田灣核電站汽輪機(jī)啟動過程的功能優(yōu)化與探討

摘 要 文章描述了百萬千瓦核電機(jī)組田灣核電站汽輪機(jī)控制與保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合汽輪機(jī)的啟動過程存在的一些問題，從優(yōu)化汽輪機(jī)工藝參數(shù)控制與防人因失誤的角度，對汽輪機(jī)啟動過程進(jìn)行探討與分析，提出改進(jìn)汽輪機(jī)預(yù)熱與暖機(jī)程序的具體方法。

關(guān)鍵詞 汽輪機(jī)；啟動；預(yù)熱；功能優(yōu)化

中圖分類號：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0156-03

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求不斷增加，在市場與環(huán)境的雙重壓力的驅(qū)使下，我國的核電行業(yè)得到了較快的發(fā)展，核電站的單機(jī)容量也在不斷擴(kuò)大。汽輪機(jī)作為核電廠重要設(shè)備之一，其運(yùn)行不僅關(guān)系到核電廠能否高效發(fā)電，更關(guān)系到核電廠能否安全、穩(wěn)定運(yùn)行。因此對汽輪機(jī)的控制與保護(hù)的就顯得尤為重要了。

本文結(jié)合田灣核電站汽輪機(jī)啟動過程的特點(diǎn)以及出現(xiàn)的問題，針對汽輪機(jī)預(yù)熱速率的控制以及暖機(jī)程序的優(yōu)化，提出了一些改進(jìn)措施，對提高汽輪機(jī)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行具有重要意義。

1 田灣核電站汽輪機(jī)控制與保護(hù)系統(tǒng)的組成

田灣核電站1、2號機(jī)組汽輪機(jī)為K-1000-60/3000型汽輪機(jī)，由俄羅斯列寧格勒金屬工廠制造。此汽輪機(jī)成對稱布置，共有五個汽缸，包括一個高壓缸和四個低壓缸，高壓缸在中間，兩邊分別對稱布置有兩個低壓缸，如圖1所示。

田灣核電站正常運(yùn)行過程系統(tǒng)采用德國西門子TELEPERM-XP過程控制系統(tǒng)，為典型的集散控制系統(tǒng)。包括操作監(jiān)視及管理OM690系統(tǒng)、功能分散自動控制AS620B/AS620T系統(tǒng)、ES/DS診斷工具系統(tǒng)、接口系統(tǒng)以及相應(yīng)通訊總線系統(tǒng)等。

田灣核電站汽輪機(jī)控制系統(tǒng)與保護(hù)通過正常運(yùn)行過程系統(tǒng)TXP平臺來實(shí)現(xiàn)。其包括兩個部分，即汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)DEH和汽輪機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)AS620B。其中，汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)DEH采用德國西門子公司提供的Simadyn-D數(shù)字控制系統(tǒng)，即AS620T，其實(shí)現(xiàn)對汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速控制、功率調(diào)節(jié)、主蒸汽管線壓力控制、低壓缸進(jìn)汽溫度控制、一次調(diào)頻頻率修正、最小壓力控制、甩負(fù)荷、超速預(yù)保護(hù)、手動控制、負(fù)荷限制等功能。汽輪機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)則采用AS620B控制系統(tǒng)構(gòu)成的危機(jī)跳閘系統(tǒng)（ETS），為了安全可靠運(yùn)行，該系統(tǒng)設(shè)置了3對AP（AP621、AP622、AP623），采用3取2的控制方式，以保證汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)不拒動、不誤動。在AS620B的AP624中，還專門設(shè)計了一個控制程序，用于汽輪機(jī)預(yù)熱、沖轉(zhuǎn)，即汽輪機(jī)啟動控制程序MYA00EC001。總之，由AS620B、AS620T以及OM690等系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)了對汽輪機(jī)的監(jiān)測、控制與保護(hù)。

2 田灣核電站汽輪機(jī)啟動過程簡介

田灣核電站汽輪機(jī)從盤車狀態(tài)到額定轉(zhuǎn)速的全過程由啟動控制程序MYA00EC001通過自動控制、人為斷點(diǎn)輔助判斷相結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)。其啟動流程為：暖閥、沖轉(zhuǎn)至暖機(jī)轉(zhuǎn)速、暖機(jī)、繼續(xù)沖轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速，具體任務(wù)可分為以下三個階段。

