西門子T3000型汽輪機組自啟動控制步序解析

肖 麗

（國家能源集團九江發電有限公司，江西九江 332000）

0 引言

自啟動控制系統的作用，是為了汽輪機能夠安全地在盡可能較短的時間內啟動，并保證高可用性的經濟要求，使得汽輪機和需要啟動的輔助系統達到安全，可靠地從停機狀態到發電運行狀態。DEH（Digital Electric Hydraulic Control System，汽輪機數字電液控制系統）廠家配置的說明書內只簡單說明每步序的控制對象，但運行人員對具體判斷條件中的反饋信號無從知曉，因此需仔細核實相關邏輯，包括自啟動控制原則、熱應力的判斷準則，對自啟動的過程中允許條件、步序判斷、溫度準則等做出詳細的解析及梳理關注的重點和要點，從而全面掌握其核心控制思想，保證機組安全、經濟、高效地完成機組沖轉到并網帶負荷全過程。

1 汽輪機啟動過程的溫度準則解析

機組設有 TSE（Turbine Stress Evaluator，熱應力評估），通過計算汽輪機運行期間閥門、汽缸和轉子的最大應力，并與設計的允許限值進行比較，評估出汽輪機啟機時允許的溫升率，確定最佳的主蒸汽、再熱蒸汽參數及汽輪機的轉速和負荷變化率，確保主要部件的應力不超限，延長機組的壽命周期。

1.1 溫度準則X2

在開啟高壓調整門之前，為了避免由于飽和蒸汽溫度的提高而引起高壓調整門過大的溫度變化，為高壓調整門的開啟邏輯專門設置了一個最小溫度差值，并要求滿足判據條件：θSATMS（飽和主蒸汽溫度）＜θ50%mcv（控制閥的閥體平均溫度）+X2。

1.2 溫度準則X4

在開啟高壓主汽門之前，為了避免汽輪機末級中出現濕蒸汽，設定了主蒸汽的最小過熱度。此準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 溫度準則X5

在開啟高壓調閥前，為了避免高壓缸的冷卻，設定一個相對于高壓汽輪機的溫度的最小主蒸汽溫度。此準則防止了沖轉后汽輪機高壓缸出現不必要的冷卻：θMS（主蒸汽溫度）＞Max（θmHPS（計算的轉子平均溫度）；θmHPTCSG（汽缸溫度））+X5。

1.4 溫度準則X6

在開啟中壓調閥前，為了避免中壓汽輪機的冷卻，設置相對于中壓汽輪機溫度的最小過熱溫度，溫度準則X6防止沖轉后汽輪機中壓缸出現冷卻：θHOTREHT（再熱蒸汽溫度）＞θmIPS（計算的中壓轉子的平均溫度）+X6。

1.5 溫度準則X7

在機組加速到額定轉速之前，為了使高壓汽輪機充分暖機，主蒸汽溫度和高壓汽輪機的溫度相匹配，設定相對于主蒸汽溫度的高壓汽輪機溫度。分X7a/X7b兩個準則。

（1）θMS（高壓主蒸汽溫度）＜θmHPS（計算的整個轉子的平均溫度）+X7a。

（2）θMS＜θmHPTCSG（汽缸溫度）+X7b。

1.6 溫度準則X8

在汽輪發電機并網前，為了保證中壓汽輪機充分暖機，保證再熱蒸汽溫度和中壓轉子的暖機程度十分匹配：θHOTREHT（熱再熱蒸汽溫度）＜θmIPTS（中壓轉子的平均溫度）+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組的工況必須進行全面的檢查，方可進入下一步。初始的條件匯總如下。

（1）ST CONTROLLER畫面中的TSE開關應投入（狀態為紅色）。

（2）轉速/負荷控制開關切為第2模式即負荷控制模式 。注意雖然進行的是轉速控制，但選擇的為負荷控制模式，原因是原設計處于對于大、小網的區分，分為負荷、轉速控制模式，而負荷控制模式下又分有1（轉速控制）、2（負荷控制）兩種模式，因為大部分電廠無大小網切換，因此選擇的是負荷控制模式下的轉速控制。

（3）未進行 ATT（Automatic Turbine Trip，汽輪機自動跳閘試驗），即TURBINE AUTO畫面中ATT試驗開關未投入。

（4）FIRST OUT畫面中無汽輪機跳閘條件，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是亮紅燈，即未對汽輪機跳閘信號復位過，否則會造成步序進行到步序11時會自動對汽輪機進行打閘）。

