650MW汽輪機組汽水分離器控制探討

李定強+羅進

【摘 要】本文主要介紹650MW汽輪發電機組汽水分離器的功能結構。說明了汽水分離器根據汽機運行狀態，選擇兩種不同的控制方式，并對多種情況下手自動控制的要點和重點關注的參數進行了說明。最后說明了兩種用于保護目的的自動控制措施。提出結論：在汽輪機組啟動和停運過程中，汽水分離器自動投運正常，盡量減少手動控制的使用，在部分閥門控制邏輯出現錯誤時應該針對性的進行調整。

【關鍵詞】汽水分離器；手操器；冷啟動

國內650MW汽輪發電機組的汽水分離再熱器用于去除高壓缸排汽中的水分，并且使高壓缸排汽加熱至額定溫度值后再進入低壓缸。這樣不僅可以延長低壓缸葉片的壽命，而且可以提高整個電站的熱效率，提高蒸汽品質。

汽水分離再熱器由低壓管束區和高壓管束區兩級組成，每一級加熱管束在汽水分離再熱器殼體內往返四次，即構成所謂的雙級四流程布置。其中低壓管束的加熱蒸汽來自高壓缸抽汽，通過通斷式閥控制，高壓管束的加熱蒸汽來自主蒸汽，由兩個調節閥控制。

再熱蒸汽溫度調節系統（RTC）是一個以OVATION為基礎的控制系統，RTC共有多種控制方式，其中部分方式根據汽機運行狀態自動選擇，另外一些則必須手動選擇。這些控制方式包括：

1 手動控制方式

RTC共有兩種手動控制方式：通過手操器手動控制；通過顯示器圖形界面手動控制。這兩種調節方式的運行方式存在區別，以下將分別介紹。

1.1 手操器手動控制

汽水分離再熱器手操器由以下部件組成：手動選擇按鈕；兩臺汽水分離再熱器共用的增加和減小按鈕；兩臺汽水分離再熱器的閥門需求指示；兩臺汽水分離再熱器再熱蒸汽溫度指示；調節閥前電動閥的狀態指示燈等。

手操器上的增加和減小按鈕以及手動選擇按鈕將同時作用在兩臺汽水分離器上，這一點與顯示器上的手動方式不同：在顯示器上每臺汽水分離再熱器各有一個圖形式控制窗口，當在顯示器的一個控制窗口中選擇將RTC置手動方式時，只有與此界面相對應的那臺汽水分離再熱器才轉為手動控制，另外一臺汽水分離再熱器可能處于手動控制狀態，也可能處于自動控制狀態；但按下手操器上的升/降按鈕時，兩臺汽水分離再熱器的調節閥將同時動作。這樣就可能遇到這種情況：操縱員已通過顯示器將一臺汽水分離再熱器置手動方式，其調節閥一個為100%開度，另一個為25%開度。但另一臺汽水分離器仍處于自動控制方式下，其調節閥一個為90%開度而另一個為0%開度。此時按下手操器的上升按鈕，四個調節閥將分別按以下方式動作：100%開度的閥保持原位，25%開度的閥開啟，90%開度的閥開啟直至全開，而后0%開度的閥開始開啟。操縱員在這種情況下必須按下CLOSE按鍵直至他們全部關閉，然后再按下上升按鍵，才能保持兩臺汽水分離再熱器出力相同。

1.2 顯示器手動方式

在操縱員站的顯示器上每臺汽水分離再熱器均有其控制界面圖。通過這兩個控制窗口，操縱員可以了解調節閥的狀態，并可以手動操作調節閥。這兩個控制窗口還顯示整定值，閥位以及優先的增加和減小命令等信息。每一臺汽水分離再熱器的兩個控制閥在其控制窗口中有一個共用的A/M控制站。通過這個控制站，可使調節閥按如下過程動作：當控制站從0-100%變化時，旁路調節閥首先開啟，當其全開后主調節閥開始開啟。反之，當關閥時主調節閥先關，主調節閥全關后，旁路調節閥開始關閉。這種控制方式叫雙級分程控制。控制站從自動切至手動或從手動切至自動均為無擾切換。

2 自動控制方式

當RTC控制從手動切至自動時，調節器輸出值將取決于運行工況和操縱員選擇的控制方式（Ramp Up 或Ramp Down 方式），調節器輸入信號來自于低壓缸三個入口溫度測量值，中選器對三個信號進行處理并排除故障信號。Ramp Up或Ramp Down方式將以這一溫度為初始值，開始執行溫度遞變功能。其溫度整定值最大為288℃。當低壓缸入口溫度測量值失效后，調節系統將自動選擇三個汽水分離器出口水平管段上所測蒸汽溫度的中間值。當這兩種溫度測量方式都失效后，調節器將自動轉為手動控制方式。