第一階段任務(wù)：汽輪機(jī)高壓閥組的預(yù)熱

1）開啟主蒸汽管線上的電動疏水閥門，同時提醒操縱員確認(rèn)現(xiàn)場手動疏水閥門狀態(tài)。

2）切除釋放點(diǎn)控制程序MYA00EE001。

3）向同步器發(fā)1sec“開”脈沖，開啟汽輪機(jī)高、低壓主汽門。

4）投入汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱閥門控制程序LBA00EE005，同時開啟預(yù)熱閥門LBA25、45AA101。

5）將汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門LBA25、45AA201投自動控制，開始預(yù)熱汽輪機(jī)高壓閥組。

6）當(dāng)汽輪機(jī)高壓閥組殼體溫度大于220℃，預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門LBA25、45AA201處于自動控制狀態(tài)，則全開預(yù)熱閥門LBA25、45AA201，同時將主蒸汽管線疏水調(diào)節(jié)閥全開并置于手動控制。

7）開啟電動主汽門LBA10～40AA103。

8）開啟汽水分離再熱系統(tǒng)預(yù)熱閥門LBB00AA102。

9）當(dāng)滿足下列條件，則發(fā)出“汽機(jī)準(zhǔn)備好沖轉(zhuǎn)”信號。

LBB00AA102開啟；

汽機(jī)熱力參數(shù)正常；

凝汽器真空小于-70 kPa；

發(fā)電機(jī)準(zhǔn)備好啟動；

蒸汽發(fā)生器總蒸汽流量大于500 kg/s（堆功率約為40%N額定）；

高壓缸進(jìn)汽短管溫度大于60℃；

汽機(jī)脹差正常。

第二階段任務(wù)：沖轉(zhuǎn)汽輪機(jī)至1100rpm

1）切除釋放點(diǎn)控制程序MYA00EE001，設(shè)定汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器目標(biāo)轉(zhuǎn)速定值為1100rpm。

2）在OM畫面上顯示“Turb waiting time”，在1100rpm轉(zhuǎn)速平臺等待10 min。

第三階段任務(wù)：沖轉(zhuǎn)汽輪機(jī)至3000rpm

1）切除釋放點(diǎn)控制程序MYA00EE001，設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速定值為3000rpm。

2）等待轉(zhuǎn)速達(dá)到2940rpm。

3）等待5 min。

4）開啟汽水分離再熱系統(tǒng)閥門LBB00AA101。

5）啟動汽輪機(jī)自動加載順控MAA01EC002，關(guān)閉預(yù)熱閥門LBB00AA102。

6）發(fā)出提示信號：汽機(jī)處于“空轉(zhuǎn)”、汽輪機(jī)啟動控制程序MYA00EC001已執(zhí)行完畢。

3 汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程的優(yōu)化改進(jìn)

汽輪機(jī)啟動的關(guān)鍵在于對于汽輪機(jī)通流部分熱應(yīng)力的控制是否合理，即啟動過程應(yīng)避免不符合要求的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，不發(fā)生因?yàn)闊釕?yīng)力超限而導(dǎo)致汽輪機(jī)設(shè)備損壞。熱應(yīng)力自動控制的主要目的是控制汽輪機(jī)熱應(yīng)力在允許范圍內(nèi)，這已成為汽輪機(jī)組安全運(yùn)行的主要因素。汽輪機(jī)在沖轉(zhuǎn)、升速、暖機(jī)、過臨界、并網(wǎng)等一系列過程中的熱應(yīng)力處于最佳狀態(tài)，也就是使上述一系列過程中的機(jī)組壽命損耗降低到最小。這就必須控制機(jī)組在啟動、停機(jī)以及負(fù)荷大幅度變化等過程中的溫度變化率，過大的溫度變化率會使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生較大的溫度梯度并由此而產(chǎn)生熱應(yīng)力，大容量機(jī)組的熱應(yīng)力控制歸結(jié)到底也就是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力控制。在機(jī)組的啟、停時，蒸汽和金屬溫度的最佳匹配是減少對金屬部件的熱沖擊和壽命消耗的重要措施。因此，在機(jī)組啟動時，應(yīng)合理選擇汽輪機(jī)的沖轉(zhuǎn)參數(shù)初負(fù)荷值、溫升率以及升負(fù)荷率。而在冷、溫態(tài)啟動時，合理安排中速暖機(jī)是預(yù)防轉(zhuǎn)子低溫脆性損傷的有效方法。下面，分別針對田灣核電站汽輪機(jī)啟動過程中，汽輪機(jī)高壓閥組的預(yù)熱與中速暖機(jī)過程中出現(xiàn)的一些問題，提出相應(yīng)改進(jìn)措施，以保證汽輪機(jī)在啟動過程中熱應(yīng)力在運(yùn)行限值范圍之內(nèi)。endprint

