀差，串轴，瓦温等）也均显示正常，成功定速。
2.3高中压缸联合带旁路启动重点注意事项
（1）该机组设有高排压比（汽机调节级压力与高压缸排汽压力之比）低跳机保护，在机组启动过程中曾出现并网瞬间高排压比低保护动作使汽轮机跳闸的现象。为了防止并网瞬间高排压比低保护动作，在机组并网后应迅速增加机组的电负荷，确认检查高排通风阀延时关闭。
（2）在2950 rpm的TV切换后中压调门指令被锁定，转速只由高压调门控制。当再热器压力发生变化时中压缸流量发生变化，高中压缸的流量比发生变化，而中压调门已经被锁定，不对再热器压力进行修正，如果再热器压力升高较大，转速会随之上升，中压缸流量上升，若高压调门全关后仍无法抵消中压缸流量的增量，系统将失去对转速的控制，转速只会随着再热器的压力变化而变化。为防止上述现象的出现，在切阀成功后应密切关注再热器压力的变化，将再热器压力维持在一个合理地范围，防止高压调门全关失去对转速的控制。建议低压旁路投入自动调节对再热器压力进行调整。
3结束语
上海汽轮机厂2×300MW机组启动方式分为高中压联合带旁路启动、高压缸不带旁路启动，在新疆气候下，高压缸不带旁路启动方式与空冷系统的防冻要求相矛盾，所以直接空冷机组的冬季汽机启动方式必须考虑到空冷岛的防冻问题。为了达到空冷岛的最低防冻流量，必须使旁路系统在开启位置，所以在调试初期采用高中压缸联合带旁路启动。调速系统控制部分尚存在一些完善之处，例如在阀切换中的中压调速汽门对再热器压力的修正逻辑、中压调速汽门对转速600rpm、2900rpm的记忆开度逻辑，还需要通过不断地摸索和试验将其完善。
参考文献
[1] 方雅丽，刘庆，刘忠平。上海汽轮机厂结构、运行、安装说明书。设计研究所2003.09。
关键词：直接空冷机组；高中压联合启动；阀切换；旁路
Abstract: Xinjiang and abundance of factory direct air cooling unit of high and intermediate pressure cylinder starting mode analysis and discussion, tells the story of the air cooling unit in winter start mode speed control system the problems encountered and solutions. Note in the boot may appear in some of the problems, and gives the corresponding solutions.
Key words: direct air cooling unit；high pressure joint boot；switching valve；bypass
中图分类号：TM531.3 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1机组简介
新疆和丰热电厂一期工程2×300MW机组为上海汽轮机有限公司生产的N300-16.7/538/538型亚临界参数、一次再热、单轴、中间再热双缸双排汽、直接空冷式汽轮机。汽机的调节汽阀有单阀和顺序阀两种运行方式。调试阶段启动初期，出现不正常的压力和温度波动，所以采用单阀控制方式。这种方式使蒸汽通过所有控制阀和喷嘴室，调节级360全周进汽，使各部件受热膨胀均匀。运行一段时间后，金属蠕变达到稳定，才可采用顺序阀的混合运行方式。
调节系统为高压抗燃油数字电液调节型系统，电子设备采用鲁能2000的控制系统，液压系统采用上海汽轮机有限公司成套的高压抗燃油EH装置。
EH供油系统是以高压抗燃油作为工质，为各油动机及安全部套提供动力油并保证油的品质。油动机直接控制汽阀的开闭，并接受ETS停机信号的快关功能。危急保安执行机构由危急遮断控制块、隔膜阀、超速遮断机构和综合安全装置组成，为机组提供超速保护和危急停机等功能。TSI和ETS系统是监测汽轮机状态，综合各种停机信号，并经PLC逻辑运算后发出停机信号的裝置。
2带旁路的高中压缸联合启动方式分析
2.1启动方式
启动前投入“带旁路启动方式或高中压联合启动”按钮，控制逻辑自动选择带旁路的高中压缸联合启动方式。挂闸后，高压调速汽门和中压主汽门全开，设定目标转速为600rpm，点击进行按钮，在转速PID的作用下，中压调速汽门逐渐开启，控制转速到600rpm。在转速到达600rpm时，控制系统会自动保持转速600rpm，IV在600rpm会根据当前再热器压力记忆中压调速汽门此时的开度，随后选择IV-TV按钮，机组由中压调门单独控制转速切换至中压调门和高压主汽门联合控制转速。当设定目标转速点击进行按钮后，在转速PID的作用下，高压主汽门逐渐开启，IV在2900rpm还会在根据当前再热器压力记忆中压调速汽门此时的开度，在600—2950rpm，转速由中压主汽门和高压主汽门联合控制。当转速进入切换区间2950rpm后，可以手动选择进行高压主汽门到高压调速汽门的切换。在这个切换过程中，中压调门将退出转速PID回路，转而对再热器压力进行补偿，也即在转速大于2950rpm，中压调门的控制对象将由汽机转速变为再热器压力。当再热器压力发生变化时，为了保持中压缸流量恒定，中压调门的控制指令将叠加一个修正系数。在高压主汽门到高压调门的切换开始后，高压调门将逐渐关闭，当转速下降时，高压主汽门逐渐开启，切换过程结束，阀切换成功。在转速大于2950 rpm。机组转速将由高压调速汽门单独控制。机组冲转过程中的转速控制及阀门切换过程如图1所示。