（5）ST CONTROLLER畫面中 S/UP DEVICE即TAB（Turbine Automatic Base，啟動升程限制器）＜0.1%。

（6）轉速/負荷控制器輸出指令＜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。如果曾經發過報警在檢修人員檢修恢復正常后，運行人員除了對報警進行確認外，對于故障安全型卡件還必須使用REINTEGRATION按鈕進行復位。如果未復位會造成負荷和轉速的閉鎖，如果正好轉速在臨界區則沖轉失敗打閘歸零。

3 啟動步序指令動作及檢查反饋（空步序為預留接口在此忽略）

3.1 步序1

（1）啟動抽氣逆止門控制子環，即為TURB EXTRATION畫面中的抽氣逆止門聯鎖開關自動投入。

（2）抽氣逆止門、高、中壓聯合汽門、補汽閥、冷再逆止門等7個聯鎖SLC（Subroutine Lock Control，子程序聯鎖控制）已投入。

（3）高、中壓主汽、調門、補汽閥、冷再逆止門均在關位（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

投入汽輪機疏水控制子環（判斷是否投入）。

3.4 步序5

（1）打開高、中壓調門、補氣閥前左右疏水閥（判斷是否到位）。

（2）打開中壓調門前左右疏水閥（判斷是否到位）。

3.5 步序8

（1）啟動汽輪機油泵自檢控制子環（根據實際情況，在啟機前運行人員已經手動進行油系統試驗，因此步序允許條件不會滿足，從而不會自動進行油系統試驗自檢，因此自檢控制子環不會自動投入，需要運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SGC（Sequence Control，順序控制系統）已投入。

（3）所有主汽門已關閉（各門位置反饋信號＜3%）。

3.6 步序11

（1）允許釋放蒸汽品質按鈕（不閉鎖該按鈕，允許操作）。

（2）復位汽輪機跳閘首出（注意：如果在順控啟動前運行人員復位了跳閘首出，則進行到該步會重新打閘，步序從頭開始）。

（3）油系統正常：油泵自檢試驗SGC已退出且無故障（如故障會顯示黃色。該開關在步序8時被手動操作投入，到步序11時必須手動退出）。

（4）汽缸無嚴重變形檢查：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溫度偏差值≤45℃。

（5）輔助系統條件滿足（EH油及潤滑油系統、軸封系統、凝結水系統均正常）。

（6）蒸汽品質確認按鈕已按下或高壓調門殼體50%溫度＞350℃。注意：在開啟主汽門前，鍋爐的蒸汽品質由運行人員手動確認，判斷是否合格，避免汽輪機由于蒸汽污染產生雜質及沉淀物。如果在步序11未能在步序等待時間內按下蒸汽品質確認按鈕，且其他條件滿足步序自動進行下去，則系統默認為蒸汽品質不合格，使得步序在11～20循環，從而讓主汽門開啟又關閉。所以在該步前運行人員必須考慮好是否按下確認按鈕。

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）來信號。

（4）X2準則滿足（WARM UP VALVES/TSE中顯示紅燈為條件滿足，負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）。

3.10 步序15

（1）設置負荷控制＞15%（為保證帶負荷，消除汽輪機無負荷或低負荷時高壓缸鼓風的危險，并能實現可靠的同期，必須設定最小負荷值，同時考慮到汽輪機熱應力的要求、機組參數，該值不能過大，運行人員在并網前預估熱應力的裕量，否則造成汽缸嚴重變形。因此將初始負荷設置為合理的值。系統默認設置為100 MW）。

（2）TAB置數＞62%。高、中壓主汽門開位即閥門開度＞97%（如果TAB被限制未達到62%以上，則主汽門無法開啟，DCS維護人員查找TAB被限制原因）。

（3）高排通風閥關到位，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行關閉主汽門。

（2）下列任一條件滿足則關閉主汽門后執行步序17：①蒸汽品質未確認，主汽壓力＞2 MPa、高壓調門殼體50%溫度＜210℃、主汽門已全開，延時30 min（汽壓＞3 MPa的時候，延時15 min判斷）；②蒸汽品質未確認，主汽壓力＞2 MPa、高壓調門殼體50%溫度＞210℃、主汽門已全開；③蒸汽品質未確認，主汽壓力＞4 MPa、主汽門已全開；④16～20步序在60 min未完成（或沖轉在臨界區）。