3.1 汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱速率的優(yōu)化

基于上述田灣核電站汽輪機(jī)啟動過程，汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001在第5步將汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門LBA25、45AA201投入自動控制方式，并且要求其預(yù)熱速率不大于4℃/h。在汽輪機(jī)高壓閥組實(shí)際預(yù)熱時，往往其預(yù)熱速率超過運(yùn)行限值，而操縱員對此卻不能有效干預(yù)。這是因?yàn)槠啓C(jī)啟動程序MYA00EC001直接控制預(yù)熱閥門，操縱員想要干預(yù)預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門，必須切除汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001；而程序MYA00EC001又是后續(xù)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前的勵磁條件之一，因此，汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001不能中途退出。基于此緣故，當(dāng)汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱速度超限時，主控室操縱員無法實(shí)現(xiàn)對汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門的手動控制。因此，為了不影響后續(xù)發(fā)電機(jī)的勵磁，同時又能滿足預(yù)熱汽輪機(jī)高壓閥組時有手動干預(yù)的條件，在預(yù)熱閥門的控制上可做一定優(yōu)化處理。

方法一：

在汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001與高壓閥組預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門LBA25、45AA201之間設(shè)置一道控制程序，如LBA25、45EE001。使汽輪機(jī)啟動程序不直接控制預(yù)熱閥門LBA25、45AA201，如圖3所示。這樣，當(dāng)汽輪機(jī)高壓閥組的預(yù)熱速率超過其運(yùn)行限值時，操縱員可以通過切除預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門的控制程序來實(shí)現(xiàn)對汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱的手動控制，從而保證汽輪機(jī)熱力機(jī)械參數(shù)在其運(yùn)行限制范圍之內(nèi)。

方法二：

將汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001對預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門LBA25、45AA201的控制方式由“高電平”改為“脈沖”控制，如5秒脈沖（如圖4所示）。即MYA00EC001發(fā)5秒脈沖將預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門LBA25、45AA201投入自動控制方式，當(dāng)5秒脈沖控制命令結(jié)束后，主控室操縱員可以將預(yù)熱閥門LBA25、45AA201切為手動控制，從而實(shí)現(xiàn)必要時汽輪機(jī)高壓閥組的預(yù)熱手動干預(yù)，進(jìn)而保證汽輪機(jī)熱力機(jī)械參數(shù)在運(yùn)行限值內(nèi)。

3.2 轉(zhuǎn)速1100rpm平臺暖機(jī)條件的優(yōu)化

汽輪機(jī)規(guī)程中要求，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速接近第一個轉(zhuǎn)速平臺設(shè)定值1100rpm時，如果此時汽輪機(jī)高壓缸上部缸體溫度低于150℃，則需要在1100rpm轉(zhuǎn)速平臺停留10 min，以保證汽輪機(jī)缸體的充分預(yù)熱。當(dāng)滿足下列條件時，啟動程序MYA00EC001才會繼續(xù)往下執(zhí)行：