图1 高中压缸联合带旁路启动中阀门的切换情况
2.2启动过程中中发现的问题及解决方法
在机组首次启动过程中，由于启动参数以及控制参数设置存在问题，造成机组启动过程出现了一些问题。
2.2.1TV-GV切换过程中
2.2.1.1存在的问题
在机组的首次启动过程中，当进入转速（2950±20）rpm的高压主汽门到高压调速汽门的切换过程时，出现了高压主汽门无法打开的现象，导致了机组TV-GV阀切换失败。经过与厂家的探讨，得出如下结论：
（1）高压主汽门在开度达到预启阀（18%）后，只有在阀前后的压差达到一定平衡值后主汽门才能开启。TV-GV的切换开始后，GV关闭，在主汽门前后压差达到一定的平衡值后，转速下降30rpm，TV在伺服阀指令的作用下逐渐开启，阀切换成功。所以在阀切换时，保证一定的主汽门前压力是切阀成功的关键因素之一。
（2）当转速在TV-GV切换区间之前，主汽门在预启阀（18%）后需主汽门前后的压差达到一定的平衡值后方可打开，所以转速在切换区之前，指令如果超过预启阀，TV无法打开，在积分调节器的作用下，主汽门的指令会一直增大，最终出现指令达到100%,而实际主汽门开度一直维持在预启阀的位置，出现积分饱和的现象。
在机组启动过程中，由于未考虑上述问题，导致启动时阀门切换失败。
2.2.1.2解决方法
为了防止出现积分饱和的现象，在后来的启动过程中减弱高压主汽门（TV）的转速PID调节参数比例和积分作用，加强中压调门的转速PID的比例和积分作用，保证转速小于2950 rpm，高压主汽门的控制指令维持在预启阀（18%）开度以下，实际上相当于将高压缸的一部分流量分担到中压缸，使得中压调门更多地承担转速调节的任务。维持再热器压力恒定，在阀切换过程中，低压旁路投入自动设定值为0.5—0.6MPa，再热器压力的变化会直接影响到转速的控制。通过上述的参数修改，在随后的启动过程中，很好地解决了积分饱和的问题，得到了比较好的转速调节品质。
鉴于主汽门开启过程中具有上述特性，经过几次冲转的摸索，主汽门油动机总行程实测235mm，主汽门阀杆移动量117.5mm，算出18%正是预启阀刚要开启的位置，见图2主汽门开关匣支架及连杆示意图所示。总结得出：冷态启动主汽压力为5-6MPa进行阀门切换能够很好地降低阀门前后的压差，减少主汽门开启的阻力。
图2 主汽门开关匣支架及连杆示意图
2.2.2 TV-GV切换过程结束后
2.2.2.1存在的问题
当TV-GV切换结束后，中压调门不再参与转速调节，而当再热器压力发生变化时，通过调整中压调门的开度从而达到修正再热器压力维持高中压缸流量比的目的。
该机组的高低旁路系统40%容量的简易电动旁路。调节品质不理想，在机组的实际启动过程中，再热器压力波动比较频繁，所以在机组转速进入TV-GV的切换区间，中压调门的指令被冻结后，一旦再热器压力发生变化，控制逻辑自动对其进行补偿，也即在原有的中压调门指令的基础上叠加一个增量，保持中压缸的通流量恒定。但是当再热器压力波动频繁时，会造成系统频繁修正再热器压力。由于此时转速仅依靠高压调门维持，高压调门调节转速需要经过PID环节的计算，而中压调门的流量修正对于转速而言相当于一个阶跃扰动，造成系统的转速波动非常大，无法定速在3000 rpm，甚至造成机组超速，导致OPC电超速保护频繁动作。
2.2.2.2解决方法
鉴于以上情况，调试中将再热器压力的修正回路进行了修改，使得在转速进入TV-GV切换区间后，中压调门的指令自动被冻结，而不对再热器压力进行补偿，也不参与转速调节。
在之后的启动过程中，转速调节品质较之前有了很大的提高，机组的各项参数（轴振，胀差，串轴，瓦温等）也均显示正常，成功定速。
2.3高中压缸联合带旁路启动重点注意事项
（1）该机组设有高排压比（汽机调节级压力与高压缸排汽压力之比）低跳机保护，在机组启动过程中曾出现并网瞬间高排压比低保护动作使汽轮机跳闸的现象。为了防止并网瞬间高排压比低保护动作，在机组并网后应迅速增加机组的电负荷，确认检查高排通风阀延时关闭。
（2）在2950 rpm的TV切换后中压调门指令被锁定，转速只由高压调门控制。当再热器压力发生变化时中压缸流量发生变化，高中压缸的流量比发生变化，而中压调门已经被锁定，不对再热器压力进行修正，如果再热器压力升高较大，转速会随之上升，中压缸流量上升，若高压调门全关后仍无法抵消中压缸流量的增量，系统将失去对转速的控制，转速只会随着再热器的压力变化而变化。为防止上述现象的出现，在切阀成功后应密切关注再热器压力的变化，将再热器压力维持在一个合理地范围，防止高压调门全关失去对转速的控制。建议低压旁路投入自动调节对再热器压力进行调整。
3结束语
上海汽轮机厂2×300MW机组启动方式分为高中压联合带旁路启动、高压缸不带旁路启动，在新疆气候下，高压缸不带旁路启动方式与空冷系统的防冻要求相矛盾，所以直接空冷机组的冬季汽机启动方式必须考虑到空冷岛的防冻问题。为了达到空冷岛的最低防冻流量，必须使旁路系统在开启位置，所以在调试初期采用高中压缸联合带旁路启动。调速系统控制部分尚存在一些完善之处，例如在阀切换中的中压调速汽门对再热器压力的修正逻辑、中压调速汽门对转速600rpm、2900rpm的记忆开度逻辑，还需要通过不断地摸索和试验将其完善。
参考文献
[1] 方雅丽，刘庆，刘忠平。上海汽轮机厂结构、运行、安装说明书。设计研究所2003.09。