在熱態啟動方式下（Hot Start），調節器首先以低壓缸金屬溫度作為設定值。當低壓缸入口蒸汽溫度比金屬溫度低時，將自動引入一個快速調節器以快速提高低壓缸入口蒸汽溫度，使之與金屬溫度相匹配。在蒸汽入口溫度大于金屬溫度以后，汽水分離再熱器將自動轉到正常調節器進行控制。如果負荷低于10%超過5分鐘，調節器將轉入低負荷工況運行方式，其溫度設定值被整定在204℃。在冷態啟動或熱態啟動時，電動閥根據負荷自動動作。

2.1 遞加方式（RAMP UP）

除非操縱員手動選擇RAMP DOWN（遞減）方式，否則RAMP UP方式將自動投入。在冷態啟動情況下，RAMP UP方式以低壓缸入口溫度作為起始點，并在負荷大于35%（227MW）時開始連續提升該溫度。直到低壓缸入口蒸汽溫度被連續提升到288℃或閥門全開為止。

在RAMP UP方式下，調節閥的開啟允許信號來自于旁路閥的開度信號與其內部整定值的比較結果：當旁路閥開度大于99.5%且持續30min后，主閥將開始開啟；反之，當旁路閥開度低于99%時，主閥將關閉。

2.2 遞減方式（RAMP DOWN）

當負荷下降到低于35%Pn時，自動進入RAMP DOWN方式，以便將汽水分離器退出運行。在必要時為了將汽水分離器退出運行，操縱員也可以負荷高于35%Pn的情況下手動選擇RAMP DOWN方式。在操縱員選擇了RAMP DOWN方式以后，低壓缸入口蒸汽溫度的整定值將逐漸連續降低，直到調節閥全關為止。

2.3 冷態啟動方式

當低壓缸入口溫度低于149℃時，系統將自動選擇這一運行方式，自動控制過程如下：低壓缸入口溫度低于149℃，則冷態啟動方式被自動選定；按照冷態啟動方式自動設定電動隔離閥的狀態；汽機功率達到10%額定功率時，開啟預熱閥；達到預熱溫度15分鐘后，如果汽機負荷大于35%，開始均熱：開啟旁閥管線和主閥管線進行升溫，直到高壓管束加熱蒸汽溫度比汽水分離器出口溫度高28℃，并在此穩定均熱30分鐘；繼續開大主閥以56℃/小時的速率升溫直到閥門全開或出口蒸汽溫度達到288℃；在升溫過程中，當出口蒸汽溫度達到204℃時將掃汽和疏水從凝汽器切到給水加熱器。

2.4 熱態啟動方式

當低壓缸入口溫度高于149℃時，系統將自動選擇這一運行方式，自動控制過程如下：低壓缸入口金屬溫度高于149℃，則熱態啟動方式被自動選定；按照熱態啟動方式自動設定電動閥的狀態；當汽機轉速達到600rpm時，開始通過旁閥和主閥進行升溫直到出口蒸汽溫度達到204℃；在此兩小時后如果功率仍小于35%，則開啟一、二級再熱器去凝汽器的掃汽閥；如果汽機功率上升超過35%，關閉去凝汽器的掃汽閥，通過旁閥和主閥以56℃/小時開始升溫直到閥門全開或出口蒸汽溫度達到288℃。

3 保護性措施

RTC設置了兩種用于保護目的的自動控制措施。

3.1 測量信號失效后轉至手動控制方式

在下列失效情況下，相應汽水分離再熱氣器的調節閥將被強制為手動控制方式：低壓缸入口蒸汽溫度和汽水分離再熱氣器出口水平管段處蒸汽溫度的傳感器信號確認邏輯；快速調節器投入時，低壓缸金屬溫度傳感器信號確認邏輯失效；DPU故障或直流電源失去。上述工況將導致相應汽水分離再熱器的調節閥轉入手動控制方式，但電動閥仍根據汽機工況自動動作。

3.2 低負荷保護

下列異常工況發生時，RTC自動進入低負荷保護模式：汽機功率降至10%以下超過5分鐘；低壓缸入口蒸汽溫度>204℃；當上述條件同時滿足時，RTC將在10min內將溫度整定值降至204℃。該整定值將一直保持，直至負荷重新上升到35%Pn以上時為止。

通過以上的介紹和實際汽輪機組的多次啟動和停運經驗，汽水分離器自動控制程序比較穩定，運行正常，盡量減少手動控制的使用，在出現部分閥門邏輯動作異常、水箱液位控制異常或出現報警時應該采取針對性的措施：如斷電后重新送電，閥門置于手動控制穩定水位或進行一遍開關行程后重新置于自動，檢查相關探頭或手動閥門的開度后進行故障排除，避免手動控制導致系統的程序紊亂。

[責任編輯：湯靜]