1）操縱員投入釋放點(diǎn)控制程序MYA00EE001，即表示汽輪機(jī)可以繼續(xù)向3000rpm轉(zhuǎn)速平臺沖轉(zhuǎn)。

2）1100rpm轉(zhuǎn)速平臺等待10 min的暖機(jī)信號MAX51DS221消失。

3）1050rpm<汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速<1200rpm。

4）汽輪機(jī)熱力機(jī)械參數(shù)正常。

5）凝汽器真空小于-92 kPa。

6）汽輪機(jī)盤車切除。

7）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子脹差正常等。

針對暖機(jī)信號MAX51DS221（如圖5所示），其觸發(fā)條件為：

1）汽輪機(jī)高壓缸上部缸體溫度低于150℃。

2）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于1090rpm。

即第二階段任務(wù)（沖轉(zhuǎn)至1100rpm）向第三階段任務(wù)（沖轉(zhuǎn)至3000rpm）轉(zhuǎn)換的工作條件中，條件2）與3）對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速要求不一致。條件2）中為1090rpm，條件3）中為1050rpm。這就帶來一個問題，如果操縱員在暖機(jī)信號MAX51DS221出現(xiàn)之前，即汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于1090rpm之前，錯誤的投入了進(jìn)程釋放點(diǎn)控制程序MYA00EE001，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于1050rpm后，而此時汽輪機(jī)高壓缸的上部缸體溫度又低于150℃，將導(dǎo)致汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001滿足從第二階段任務(wù)向第三階段任務(wù)轉(zhuǎn)變的工作條件，從而導(dǎo)致汽輪機(jī)在1100rpm轉(zhuǎn)速平臺不會停留10min，直接向3000rpm轉(zhuǎn)速平臺繼續(xù)沖轉(zhuǎn)。即使此時高壓缸上部缸體溫度低于限值150℃、暖機(jī)信號MAX51DS221觸發(fā)，也起不到任何閉鎖作用，因?yàn)槠啓C(jī)啟動程序MYA00EC001認(rèn)為第二階段的任務(wù)已經(jīng)結(jié)束并且滿足執(zhí)行第三階段任務(wù)的工作條件。因此，從防人因失誤的角度出發(fā)，應(yīng)從根本上消除汽輪機(jī)啟動程序中的這些不安全因素。因此，針對汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001中第二階段任務(wù)向第三階段任務(wù)轉(zhuǎn)變的工作條件，可做如下優(yōu)化：

修改第二階段任務(wù)向第三階段任務(wù)轉(zhuǎn)變的工作條件中對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速要求（如圖6所示）。保守起見，甚至可以將條件2）與3）中對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的要求互換。即條件2）中對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的要求改為：“1090rpm<汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速<1200rpm”；條件3）中對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的觸發(fā)條件改為：“1050rpm<汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速”。這樣，在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于1050rpm后，如果汽輪機(jī)高壓缸上部缸體溫度低于150℃，則自動觸發(fā)在1100rpm轉(zhuǎn)速平臺等待10 min暖機(jī)信號MAX51DS221。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)1090rpm后，即使操縱員誤操作，提前將進(jìn)程釋放點(diǎn)控制程序MYA00EE001投入，汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001也必須在第二階段任務(wù)執(zhí)行完畢后等待10 min，即汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至1100rpm后如果高壓缸上部缸體溫度低于150℃，則必須再等待10 min，以保證汽輪機(jī)缸體的充分預(yù)熱。從而大大降低了主控室操縱員出現(xiàn)人因失誤的風(fēng)險，進(jìn)而保證了汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。

4 結(jié)論

為了保障百萬千瓦核電機(jī)組的汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，在汽輪機(jī)啟動過程中，應(yīng)充分保證汽輪機(jī)高壓閥組與汽輪機(jī)本體的預(yù)熱。因此，必須有條件、有手段在汽輪機(jī)參數(shù)出現(xiàn)偏離的情況下做出有效的干預(yù)，從而保障汽輪機(jī)工藝參數(shù)在運(yùn)行限制范圍之內(nèi)，同時盡量降低人員失誤的幾率。本文從優(yōu)化汽輪機(jī)過程控制的角度，結(jié)合田灣汽輪機(jī)啟動過程中容易出現(xiàn)的問題，提出了改進(jìn)汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱速率以及通過優(yōu)化汽輪機(jī)控制程序來降低人因失誤的一些觀點(diǎn)與建議，對后續(xù)優(yōu)化汽輪機(jī)啟動提供一定參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]田灣核電站.運(yùn)行規(guī)程：汽輪機(jī).

[2]嚴(yán)愛軍.過程控制系統(tǒng)[M].北京工業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[3]王崇如.泰州電廠1 000 MW汽輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)介紹[J].江蘇電機(jī)工程，2008，27（Z1）.

[4]王伯春，申愛軍，陳治國.600 MW機(jī)組DEH系統(tǒng)的控制功能及特點(diǎn)[J].湖南電力，2005，25（Z2）：31-34.

[5]王爽心.汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)[M].中國電力出版社，2004.

[6]田灣核電站.汽輪機(jī)控制邏輯圖.

[7]胡捷，方鵬.350MW西門子汽輪機(jī)快速啟動中熱應(yīng)力控制特點(diǎn)[J].寶鋼技術(shù)，2011（1）：44-48.

[8]田灣核電站.運(yùn)行操作單：汽輪機(jī)主汽門預(yù)熱和沖轉(zhuǎn)至3000rpm.

[9]黃懋丁，趙彤軍.優(yōu)化設(shè)計600MW汽輪機(jī)啟動參數(shù)的探討[J].汽輪機(jī)技術(shù)，1997，39（2）：99-102，113.

[10]余耀，王靜飛.熱應(yīng)力自動控制機(jī)理研究[J].熱力透平，1997（1）：33-36.