（3）無關閉主汽門的觸發條件直接執行步序17：高壓主汽門開位，通風閥關位且無開位。

3.12 步序20

（1）判斷條件選擇執行步序21還是返回步序11。

（2）執行步序21條件（下列條件均滿足）：①真空正常、液壓油正常、凝泵運行、閉式水正常、軸封投入自動、盤車無故障、汽機轉速＞9.6 r/min、潤滑油溫正常（該條件類似第11步的輔助系統條件，這是為了保證開啟調門前為確保輔助系統正常進行的再一次檢查）；②高壓主汽門開位、TAB＞62%、限壓模式未動作、高壓缸保護未動作；③避免汽輪機進濕蒸汽，防止汽缸嚴重變形：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，熱應力龜裂）裕度＞30 K，可以在WARM UP VALVES/TSE畫面中監視該值（30 K是最低溫度裕度，在加速到額定轉速過程中，如果因為TSC裕度不夠，造成升速率受到限制，從而引發機組重新打閘）；⑤X4，X5，X6準則滿足；⑥蒸汽品質確認。

（3）執行返回步序11條件（下列條件均滿足）：①汽輪機轉速＜390 r/min。TAB＜35%；②高中壓主汽門關閉；③蒸汽品質確認（到20步時不論要怎么執行，都必須確認蒸汽品質按鈕了）。

3.13 步序21

（1）開啟高、中壓調整門。

（2）升速到暖機轉速 360 r/min（判斷轉速＞330 r/min）。

（3）轉速/負荷控制回路指令＞0.5%。

3.14 步序22

退出蒸汽品質子環。

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%溫度二選計算得來，中壓缸殼體100%溫度三選計算得來的，2個計算值取小）。

（3）X7準則滿足，可以在WARM UP VALVES/TSE畫面中監視，紅燈為滿足條件，數值為負，負值越大表示裕量越大。

（4）中壓轉子溫度＞20℃（中壓缸殼體100%溫度三取中后計算得來的）。

（5）運行人員在ST CONTROLLER畫面中手動釋放轉速。

3.16 步序25

升速到同步轉速3009 r/min（超出額度轉速9 r/min，適合發電機在這個速度達到同步）。

3.17 步序26

關閉高、中壓主汽門、補氣閥前疏水閥及高、中壓調整門前疏水閥（判斷關位信號）。

3.18 步序27

釋放轉速子環已退出。

3.19 步序28

電氣調壓器在自動模式（電氣來信號）。

3.20 步序29

（1）TSC裕度＞30 K（同23步，并網前的再次檢查）。

（2）X8準則滿足，可以在WARM UP VALVES/TSE畫面中監視，紅燈為滿足條件，數值為負，負值越大表示裕量越大。

（3）無勵磁故障（電氣來信號）。

3.21 步序30

判斷勵磁已投入、同期運行。

3.22 步序31

準備并網信號送電氣。

3.23 步序32

（1）已并網。

（2）TAB指令＞99%。

3.24 步序33

高壓旁路已關閉（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，即調門交由汽壓來控制，壓力設定值由運行人員在DCS側的協調畫面給定。當運行人員切回外部負荷控制模式時，壓力控制回路回到限壓控制模式。

4 結束語

由于西門子SPPA-T3000控制系統的模塊化管理各個子功能模式，類似積木搭建，這樣針對不同的機型，不同電廠的要求以實現不同的功能，正是這樣，所以在啟動步序中有些空步序，都是預留的接口，歸納出主要的節點，從圖1可以直觀地看出步序關鍵所在。在溫度準則中有1～8個準則，而大部分類似機組中未涉及X1，X3準則。對于蒸汽品質的判斷是運行人員需要著重注意的點，確認、不確認以及在哪步確認都是決定步序進行的關鍵要點。

圖1 流程

通過對該類汽輪機啟動過程的流程梳理和數據規劃，在較好掌握了自動啟動過程的相關機組信息后，運行人員可依據本文自啟動步序的相關解析，結合機組本身特性順利完成啟動工作，縮短機組啟動時間。同時DCS維護人員可以參考本文在沖轉過程故障時快速判斷問題所在，并及時反饋結果，有利于早期發現設備隱患及缺陷，保證了機組安全經濟高效地實現從零轉速到并網帶負荷的全過程。