作者簡介

廖江龍（1981-），男，工程師，田灣核電站模擬機(jī)教員，主要從事核電廠操縱員培訓(xùn)。endprint

3.1 汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱速率的優(yōu)化

基于上述田灣核電站汽輪機(jī)啟動過程，汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001在第5步將汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門LBA25、45AA201投入自動控制方式，并且要求其預(yù)熱速率不大于4℃/h。在汽輪機(jī)高壓閥組實(shí)際預(yù)熱時，往往其預(yù)熱速率超過運(yùn)行限值，而操縱員對此卻不能有效干預(yù)。這是因?yàn)槠啓C(jī)啟動程序MYA00EC001直接控制預(yù)熱閥門，操縱員想要干預(yù)預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門，必須切除汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001；而程序MYA00EC001又是后續(xù)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前的勵磁條件之一，因此，汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001不能中途退出。基于此緣故，當(dāng)汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱速度超限時，主控室操縱員無法實(shí)現(xiàn)對汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門的手動控制。因此，為了不影響后續(xù)發(fā)電機(jī)的勵磁，同時又能滿足預(yù)熱汽輪機(jī)高壓閥組時有手動干預(yù)的條件，在預(yù)熱閥門的控制上可做一定優(yōu)化處理。

方法一：

在汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001與高壓閥組預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門LBA25、45AA201之間設(shè)置一道控制程序，如LBA25、45EE001。使汽輪機(jī)啟動程序不直接控制預(yù)熱閥門LBA25、45AA201，如圖3所示。這樣，當(dāng)汽輪機(jī)高壓閥組的預(yù)熱速率超過其運(yùn)行限值時，操縱員可以通過切除預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門的控制程序來實(shí)現(xiàn)對汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱的手動控制，從而保證汽輪機(jī)熱力機(jī)械參數(shù)在其運(yùn)行限制范圍之內(nèi)。

方法二：

將汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001對預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門LBA25、45AA201的控制方式由“高電平”改為“脈沖”控制，如5秒脈沖（如圖4所示）。即MYA00EC001發(fā)5秒脈沖將預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門LBA25、45AA201投入自動控制方式，當(dāng)5秒脈沖控制命令結(jié)束后，主控室操縱員可以將預(yù)熱閥門LBA25、45AA201切為手動控制，從而實(shí)現(xiàn)必要時汽輪機(jī)高壓閥組的預(yù)熱手動干預(yù)，進(jìn)而保證汽輪機(jī)熱力機(jī)械參數(shù)在運(yùn)行限值內(nèi)。

3.2 轉(zhuǎn)速1100rpm平臺暖機(jī)條件的優(yōu)化

汽輪機(jī)規(guī)程中要求，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速接近第一個轉(zhuǎn)速平臺設(shè)定值1100rpm時，如果此時汽輪機(jī)高壓缸上部缸體溫度低于150℃，則需要在1100rpm轉(zhuǎn)速平臺停留10 min，以保證汽輪機(jī)缸體的充分預(yù)熱。當(dāng)滿足下列條件時，啟動程序MYA00EC001才會繼續(xù)往下執(zhí)行：

1）操縱員投入釋放點(diǎn)控制程序MYA00EE001，即表示汽輪機(jī)可以繼續(xù)向3000rpm轉(zhuǎn)速平臺沖轉(zhuǎn)。

2）1100rpm轉(zhuǎn)速平臺等待10 min的暖機(jī)信號MAX51DS221消失。

3）1050rpm<汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速<1200rpm。

4）汽輪機(jī)熱力機(jī)械參數(shù)正常。

5）凝汽器真空小于-92 kPa。

6）汽輪機(jī)盤車切除。

7）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子脹差正常等。

針對暖機(jī)信號MAX51DS221（如圖5所示），其觸發(fā)條件為：

1）汽輪機(jī)高壓缸上部缸體溫度低于150℃。

2）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于1090rpm。

即第二階段任務(wù)（沖轉(zhuǎn)至1100rpm）向第三階段任務(wù)（沖轉(zhuǎn)至3000rpm）轉(zhuǎn)換的工作條件中，條件2）與3）對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速要求不一致。條件2）中為1090rpm，條件3）中為1050rpm。這就帶來一個問題，如果操縱員在暖機(jī)信號MAX51DS221出現(xiàn)之前，即汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于1090rpm之前，錯誤的投入了進(jìn)程釋放點(diǎn)控制程序MYA00EE001，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于1050rpm后，而此時汽輪機(jī)高壓缸的上部缸體溫度又低于150℃，將導(dǎo)致汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001滿足從第二階段任務(wù)向第三階段任務(wù)轉(zhuǎn)變的工作條件，從而導(dǎo)致汽輪機(jī)在1100rpm轉(zhuǎn)速平臺不會停留10min，直接向3000rpm轉(zhuǎn)速平臺繼續(xù)沖轉(zhuǎn)。即使此時高壓缸上部缸體溫度低于限值150℃、暖機(jī)信號MAX51DS221觸發(fā)，也起不到任何閉鎖作用，因?yàn)槠啓C(jī)啟動程序MYA00EC001認(rèn)為第二階段的任務(wù)已經(jīng)結(jié)束并且滿足執(zhí)行第三階段任務(wù)的工作條件。因此，從防人因失誤的角度出發(fā)，應(yīng)從根本上消除汽輪機(jī)啟動程序中的這些不安全因素。因此，針對汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001中第二階段任務(wù)向第三階段任務(wù)轉(zhuǎn)變的工作條件，可做如下優(yōu)化：

修改第二階段任務(wù)向第三階段任務(wù)轉(zhuǎn)變的工作條件中對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速要求（如圖6所示）。保守起見，甚至可以將條件2）與3）中對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的要求互換。即條件2）中對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的要求改為：“1090rpm<汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速<1200rpm”；條件3）中對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的觸發(fā)條件改為：“1050rpm<汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速”。這樣，在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于1050rpm后，如果汽輪機(jī)高壓缸上部缸體溫度低于150℃，則自動觸發(fā)在1100rpm轉(zhuǎn)速平臺等待10 min暖機(jī)信號MAX51DS221。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)1090rpm后，即使操縱員誤操作，提前將進(jìn)程釋放點(diǎn)控制程序MYA00EE001投入，汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001也必須在第二階段任務(wù)執(zhí)行完畢后等待10 min，即汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至1100rpm后如果高壓缸上部缸體溫度低于150℃，則必須再等待10 min，以保證汽輪機(jī)缸體的充分預(yù)熱。從而大大降低了主控室操縱員出現(xiàn)人因失誤的風(fēng)險，進(jìn)而保證了汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。

4 結(jié)論

為了保障百萬千瓦核電機(jī)組的汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，在汽輪機(jī)啟動過程中，應(yīng)充分保證汽輪機(jī)高壓閥組與汽輪機(jī)本體的預(yù)熱。因此，必須有條件、有手段在汽輪機(jī)參數(shù)出現(xiàn)偏離的情況下做出有效的干預(yù)，從而保障汽輪機(jī)工藝參數(shù)在運(yùn)行限制范圍之內(nèi)，同時盡量降低人員失誤的幾率。本文從優(yōu)化汽輪機(jī)過程控制的角度，結(jié)合田灣汽輪機(jī)啟動過程中容易出現(xiàn)的問題，提出了改進(jìn)汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱速率以及通過優(yōu)化汽輪機(jī)控制程序來降低人因失誤的一些觀點(diǎn)與建議，對后續(xù)優(yōu)化汽輪機(jī)啟動提供一定參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]田灣核電站.運(yùn)行規(guī)程：汽輪機(jī).

[2]嚴(yán)愛軍.過程控制系統(tǒng)[M].北京工業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[3]王崇如.泰州電廠1 000 MW汽輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)介紹[J].江蘇電機(jī)工程，2008，27（Z1）.

[4]王伯春，申愛軍，陳治國.600 MW機(jī)組DEH系統(tǒng)的控制功能及特點(diǎn)[J].湖南電力，2005，25（Z2）：31-34.

[5]王爽心.汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)[M].中國電力出版社，2004.

[6]田灣核電站.汽輪機(jī)控制邏輯圖.

[7]胡捷，方鵬.350MW西門子汽輪機(jī)快速啟動中熱應(yīng)力控制特點(diǎn)[J].寶鋼技術(shù)，2011（1）：44-48.

[8]田灣核電站.運(yùn)行操作單：汽輪機(jī)主汽門預(yù)熱和沖轉(zhuǎn)至3000rpm.

[9]黃懋丁，趙彤軍.優(yōu)化設(shè)計600MW汽輪機(jī)啟動參數(shù)的探討[J].汽輪機(jī)技術(shù)，1997，39（2）：99-102，113.

[10]余耀，王靜飛.熱應(yīng)力自動控制機(jī)理研究[J].熱力透平，1997（1）：33-36.

作者簡介

廖江龍（1981-），男，工程師，田灣核電站模擬機(jī)教員，主要從事核電廠操縱員培訓(xùn)。endprint

3.1 汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱速率的優(yōu)化

基于上述田灣核電站汽輪機(jī)啟動過程，汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001在第5步將汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門LBA25、45AA201投入自動控制方式，并且要求其預(yù)熱速率不大于4℃/h。在汽輪機(jī)高壓閥組實(shí)際預(yù)熱時，往往其預(yù)熱速率超過運(yùn)行限值，而操縱員對此卻不能有效干預(yù)。這是因?yàn)槠啓C(jī)啟動程序MYA00EC001直接控制預(yù)熱閥門，操縱員想要干預(yù)預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門，必須切除汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001；而程序MYA00EC001又是后續(xù)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前的勵磁條件之一，因此，汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001不能中途退出。基于此緣故，當(dāng)汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱速度超限時，主控室操縱員無法實(shí)現(xiàn)對汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門的手動控制。因此，為了不影響后續(xù)發(fā)電機(jī)的勵磁，同時又能滿足預(yù)熱汽輪機(jī)高壓閥組時有手動干預(yù)的條件，在預(yù)熱閥門的控制上可做一定優(yōu)化處理。

方法一：

在汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001與高壓閥組預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門LBA25、45AA201之間設(shè)置一道控制程序，如LBA25、45EE001。使汽輪機(jī)啟動程序不直接控制預(yù)熱閥門LBA25、45AA201，如圖3所示。這樣，當(dāng)汽輪機(jī)高壓閥組的預(yù)熱速率超過其運(yùn)行限值時，操縱員可以通過切除預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門的控制程序來實(shí)現(xiàn)對汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱的手動控制，從而保證汽輪機(jī)熱力機(jī)械參數(shù)在其運(yùn)行限制范圍之內(nèi)。

方法二：

將汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001對預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門LBA25、45AA201的控制方式由“高電平”改為“脈沖”控制，如5秒脈沖（如圖4所示）。即MYA00EC001發(fā)5秒脈沖將預(yù)熱調(diào)節(jié)閥門LBA25、45AA201投入自動控制方式，當(dāng)5秒脈沖控制命令結(jié)束后，主控室操縱員可以將預(yù)熱閥門LBA25、45AA201切為手動控制，從而實(shí)現(xiàn)必要時汽輪機(jī)高壓閥組的預(yù)熱手動干預(yù)，進(jìn)而保證汽輪機(jī)熱力機(jī)械參數(shù)在運(yùn)行限值內(nèi)。

3.2 轉(zhuǎn)速1100rpm平臺暖機(jī)條件的優(yōu)化

汽輪機(jī)規(guī)程中要求，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速接近第一個轉(zhuǎn)速平臺設(shè)定值1100rpm時，如果此時汽輪機(jī)高壓缸上部缸體溫度低于150℃，則需要在1100rpm轉(zhuǎn)速平臺停留10 min，以保證汽輪機(jī)缸體的充分預(yù)熱。當(dāng)滿足下列條件時，啟動程序MYA00EC001才會繼續(xù)往下執(zhí)行：

1）操縱員投入釋放點(diǎn)控制程序MYA00EE001，即表示汽輪機(jī)可以繼續(xù)向3000rpm轉(zhuǎn)速平臺沖轉(zhuǎn)。

2）1100rpm轉(zhuǎn)速平臺等待10 min的暖機(jī)信號MAX51DS221消失。

3）1050rpm<汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速<1200rpm。

4）汽輪機(jī)熱力機(jī)械參數(shù)正常。

5）凝汽器真空小于-92 kPa。

6）汽輪機(jī)盤車切除。

7）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子脹差正常等。

針對暖機(jī)信號MAX51DS221（如圖5所示），其觸發(fā)條件為：

1）汽輪機(jī)高壓缸上部缸體溫度低于150℃。

2）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于1090rpm。

即第二階段任務(wù)（沖轉(zhuǎn)至1100rpm）向第三階段任務(wù)（沖轉(zhuǎn)至3000rpm）轉(zhuǎn)換的工作條件中，條件2）與3）對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速要求不一致。條件2）中為1090rpm，條件3）中為1050rpm。這就帶來一個問題，如果操縱員在暖機(jī)信號MAX51DS221出現(xiàn)之前，即汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于1090rpm之前，錯誤的投入了進(jìn)程釋放點(diǎn)控制程序MYA00EE001，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于1050rpm后，而此時汽輪機(jī)高壓缸的上部缸體溫度又低于150℃，將導(dǎo)致汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001滿足從第二階段任務(wù)向第三階段任務(wù)轉(zhuǎn)變的工作條件，從而導(dǎo)致汽輪機(jī)在1100rpm轉(zhuǎn)速平臺不會停留10min，直接向3000rpm轉(zhuǎn)速平臺繼續(xù)沖轉(zhuǎn)。即使此時高壓缸上部缸體溫度低于限值150℃、暖機(jī)信號MAX51DS221觸發(fā)，也起不到任何閉鎖作用，因?yàn)槠啓C(jī)啟動程序MYA00EC001認(rèn)為第二階段的任務(wù)已經(jīng)結(jié)束并且滿足執(zhí)行第三階段任務(wù)的工作條件。因此，從防人因失誤的角度出發(fā)，應(yīng)從根本上消除汽輪機(jī)啟動程序中的這些不安全因素。因此，針對汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001中第二階段任務(wù)向第三階段任務(wù)轉(zhuǎn)變的工作條件，可做如下優(yōu)化：

修改第二階段任務(wù)向第三階段任務(wù)轉(zhuǎn)變的工作條件中對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速要求（如圖6所示）。保守起見，甚至可以將條件2）與3）中對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的要求互換。即條件2）中對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的要求改為：“1090rpm<汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速<1200rpm”；條件3）中對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的觸發(fā)條件改為：“1050rpm<汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速”。這樣，在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于1050rpm后，如果汽輪機(jī)高壓缸上部缸體溫度低于150℃，則自動觸發(fā)在1100rpm轉(zhuǎn)速平臺等待10 min暖機(jī)信號MAX51DS221。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)1090rpm后，即使操縱員誤操作，提前將進(jìn)程釋放點(diǎn)控制程序MYA00EE001投入，汽輪機(jī)啟動程序MYA00EC001也必須在第二階段任務(wù)執(zhí)行完畢后等待10 min，即汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至1100rpm后如果高壓缸上部缸體溫度低于150℃，則必須再等待10 min，以保證汽輪機(jī)缸體的充分預(yù)熱。從而大大降低了主控室操縱員出現(xiàn)人因失誤的風(fēng)險，進(jìn)而保證了汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。

4 結(jié)論

為了保障百萬千瓦核電機(jī)組的汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，在汽輪機(jī)啟動過程中，應(yīng)充分保證汽輪機(jī)高壓閥組與汽輪機(jī)本體的預(yù)熱。因此，必須有條件、有手段在汽輪機(jī)參數(shù)出現(xiàn)偏離的情況下做出有效的干預(yù)，從而保障汽輪機(jī)工藝參數(shù)在運(yùn)行限制范圍之內(nèi)，同時盡量降低人員失誤的幾率。本文從優(yōu)化汽輪機(jī)過程控制的角度，結(jié)合田灣汽輪機(jī)啟動過程中容易出現(xiàn)的問題，提出了改進(jìn)汽輪機(jī)高壓閥組預(yù)熱速率以及通過優(yōu)化汽輪機(jī)控制程序來降低人因失誤的一些觀點(diǎn)與建議，對后續(xù)優(yōu)化汽輪機(jī)啟動提供一定參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]田灣核電站.運(yùn)行規(guī)程：汽輪機(jī).

[2]嚴(yán)愛軍.過程控制系統(tǒng)[M].北京工業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[3]王崇如.泰州電廠1 000 MW汽輪機(jī)DEH控制系統(tǒng)介紹[J].江蘇電機(jī)工程，2008，27（Z1）.

[4]王伯春，申愛軍，陳治國.600 MW機(jī)組DEH系統(tǒng)的控制功能及特點(diǎn)[J].湖南電力，2005，25（Z2）：31-34.

[5]王爽心.汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)[M].中國電力出版社，2004.

[6]田灣核電站.汽輪機(jī)控制邏輯圖.

[7]胡捷，方鵬.350MW西門子汽輪機(jī)快速啟動中熱應(yīng)力控制特點(diǎn)[J].寶鋼技術(shù)，2011（1）：44-48.

[8]田灣核電站.運(yùn)行操作單：汽輪機(jī)主汽門預(yù)熱和沖轉(zhuǎn)至3000rpm.

[9]黃懋丁，趙彤軍.優(yōu)化設(shè)計600MW汽輪機(jī)啟動參數(shù)的探討[J].汽輪機(jī)技術(shù)，1997，39（2）：99-102，113.

[10]余耀，王靜飛.熱應(yīng)力自動控制機(jī)理研究[J].熱力透平，1997（1）：33-36.

作者簡介

廖江龍（1981-），男，工程師，田灣核電站模擬機(jī)教員，主要從事核電廠操縱員培訓(xùn)。endprint